文/王永紅

在“新基建、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)”等新興技術(shù)熱潮的推動下，各行業(yè)制造企業(yè)都在積極探索智能制造的應(yīng)用以及智能工廠的建設(shè)。智能工廠是以設(shè)計、制造、管理為中心的數(shù)字化制造，利用定制開發(fā)軟件[1]，能夠完整表達圍繞產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)支持、生產(chǎn)制造以及原材料供應(yīng)、銷售和市場相關(guān)的所有環(huán)節(jié)的活動。實時數(shù)據(jù)、實時指令下達來指導(dǎo)這些活動，全面優(yōu)化在三個維度之間互動。

在智能工廠中，借助于各種生產(chǎn)管理工具、軟件、系統(tǒng)和智能設(shè)備，打通企業(yè)從設(shè)計、生產(chǎn)、銷售、維護的各個環(huán)節(jié)[1]，實現(xiàn)產(chǎn)品仿真設(shè)計、生產(chǎn)自動排程、信息上傳下達、生產(chǎn)過程監(jiān)控、質(zhì)量在線監(jiān)測、物料自動配送等智能化生產(chǎn)。

一、智能工廠的概述

智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強信息管理服務(wù)，通過合理計劃排程，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)的人工干預(yù)，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。

具體來說，智能工廠的特征主要有以下幾點：

圖1 智能工廠系統(tǒng)架構(gòu)

1.信息化

自動化、數(shù)字化、可視化、集成化、精細化以及模塊化[1]。

2.智能化

通過先進設(shè)備以及傳感器的應(yīng)用，實現(xiàn)系統(tǒng)的自我感知、學(xué)習(xí)和維護功能，加快信息數(shù)據(jù)的分析和處理[2]，保證生產(chǎn)的有序進行。

3.預(yù)測性

利用智能系統(tǒng)中的自我預(yù)測和感知能力，能夠及時了解運行中存在的故障問題[3]，并在第一時間內(nèi)進行故障報警，降低故障威脅。

4.協(xié)同性

通過云平臺的建立和應(yīng)用實現(xiàn)企業(yè)之間的相互連接，做到信息數(shù)據(jù)的共享和快速傳遞[3]。

二、智能工廠的關(guān)鍵技術(shù)

1.人工智能

人工智能是計算機科學(xué)的一個分支，它企圖了解智能的實質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應(yīng)[4]，該領(lǐng)域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。

人工智能是對人的意識、思維的信息過程的模擬，不是人的智能，但能像人那樣思考、也可能超過人的智能。

2.智能化控制技術(shù)

智能化控制技術(shù)包括：自動控制技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、程控技術(shù)、遙控技術(shù)等，核心就是控制。例如通過對機器人的控制技術(shù)，由機器人執(zhí)行取代或是協(xié)助人類的工作，例如制造業(yè)、建筑業(yè)或是危險的工作。機器人是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物[5]。

3.大數(shù)據(jù)和云計算

大數(shù)據(jù)指無法在一定時間范圍內(nèi)用常規(guī)軟件工具進行捕捉、管理和處理的數(shù)據(jù)集合，是需要新處理模式才能具有更強的決策力[6]、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)。

云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。

云計算將計算資源作為服務(wù)支撐大數(shù)據(jù)的挖掘，而大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢是對實時交互的海量數(shù)據(jù)查詢、分析提供了各自需要的價值信息[7]；大數(shù)據(jù)挖掘處理需要云計算作為平臺，而大數(shù)據(jù)涵蓋的價值和規(guī)律則能夠使云計算更好的與行業(yè)應(yīng)用結(jié)合并發(fā)揮更大的作用；大數(shù)據(jù)的信息隱私保護是云計算大數(shù)據(jù)快速發(fā)展和運用的重要前提，而云計算與大數(shù)據(jù)相結(jié)合將可能成為人類認識事物的新的工具，兩者相輔相成。

三、智能工廠在智能制造企業(yè)的實踐應(yīng)用

下面以東杰智能科技集團股份有限公司 “中北工業(yè)園智能工廠項目”為例進行闡述。

圖2 機器人工作站

圖3 數(shù)控加工設(shè)備

圖4 設(shè)計圖到加工中心的工作流程

該項目在ERP的基礎(chǔ)上，進一步搭建了SCM、WMS、MES、QMS等信息管理系統(tǒng)。從管理更新、利益分配、安全責任、技術(shù)支撐、理論研究等角度進行統(tǒng)一規(guī)劃，消除信息孤島現(xiàn)象；同時通過建設(shè)的企業(yè)數(shù)據(jù)倉庫，對轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)倉庫中的歷史數(shù)據(jù)進行實時統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)挖掘，對業(yè)務(wù)做出更深入、更優(yōu)化的決策。

1.制造加工硬件采用智能化、數(shù)控類先進設(shè)備

本項目加工設(shè)備配置為機器人自動焊接生產(chǎn)線、智能化鋼構(gòu)聯(lián)合生產(chǎn)線、邊梁自動切割焊接碼垛工作站、數(shù)控液壓沖孔機、自動碼垛機器人、自動粉末涂裝線、數(shù)控激光切割機、數(shù)控板料剪板折彎機、數(shù)控鉆銑床、數(shù)控沖床、數(shù)控冷彎成型線等自動化先進設(shè)備；通過“智慧平臺”統(tǒng)一調(diào)度管理，各設(shè)備之間既相對獨立，又信息互通，形成系統(tǒng)間的有機配合，協(xié)同工作。

2.智慧物流管控平臺

項目采用SCM(供應(yīng)鏈管理)、WMS(倉儲管理)平臺，利用AGV和智能化立體倉儲系統(tǒng)進行物品的智能搬運和儲存，完成了對供應(yīng)商發(fā)貨、廠內(nèi)周轉(zhuǎn)、物品儲存及客戶發(fā)貨等環(huán)節(jié)的管理。

其中SCM利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實時進行數(shù)據(jù)采集，完成對供應(yīng)商、廠區(qū)和客戶等多環(huán)節(jié)的物流過程管控；利用AGV小車實現(xiàn)無人化物料領(lǐng)用、半成品自動周轉(zhuǎn)、成品自動入庫等流程；利用WMS通過智能倉儲作業(yè)系統(tǒng)，實現(xiàn)對進貨管理、出貨管理、庫內(nèi)管理、系統(tǒng)管理等功能的管控；通過條碼、PDA等設(shè)備的使用，提高數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的準確性、及時性；通過儲位的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，搭建倉庫貨位的一一對應(yīng)，做到實物流與數(shù)據(jù)流保持一致，實現(xiàn)倉庫的精益化管理[8]。

圖5 物品搬運AGV

圖6 智能化倉儲系統(tǒng)

圖7 生產(chǎn)執(zhí)行跟蹤系統(tǒng)

3.生產(chǎn)管理系統(tǒng)的應(yīng)用

項目采用MES系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)了制造過程中人、機、料等相關(guān)生產(chǎn)資源的管理。通過對BOM單的自動生成、原材料及輔料的領(lǐng)用、半成品與線邊倉的管理、成品的投入產(chǎn)出情況等指標的監(jiān)控與分析，確保制造資源及時到位、高效流轉(zhuǎn)、降損再造等。項目通過在零部件上配置條形碼、在生產(chǎn)線關(guān)鍵部位安裝條碼標簽和產(chǎn)品內(nèi)設(shè)置標識碼等多種識別技術(shù)的綜合運用，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的實時跟蹤，多種規(guī)格產(chǎn)品的同時在線生產(chǎn)，不僅滿足大批量產(chǎn)品生產(chǎn)需要，又能隨時插入小批量定單，也為實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量全生命周期追溯提供了技術(shù)保障。

項目MES系統(tǒng)可通過對生產(chǎn)計劃執(zhí)行過程的實時監(jiān)控以及對執(zhí)行結(jié)果的管理決策，讓各層級管理人員隨時了解生產(chǎn)動態(tài)，包括出勤情況、計劃生產(chǎn)進度、計劃完成率及效率等，實現(xiàn)生產(chǎn)異常在線分析和閉環(huán)跟進，優(yōu)化數(shù)據(jù)提取及分析模式，減負賦能，提前管理。

4.QMS質(zhì)量管理體系

本項目建設(shè)的QMS（質(zhì)量管理體系）采用條碼自動識別技術(shù)、序列號管理方法，有效收集產(chǎn)品或物料在生產(chǎn)和物流作業(yè)環(huán)節(jié)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，跟蹤其生命周期中流轉(zhuǎn)運動的全過程，使企業(yè)實現(xiàn)對采、銷、生產(chǎn)中物資的追蹤監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量追溯、銷售竄貨追蹤等目標，建立更完整，更精確的產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)。同時在生產(chǎn)線各個環(huán)節(jié)設(shè)立多個數(shù)據(jù)采集點，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)全面采集，并上傳到實時數(shù)據(jù)中心；通過對實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析，及時對產(chǎn)品質(zhì)量問題發(fā)出預(yù)警，預(yù)防嚴重質(zhì)量問題的發(fā)生。

四、展望

東杰智能“中北工業(yè)園智能工廠”項目的建設(shè)和實施，有效提升了公司在制造環(huán)節(jié)的智能化、信息化管理水平，為公司增產(chǎn)提效發(fā)揮了重要的作用。隨著新技術(shù)、新理念的誕生，智能工廠的應(yīng)用實踐遠不止于此，智能工廠也將在新時代有新的表現(xiàn)形式。智能制造必須以全局的視角來認識，它不僅是技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級，更是企業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型需求下的核心之一。