張朝宇

（廣東美的制冷設備有限公司，廣東 佛山 528311）

0 引言

現(xiàn)代社會生產依托于先進的科學技術，獲得了前所未有的進步，逐步走向智能生產的背景下，促使工業(yè)生產也逐漸進入智能化時代。為充分滿足生產需求，智能工廠成為當前建設發(fā)展的熱點話題。通過應用信息化、自動化以及智能制造技術等代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術，促使工業(yè)生產呈現(xiàn)出全新的發(fā)展脈絡。因此探究智能工廠的頂層設計，結合工廠運行現(xiàn)狀加以優(yōu)化，將會對今后的工業(yè)智能化發(fā)展起到積極參考作用。

1 頂層設計概述

作為當前階段不同行業(yè)的熱議話題，頂層設計似乎已經(jīng)成為智能化發(fā)展時代下的優(yōu)化設計理念，為了進一步滿足生產需求，各行業(yè)借助于先進的信息技術手段對自身的生產模式加以優(yōu)化，從高端向低端逐步展開了全新的設計工作。包括醫(yī)療器械、電子家電、汽車裝備等，其核心在于從頂層逐步向下展開設計?；陧攲犹岢龅脑O計概念，對底層的實施起到了一定的決定性，同時末端也將會受到前端的影響呈現(xiàn)出不同的設計效果。

對于智能工廠來講，作為現(xiàn)代化生產制造行業(yè)當中的首要改革內容，展開頂層設計時應當根據(jù)我國為智能制造領域提供的成熟度模型對工廠現(xiàn)狀進行評估，分析工廠實施智能化設計的可行性[1]。隨后由相關設計人員到所需改造的工廠現(xiàn)場展開調研，在廣泛收集工廠的相關資料之后，確定大體的工廠現(xiàn)狀以及設計流程，做好頂層設計藍圖的規(guī)劃工作，分析智能改造的重點內容以及設計標準等，進而制定系統(tǒng)化的設計框架。最后對智能工廠的頂層設計展開智能物流、企業(yè)信息化、自動化生產以及整體的構架規(guī)劃。

在頂層設計當中，需要創(chuàng)建三維立體可視化的仿真虛擬模型，從而模擬智能工廠建成之后的運行效果，包括工廠在生產運行過程當中的自動化工藝、智能物流、立體倉儲以及生產信息化流程等相應內容。且在對智能工廠展開頂層設計時，應當注意具有一定的關聯(lián)性，促使每一系統(tǒng)結構之間均具有著良好的關聯(lián)效果，對工廠加以設計時應當根據(jù)頂層設計的目標以及核心理論形成相適配的關聯(lián)銜接表現(xiàn)，確保頂層設計工序不間斷、工件不落地。

2 智能工廠頂層設計案例

在我國全面提出智能化發(fā)展戰(zhàn)略的部署下，工業(yè)領域逐步展開了創(chuàng)新制造轉型，極大程度的實現(xiàn)了制造業(yè)領域的快速轉型升級。先后落實的家電企業(yè)智能化建設也成為頗具代表性的試點工廠，其中以美的家用空調廣州工廠為例，作為率先展開智能工廠建設的代表性集團，美的空調廣州工廠工業(yè)互聯(lián)平臺以T+3訂單牽引全價值鏈數(shù)字化運營、智能排產、工業(yè)AI、全流程物流、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)SaaS 平臺五大維度結合，勞動生產效率提高28%，單位成本降低14%，訂單交付期縮短了56%。進一步展現(xiàn)出智能化頂層設計下的顯著經(jīng)濟效益。

按照規(guī)劃階段，當前美的集團內的其他企業(yè)均逐步展開了燈塔工廠的智能化建設規(guī)劃階段，且當前美的集團的工廠頂層設計下的智能化方向更加豐富。

包括從美的各個工廠的總局出發(fā)，以期在總體規(guī)劃布局的基礎上，創(chuàng)建出更加智能化、人性化的合理布局，形成順暢的物料方向[2]。

并設計以智能物流為基礎，進而在保障符合工廠實際規(guī)劃與生產需求的基礎上，針對各環(huán)節(jié)的物料配比展開智能化的設計處理。

創(chuàng)建自動化生產流水線，充分考慮工藝流程、生產節(jié)拍等內容，對自動化生產管理展開綜合設計。

與此同時，更是以一體化的信息化系統(tǒng)為設計目的，緊跟工廠生產運營現(xiàn)狀，確保全面分析工廠信息并對設備生產流程展開優(yōu)化設計。

基于頂層設計中，有關智能化設備的生產布局形成了更加復雜的要求，要求形成模塊化的布局，應用智能化設備，展開數(shù)字化管理，實現(xiàn)能源綠色化發(fā)展。借助于智能化設備與系統(tǒng)等對生產加工流程加以簡化，從而對空間、設備、人力等各項資源進行合理分配，提升資源利用率，確保在智能工廠的頂層設計下形成最佳的生產效益。

3 智能工廠頂層設計要點

結合本文中所闡述的案例，以美的家用空調廣州工廠為例，在超4 萬m2的廠房中，一排排機器人或機械臂在自動化生產線、注塑、立體庫等生產環(huán)節(jié)上各司其職，產線自動化率達65%。出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)會彈出警告對負責人進行追責，這就是入選“燈塔工廠”的美的空調廣州工廠的生產場景。美的家用空調廣州工廠的智能化設計是必然發(fā)展趨勢，是在信息化時代背景下促進智能化生產的重要內容。工廠的智能化建設，將會建立在對試點項目的基礎上，對現(xiàn)有的實踐成果加以推廣，并立足于當前發(fā)展階段，全面貫徹落實新發(fā)展理念，從而實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。工廠的頂層設計將逐漸傾向于數(shù)字化的運營模式，基于云邊協(xié)同服務，創(chuàng)建數(shù)字資產服務以及提升關鍵能力等，通過創(chuàng)建運營與財務兩方面的優(yōu)化升級目標，結合邊緣云平臺的創(chuàng)建，借助于信息化數(shù)字化的管控體系、數(shù)據(jù)治理以及信息標準化體系、網(wǎng)絡安全體系等，在生產、工廠、基礎設施以及經(jīng)營管理等方面均會呈現(xiàn)出相應的智能化設計效果進而充分滿足智能化工廠的設計要點內容[3]。美的家用空調廣州工廠如圖1 所示。

圖1 美的家用空調廣州工廠

3.1 裝置層的智能化設計

以美的家用空調廣州工廠為例，在智能化頂層設計過程中應始終圍繞著生產運營、基礎設施、信息化保障體系、工廠建設以及經(jīng)營管理等方面的內容。其中裝置層的智能化設計是充分滿足生產需求的關鍵所在?；趯嶋H來講，在工廠的生產過程中，包括空調的部件生出產、組裝、檢測展開智能化設計有助于全面提升生產效率，促使生產操控的智能化水平相對較高。

在智能化設計過程中，采用機器人、AGV、立體倉庫、機器視覺等技術代替以往的傳統(tǒng)生產模式，減少人工使用量，促使員工勞動強度不斷降低，進而促使部分工廠生產環(huán)節(jié)實現(xiàn)無人化或是少人化。

3.2 決策層的智能化設計

智能工廠的頂層設計，應當高度重視決策層的智能化設計，確保在智能工廠當中形成數(shù)字化的生產運營模式，將會促使數(shù)字資源成為生產過程中的主要資源內容，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，利用數(shù)據(jù)資產為化工生產提供支撐。如在生產過程中，基于智能化的決策層，創(chuàng)建數(shù)據(jù)自動化采集分析系統(tǒng)，通過利用系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)功能，對市場中的銷售數(shù)據(jù)進行采集，并對比當前階段工廠內部的生產實際情況，進一步優(yōu)化工廠生產安排。并同步優(yōu)化生產價值鏈，通過對工廠內的生產環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，進而為原材料提供相應的優(yōu)化決策。并且在數(shù)字化的管理系統(tǒng)當中，將會以知識圖譜的方式為工廠生產提供風險管理決策，并智能診斷設備故障問題，充分滿足生產所需。

3.3 智能化工廠設計

當智能工廠的頂撐設計逐步向工廠加以延伸的過程中，將會構筑完整的工廠數(shù)字化交付平臺。全面推進數(shù)字化交付模式的創(chuàng)建，包括以往在美的工廠內部所涉及采購、設計、施工等數(shù)據(jù)內容、文檔資料以及模型等，均可以將其向數(shù)字化形式加以轉換，進而從原有的固定資產數(shù)字化交付轉變?yōu)榕c無形資產相互結合的交付模式，進一步將運營數(shù)據(jù)納入數(shù)字資產當中，構成雙底座的數(shù)字資產模式。

3.4 改造基礎設施

考慮到美的家用空調廣州工廠的設計生產需求來講，應當對基礎設施加以改造，從硬件條件著手實施，展開智能化工廠的頂層設計工作。實現(xiàn)全面數(shù)字化、網(wǎng)絡化的發(fā)展建設，升級改造生產過程中的儀表，打造全面感知生產環(huán)境、物料、設備、人員以及產品的高科技智能儀表，簡化生產流程。與此同時，增設作業(yè)機器人以及在線檢測分析機器人等，便于及時啟動之后對現(xiàn)有的生產運行方式加以分析，起到代替人工的作用[4]。并且在進入互聯(lián)網(wǎng)信息時代之后，5G 網(wǎng)絡逐漸滲透到社會的各行各業(yè)當中，通過創(chuàng)建聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的方式，便于各項基礎設施結構在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)資源廣泛接觸的應用表現(xiàn)，基于這樣的需求，則在對美的家用空調廣州工廠的智能化設計中需要升級改造網(wǎng)絡連接設施，打造與現(xiàn)代通信完善融合的應用模式，從而創(chuàng)建網(wǎng)絡化、數(shù)字化的生產方式。

3.5 信息化的管理模式

智能工廠的頂層設計，要求將工廠內部的各項環(huán)節(jié)牢牢地連接數(shù)字化運營模式，從而創(chuàng)建基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準下的數(shù)據(jù)資源管理工作，這就是信息化管理模式的必然性。進入全面信息化的時代背景下，數(shù)據(jù)已然成為全新的資源分類，通過將工廠生產過程中的數(shù)據(jù)作為戰(zhàn)略資源，對其進行整合，借助于大數(shù)據(jù)技術的應用，能夠在其中重新加載生成最具應用價值的信息內容，為工廠搭建更便捷的數(shù)據(jù)治理模式，通過推動數(shù)據(jù)治理制度的相關流程，建設數(shù)據(jù)組織、架構、集中共享機制以及信息標準化體系等，則能夠進一步優(yōu)化美的工廠生產運營過程中的數(shù)據(jù)質量，從而在全方位采集生產數(shù)據(jù)的過程中，能夠自動篩選其中具有較高價值的應用信息，進一步滿足全業(yè)務領域的數(shù)據(jù)資產建設。

且在設計中，搭建邊緣云平臺，沉淀業(yè)務能力、技術以及數(shù)據(jù)能力，并創(chuàng)建復用開放環(huán)境，促使美的工廠的生產開發(fā)環(huán)境滿足集約化以及服務化的全面要求，通過構筑全生命周期下的運營管理數(shù)字化平臺，能夠及時相應數(shù)據(jù)應用需求，從而進一步推動數(shù)據(jù)應用下的創(chuàng)新。

3.6 智能化建設應用

作為智能工廠頂層設計過程中的重點內容，應用場景的智能化建設至關重要。通過對當前世界范圍內的燈塔工廠運營情況進行調查總結，發(fā)現(xiàn)在智能化的應用模式下能夠實現(xiàn)124 個以上的應用場景，且在工信部提出的互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)發(fā)展計劃中，更是提到了超過20 個以上的應用場景。

在美的家用空調廣州工廠中，展開智能化頂層設計，應創(chuàng)建“數(shù)據(jù)+平臺+應用”的模式，進而經(jīng)過云邊協(xié)同、多級部署等方式，可為今后的智能工廠創(chuàng)建基于可擴展的邊緣云平臺作為技術核心架構。這樣的先進邊緣云平臺其本身具有更加卓越的應用能力，包括感知物聯(lián)網(wǎng)，并生成邊緣計算能力，具有企業(yè)應用以及集成管控能力以及工業(yè)知識應用能力等。通過將工廠的生產總部與下屬車間之間搭建形成協(xié)同的云邊共享合作模式，有助于沉淀知識并進行共享復用，進一步解決各分支工廠在生產過程中的碎片化供給以及全局需求下的矛盾[5]。

并且基于互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)應用模式，為工廠創(chuàng)建個性化的使用需求，打造橫向貫通以及縱向覆蓋的全方位業(yè)務系統(tǒng)運營模式，促進工廠生產業(yè)務系統(tǒng)管理，提升生產效率。

3.7 智能工廠頂層設計的不同模式

而針對于老工廠的改擴建以及升級優(yōu)化來講，則需要與數(shù)據(jù)治理模式相互結合，通過充分考慮原有系統(tǒng)結構的數(shù)據(jù)升級以及系統(tǒng)集成融合等，可沿用棕地模式，通過重構現(xiàn)有系統(tǒng)并進行升級，根據(jù)不同應用等級的智能化成熟度將現(xiàn)有數(shù)據(jù)向新架構進行放置。

除了在原有工廠基礎上展開智能化頂層設計，同時也將會涉及新建工廠的智能化頂層設計，因此則可以直接應用綠地模式展開設計實踐，通過創(chuàng)建全新的邊緣云平臺架構，直接實現(xiàn)應用軟件化，并為不同工廠創(chuàng)建基于角色定制化的崗位工作臺，其他的新建工廠均是利用這樣的模式展開智能化頂層設計。

而除此之外，另一種模式的智能工廠頂層設計則是根據(jù)既定設計目標，完成整體性的架構設計，并有選擇的向新系統(tǒng)傳遞老系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以及功能模塊等。無論是基于哪一種創(chuàng)建方式，均需要對數(shù)據(jù)做好架構與標準的統(tǒng)一處理。

4 結語

智能工廠是工業(yè)制造領域今后的必然發(fā)展趨勢，通過結合先進科學技術，打造更加智能的工業(yè)生產環(huán)境，有助于提升生產效益?；诖?，勢能工廠的頂層設計至關重要，本文以美的家用空調廣州工廠為例，探究在智能化的頂層設計中的重點內容，包括裝置層、決策層、工廠設計、基礎設施、治理體系以及應用模式等眾多方面，無論是基于新建或是改擴建等方式，智能工廠的頂層設計均應秉持著相一致的數(shù)據(jù)標準與架構，才能夠形成良好建設成效。