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　　智能工廠建設(shè)之國內(nèi)外的現(xiàn)狀分析

近年來，智能制造熱潮席卷全球，制造業(yè)強(qiáng)國德國與美國分別提出“德國工業(yè)4.0”、“美國先進(jìn)制造/工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，同時我國提出“中國制造2025”是國家戰(zhàn)略最重要的舉措。智能工廠（Smart Factory）、數(shù)字化工廠（Digital Factory）作為智能制造重要的實(shí)踐領(lǐng)域，已引起了制造企業(yè)的廣泛關(guān)注和各級政府的高度重視。

筆者將通過智能制造工廠建設(shè)的核心產(chǎn)品MOM進(jìn)行剖析，文章將持續(xù)連載，歡迎大家關(guān)注閱讀。本期我們將針對國內(nèi)外智能化工廠建設(shè)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，后續(xù)將分享智能工廠建設(shè)之“道”與“法”，敬請期待。

一、國外智能工廠建設(shè)的現(xiàn)狀分析

從狹義上來看，智能工廠是移動通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳感監(jiān)測、信息交互集成、高級人工智能等智能制造相關(guān)技術(shù)、產(chǎn)品及系統(tǒng)在工廠層面的具體應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、綠色化。從廣義上來看，智能工廠是以制造為基礎(chǔ)，向產(chǎn)業(yè)鏈上下游同步延伸，涵蓋了產(chǎn)品全生命周期智能化實(shí)施與實(shí)現(xiàn)的組織載體。

全球各主要經(jīng)濟(jì)體都在強(qiáng)力推進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，許多優(yōu)秀制造企業(yè)都開展了智能工廠建設(shè)實(shí)踐。例如，西門子安貝格電子工廠實(shí)現(xiàn)了多品種工控機(jī)的混線生產(chǎn)；FANUC公司實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人和伺服電機(jī)生產(chǎn)過程的高度自動化和智能化，并利用自動化立體倉庫在車間內(nèi)的各個智能制造單元之間傳遞物料，實(shí)現(xiàn)了最高720小時無人值守；施耐德電氣實(shí)現(xiàn)了電氣開關(guān)制造和包裝過程的全自動化；美國哈雷戴維森公司廣泛利用以加工中心和機(jī)器人構(gòu)成的智能制造單元，實(shí)現(xiàn)大批量定制；三菱電機(jī)名古屋制作所采用人機(jī)結(jié)合的新型機(jī)器人裝配產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)從自動化到智能化的轉(zhuǎn)變，顯著提高了單位生產(chǎn)面積的產(chǎn)量。

圖1：西門子德國安倍格工廠

二、國內(nèi)智能工廠建設(shè)的現(xiàn)狀分析

隨著工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、社交網(wǎng)絡(luò)、智能化設(shè)備、機(jī)器社區(qū)等新一輪產(chǎn)業(yè)變革和技術(shù)革命的快速興起，現(xiàn)代工業(yè)信息化發(fā)展已邁入建設(shè)智能工廠的歷史新階段。為了緊抓這一發(fā)展機(jī)遇，在國家部署實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略布局的背景下，企業(yè)加快推進(jìn)信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)不斷融合，一系列新模式、新業(yè)態(tài)、新特征日益凸顯。

我國在航空、航天、船舶、汽車、家電、軌道交通、食品飲料、制藥、裝備制造、家居等各行各業(yè)對生產(chǎn)和裝配線進(jìn)行自動化、智能化改造，以及建立全新的智能工廠的需求十分旺盛，當(dāng)前涌現(xiàn)出成都數(shù)字化工廠、海爾、美的等智能工廠建設(shè)的樣板。

圖2：西門子成都數(shù)字化工廠

例如：成都數(shù)字化工廠采用SiemensPLM軟件，通過虛擬化產(chǎn)品設(shè)計和規(guī)劃實(shí)現(xiàn)了信息無縫互聯(lián)，使工廠全面透明化，實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)相融合；PLM，MES，自動化建立在一個數(shù)據(jù)庫平臺上，利用MES和TIA將產(chǎn)品及生產(chǎn)全生命周期進(jìn)行集成，大幅度縮短產(chǎn)品上市時間；自動監(jiān)控質(zhì)量確保品質(zhì)，質(zhì)量一次通過率可達(dá)99.9985%；物流實(shí)現(xiàn)全自動化，大幅縮短補(bǔ)充上貨時間，促使生產(chǎn)效率提高，實(shí)現(xiàn)了機(jī)機(jī)互聯(lián)、機(jī)物互聯(lián)和人機(jī)互聯(lián)，建立了高度智能化的生產(chǎn)加工控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化雙胞胎（Digital Twin）的智能工廠。

圖3：數(shù)字化雙胞胎

我國制造企業(yè)在推進(jìn)智能工廠建設(shè)方面，還存在諸多問題與誤區(qū)

1行業(yè)對智能工廠認(rèn)知程度不同，建設(shè)水平分化差距較大

智能工廠屬于舶來詞，在國外發(fā)達(dá)國家有比較豐富的實(shí)踐基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，但就我國而言，目前存在各個行業(yè)對智能工廠建設(shè)的認(rèn)知程度不同，建設(shè)水平參差不齊的問題。

關(guān)于智能工廠的認(rèn)知主要有以下幾個方面：一是智能工廠建設(shè)是采用三維數(shù)字化設(shè)計和仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的效率和質(zhì)量；二是智能工廠建設(shè)是采用工業(yè)機(jī)器人、高端數(shù)控機(jī)床、PLC等智能制造設(shè)備，提高制造裝備的自動化和智能化水平；

三是智能工廠建設(shè)是把傳感器、處理器、通信模塊融入產(chǎn)品中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可追溯、可識別、可定位；四是智能工廠建設(shè)是構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的C2B模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品個性化自主設(shè)計，滿足消費(fèi)者個性化定制需求等等。

這些對智能工廠的認(rèn)知主要集中在產(chǎn)品、裝備、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等某個方面以及研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、售后服務(wù)等某個環(huán)節(jié)的智能化改造，全面性和系統(tǒng)性較為不足。而基于對智能工廠的不同認(rèn)知，行業(yè)之間建設(shè)水平分化差距較大。

圖4：智能工廠

2智能工廠建設(shè)的系統(tǒng)性規(guī)劃不足

智能工廠建設(shè)的系統(tǒng)性規(guī)劃不足，全生命周期價值創(chuàng)造力有待增強(qiáng)智能工廠建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，涉及研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、倉儲物流、市場營銷、售后服務(wù)、信息咨詢等各個環(huán)節(jié)，需要企業(yè)立足于圍繞產(chǎn)品的全生命周期價值鏈，實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)和信息技術(shù)在各個環(huán)節(jié)的融合發(fā)展。限于資金投入不足、智能生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)缺乏以及認(rèn)知不夠深入等因素，我國企業(yè)智能工廠建設(shè)整體來看缺乏系統(tǒng)性規(guī)劃，覆蓋的環(huán)節(jié)還有待完善。

雖然大型龍頭企業(yè)有相對長遠(yuǎn)的規(guī)劃布局，但從總體上來看，我國企業(yè)建設(shè)智能工廠的全生命周期特征仍不明顯。

一是企業(yè)缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，各部門、各業(yè)務(wù)板塊之間資源整合力度還有待提高，特別是企業(yè)內(nèi)部門間的橫向數(shù)據(jù)對接、信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。二是企業(yè)普遍缺乏從產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、物流到服務(wù)的全信息流管理，難以實(shí)現(xiàn)全部環(huán)節(jié)的無縫銜接和信息集成。

圖5：智能工廠規(guī)劃

3安全可控能力有待進(jìn)一步提升

對外技術(shù)依存度仍然較高，安全可控能力有待進(jìn)一步提升。一是從智能裝備領(lǐng)域來看，國內(nèi)智能裝備市場國產(chǎn)化率仍較低。目前，國外品牌占據(jù)國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場的主導(dǎo)地位，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人受制于基礎(chǔ)工業(yè)的差距，在關(guān)鍵零部件伺服電機(jī)、減速器、控制器等方面自主研發(fā)生產(chǎn)能力較弱，與國外品牌相比，在精密度、可靠性和穩(wěn)定性方面還有較大差距。

我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)大而不強(qiáng)，國內(nèi)生產(chǎn)高效汽車引擎、飛機(jī)發(fā)動機(jī)渦輪盤、飛機(jī)機(jī)身、高速列車頭等的高端數(shù)控機(jī)床仍不同水平地依賴國外品牌。

二是從工業(yè)控制領(lǐng)域來看，國內(nèi)信息安全的形勢較為嚴(yán)峻。國外相關(guān)建設(shè)與研究起步較早，已有較成熟的標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品、服務(wù)體系，同時檢測認(rèn)證、安全防護(hù)產(chǎn)品等核心技術(shù)及工具也較為成熟。

國內(nèi)缺乏自主可控的檢測認(rèn)證技術(shù)與工具，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、安全咨詢評估等方面仍處于探索建設(shè)階段。目前，國內(nèi)工業(yè)控制系統(tǒng)尚以國外產(chǎn)品為主，運(yùn)維服務(wù)還主要依賴于國外供應(yīng)商，可以說國內(nèi)大多數(shù)工業(yè)控制系統(tǒng)仍基本處于不設(shè)防狀態(tài)。

4智能化的設(shè)備大量的涌現(xiàn)

目前國內(nèi)外智能設(shè)備供應(yīng)商越來越多，智能化的設(shè)備大量的涌現(xiàn)。但是在以下幾個方面卻存在著問題：自動化設(shè)備方面，盲目購買自動化設(shè)備和自動化產(chǎn)線。很多制造企業(yè)仍然認(rèn)為推進(jìn)智能工廠就是自動化和機(jī)器人化，盲目追求“黑燈工廠”，推進(jìn)單工位的機(jī)器人改造，推行機(jī)器換人，能加工或裝配單一產(chǎn)品的剛性自動化生產(chǎn)線。

設(shè)備互聯(lián)互通數(shù)據(jù)采集方面，只注重購買高端數(shù)控設(shè)備，但卻沒有配備相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。尚未實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的自動采集和車間聯(lián)網(wǎng)。企業(yè)在購買設(shè)備時沒有要求開放數(shù)據(jù)接口，大部分設(shè)備還不能自動采集數(shù)據(jù)，沒有實(shí)現(xiàn)車間聯(lián)網(wǎng)。

目前，各大自動化廠商都有自己的工業(yè)總線和通信協(xié)議，OPC UA標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用還不普及。設(shè)備利用率方面，設(shè)備績效不高，生產(chǎn)設(shè)備沒有得到充分利用，設(shè)備的健康狀態(tài)未進(jìn)行有效管理，常常由于設(shè)備故障造成非計劃性停機(jī)，影響生產(chǎn)。

圖6：設(shè)備數(shù)據(jù)采集

5工廠運(yùn)營層還是黑箱

在工廠運(yùn)營方面還缺乏信息系統(tǒng)支撐，車間仍然是一個黑箱，生產(chǎn)過程還難以實(shí)現(xiàn)全程追溯，與生產(chǎn)管理息息相關(guān)的制造BOM數(shù)據(jù)、工時數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確。依然存在大量信息化孤島和自動化孤島。

智能工廠建設(shè)涉及到智能裝備、自動化控制、傳感器、工業(yè)軟件等領(lǐng)域的供應(yīng)商，集成難度很大。很多企業(yè)不僅存在諸多信息孤島，也存在很多自動化孤島，自動化生產(chǎn)線沒有進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，生產(chǎn)線之間還需要中轉(zhuǎn)庫轉(zhuǎn)運(yùn)。

圖7：工廠信息孤島

究其原因，是智能制造和智能工廠涵蓋領(lǐng)域太多，系統(tǒng)極其復(fù)雜，企業(yè)還缺乏深刻理解。在這種狀況下，制造企業(yè)不能貿(mào)然推進(jìn)，搞“大躍進(jìn)”，以免造成企業(yè)的投資打水漂。

應(yīng)當(dāng)依托有實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的咨詢服務(wù)機(jī)構(gòu)，結(jié)合企業(yè)內(nèi)部的IT、自動化和精益團(tuán)隊(duì)，高層積極參與，根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝，做好需求分析和整體規(guī)劃，在此基礎(chǔ)上穩(wěn)妥推進(jìn)，才能取得實(shí)效。