當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)企業(yè)、行業(yè)智能制造系統(tǒng)都還處于局部應(yīng)用階段，只有少數(shù)大企業(yè)單項(xiàng)業(yè)務(wù)信息技術(shù)覆蓋面較高，關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)應(yīng)用系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)了一定的協(xié)同和集成。
智能工廠(Intelligent plant)是當(dāng)今工廠在設(shè)備智能化、管理現(xiàn)代化、信息計(jì)算機(jī)化的基礎(chǔ)上達(dá)到的新的階段，很多制造企業(yè)都在大力布局智能工廠。然而從制造企業(yè)生產(chǎn)力水平來(lái)看，大量企業(yè)處于工業(yè)2.0要補(bǔ)課，有些企業(yè)處于工業(yè)3.0待普及，有個(gè)別企業(yè)處于工業(yè)4.0要示范。
智能制造系統(tǒng)解決方案發(fā)展趨勢(shì)
據(jù)行業(yè)專(zhuān)業(yè)人士分析，今后國(guó)內(nèi)智能制造系統(tǒng)解決方案將面臨三大發(fā)展趨勢(shì)。
第一大趨勢(shì)：智能制造是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，系統(tǒng)解決方案領(lǐng)域的合作將更加活躍。
智能制造發(fā)展具有復(fù)雜性、系統(tǒng)性，涉及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、銷(xiāo)售、服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期，涉及執(zhí)行設(shè)備層、控制層、管理層、企業(yè)層、云服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層等企業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)，需要實(shí)現(xiàn)橫向集成、縱向集成和端到端集成。限于資金投入不足、技術(shù)研發(fā)周期較長(zhǎng)以及工藝壁壘等因素，單個(gè)系統(tǒng)解決方案商很難滿足各個(gè)細(xì)分行業(yè)的智能制造發(fā)展需要，企業(yè)間將不斷加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新，以強(qiáng)化智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)能力。
第二大趨勢(shì)：智能制造系統(tǒng)架構(gòu)將進(jìn)一步完善，工業(yè)軟件領(lǐng)域的集成與發(fā)展將成為重點(diǎn)。
從企業(yè)系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)看，國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有出現(xiàn)能夠打通整個(gè)架構(gòu)體系的智能制造解決方案商，但隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，系統(tǒng)解決方案提供商將不斷完善架構(gòu)體系。智能制造系統(tǒng)解決方案主要依托于軟硬件產(chǎn)品及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)制造要素和資源的相互識(shí)別、實(shí)時(shí)交互、信息集成。從硬件層面來(lái)看，基于成本大幅降低的現(xiàn)實(shí)需要，硬件中通用性強(qiáng)的部分將日趨模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。從軟件層面來(lái)看，工業(yè)軟件存在于智能制造的每個(gè)角落，智能制造解決方案將更加倚重于與硬件層關(guān)系密切的軟件部分(SFC、MES、ERP、PLM)的集成與發(fā)展，其中MES是軟件層中最核心部分。
我國(guó)智能工廠發(fā)展趨勢(shì)分析
當(dāng)前，智能制造熱度高企，石化、鋼鐵、機(jī)械裝備制造、汽車(chē)制造、航空航天、飛機(jī)制造等行業(yè)紛紛開(kāi)始探索建設(shè)智能工廠?！吨袊?guó)制造2025》明確提出要推進(jìn) 制造過(guò)程智能化，在重點(diǎn)領(lǐng)域試點(diǎn)建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車(chē)間，這必將加速智能工廠在工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。預(yù)計(jì)未來(lái)3-5年，全國(guó)將涌現(xiàn)出一批智能工廠。
智能工廠的內(nèi)涵及建設(shè)重點(diǎn)
智能工廠是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要載體，主要通過(guò)構(gòu)建智能化生產(chǎn)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化分布生產(chǎn)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的智能化。企業(yè)基于CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的智能工廠原型，主要包括物理層、信息層、大數(shù)據(jù)層、工業(yè)云層、決策層。其中，物理層包含工廠內(nèi)不同層級(jí)的硬件設(shè)備，從最小的嵌入設(shè)備和基礎(chǔ)元器件開(kāi)始，到感知設(shè)備、制造設(shè)備、制造單元和生產(chǎn)線，相互間均實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建了一個(gè)“可測(cè)可控、可產(chǎn)可管”的縱向集成環(huán)境。信息層涵蓋企業(yè)經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)各個(gè)環(huán)節(jié)，包含研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、營(yíng)銷(xiāo)服務(wù)、物流配送等各類(lèi)經(jīng)營(yíng)管理活動(dòng)，以及由此產(chǎn)生的眾創(chuàng)、個(gè)性化定制、電子商務(wù)、可視追蹤等相關(guān)業(yè)務(wù)。在此基礎(chǔ)上，形成了企業(yè)內(nèi)部?jī)r(jià)值鏈的橫向集成環(huán)境，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的流通和交換。
縱向集成和橫向集成均以CPS和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，產(chǎn)品、設(shè)備、制造單元、生產(chǎn)線、車(chē)間、工廠等制造系統(tǒng)的互聯(lián)互通，及其與企業(yè)不同環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)的集成一，則是通過(guò)數(shù)據(jù)應(yīng)用和工業(yè)云服務(wù)實(shí)現(xiàn)，并在決策層基于產(chǎn)品、服務(wù)、設(shè)備管理支撐企業(yè)最高決策。這些共同構(gòu)建了一個(gè)智能工廠完整的價(jià)值網(wǎng)絡(luò)體系，為用戶提供端到端的解決方案。
由于產(chǎn)品制造工藝過(guò)程的明顯差異，離散制造業(yè)和流程制造業(yè)在智能工廠建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容有所不同。對(duì)于離散制造業(yè)而言，產(chǎn)品往往由多個(gè)零部件經(jīng)過(guò)一系列不連續(xù)的工序裝配而成，其過(guò)程包含很多變化和不確定因素，在一定程度上增加了離散型制造生產(chǎn)組織的難度和配套復(fù)雜性。企業(yè)常常按照主要的工藝流程安排生產(chǎn)設(shè)備的位置，以使物料的傳輸距離最小。面向訂單的離散型制造企業(yè)具有多品種、小批量的特點(diǎn)，其工藝路線和設(shè)備的使用較靈活，因此，離散制造型企業(yè)更加重視生產(chǎn)的柔性，其智能工廠建設(shè)的重點(diǎn)是智能制造生產(chǎn)線。
智能工廠主要建設(shè)模式
由于各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)流程不同，加上各個(gè)行業(yè)智能化情況不同，智能工廠有以下幾個(gè)不同的建設(shè)模式。
第一種模式是從生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化到智能工廠。在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫(yī)藥、食品等流程制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的內(nèi)在動(dòng)力在于產(chǎn)品品質(zhì)可控，側(cè)重從生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)起步，基于品控需求從產(chǎn)品末端控制向全流程控制轉(zhuǎn)變。
第二種模式是從智能制造生產(chǎn)單元(裝備和產(chǎn)品)到智能工廠。在機(jī)械、汽車(chē)、航空、船舶、輕工、家用電器和電子信息等離散制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的核心目的是拓展產(chǎn)品價(jià)值空間，側(cè)重從單臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化和產(chǎn)品智能化入手，基于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升實(shí)現(xiàn)價(jià)值增長(zhǎng)。
第三種模式是從個(gè)性化定制到互聯(lián)工廠。在家電、服裝、家居等距離用戶最近的消費(fèi)品制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能制造的重點(diǎn)在于充分滿足消費(fèi)者多元化需求的同時(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，側(cè)重通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)開(kāi)展大規(guī)模個(gè)性定制模式創(chuàng)新。
智能工廠發(fā)展重點(diǎn)環(huán)節(jié)
隨著未來(lái)智能工廠發(fā)展浪潮的逼近。未來(lái)，將有幾個(gè)行業(yè)或者領(lǐng)域迎來(lái)發(fā)展高潮。
首先是虛擬仿真設(shè)計(jì)。隨著三維數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)為主的模擬設(shè)計(jì)模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛谌S建模和仿真的虛擬設(shè)計(jì)模式，使未來(lái)的智能工廠能夠通過(guò)三維數(shù)字建模、工藝虛擬仿真、三維可視化工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，避免傳統(tǒng)的“三維設(shè)計(jì)模型→二維紙質(zhì)圖紙→三維工藝模型”研制過(guò)程中信息傳遞鏈條的斷裂，摒棄二維、三維之間轉(zhuǎn)換，提高產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)效率，保證產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)質(zhì)量。
未來(lái)我國(guó)應(yīng)著重突破MBD技術(shù)、物理仿真引擎系統(tǒng)架構(gòu)、仿真模型三個(gè)環(huán)節(jié)。
其次是網(wǎng)絡(luò)化智能設(shè)備。生產(chǎn)設(shè)備的智能化程度將在網(wǎng)絡(luò)化條件下得到快速提升，傳統(tǒng)制造模式出現(xiàn)顛覆性的變革，具體表現(xiàn)高度密集的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備智能化和柔性化制造方式這三個(gè)方面。
再次是模塊化定制生產(chǎn)。多批次、小產(chǎn)量的生產(chǎn)盈利能力在模塊化生產(chǎn)方式下逐漸得到提升，產(chǎn)品日益滿足消費(fèi)者個(gè)性化需求，具體表現(xiàn)在模塊生產(chǎn)和模塊組裝這兩個(gè)方面。
最后是柔性化新型人機(jī)交互。人與機(jī)器的信息交換方式隨著技術(shù)融合步伐的加快向更高層次邁進(jìn)，新型人機(jī)交互方式被逐漸應(yīng)用于生產(chǎn)制造領(lǐng)域。具體表現(xiàn)在智能交互設(shè)備柔性化和智能交互設(shè)備工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用這兩個(gè)方面。