Smart Manufacturing Innovation
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來源：创新研究 作者：政策研究室
智慧工廠是實現智慧製造的重要載體，主要透過建構智慧化生產系統、網路化分布生產設施，實現生產過程的智慧化。
智慧工廠已經具有了自主能力，可採集、分析、判斷、規劃；透過整體可視技術進行推理預測，利用仿真及多媒體技術，將實境擴增展示設計與製造過程。
系統中各組成部分，可自行組成最佳系統結構，具備協調、重組及擴充特性。已系統具備了自我學習、自行維護能力。因此，智慧工廠實現了人與機器的相互協調合作，其本質是人機交互。
一、智慧工廠主要建設模式
由於各個行業生產流程不同，加上各個行業智慧化情況不同，智慧工廠有以下幾個不同的建設模式。
第一種模式是從生產過程數位化到智慧工廠。在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫藥、食品等流程製造領域，企業發展智慧製造的內在動力，在於產品品質可控，側重從生產數位化建設起步，基於品控需求從產品末端控制，向全流程控制轉變。
因此其智慧工廠建設模式為：
一是推進生產過程數位化，在生產製造、過程管理等單個環節資訊化系統建設的基礎上，建構覆蓋全流程的動態透明，可追溯體系，基於統一的可視化平台，實現產品生產全過程，跨部門協同控制；
二是推進生產管理一體化，搭建企業CPS系統，深化生產製造與營運管理、採購銷售等核心業務系統整合，促進企業內部資源和資訊的整合和共享；
三是推進供應鏈協同化，基於原材料採購和配送需求，將CPS系統，拓展至供應商和物流企業，橫向整合供應商，和物料配送協同資源和網路，實現外部原材料供應，和內部生產配送的系統化、流程化，提高工廠內外供應鏈運行效率；
四是整體打造大數據化智慧工廠，推進端到端整合，開展客製化訂製業務。
第二種模式是從智慧製造生產單元(裝備和產品)到智慧工廠。在機械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子資訊等離散製造領域，企業發展智慧製造的核心目的，是拓展產品價值空間，側重從單台設備自動化和產品智慧化入手，基於生產效率和產品效能的提升，實現價值成長。
因此其智慧工廠建設模式為：
因此其智慧工廠建設模式為：
一是推進生產設備(生產線)智慧化，透過引進各類符合生產所需的智慧裝備，建立基於CPS系統的車間級智慧生產單元，提高精準製造、敏捷製造能力。
二是拓展基於產品智慧化的增值服務，利用產品的智慧裝置，實現與CPS系統的互聯互通，支持產品的遠端故障診斷，和即時診斷等服務；
三是推進車間級與企業級系統整合，實現生產和經營的無縫整合，和上下游企業間的資訊共享，開展基於橫向價值網路的協同創新。
四是推進生產與服務的整合，基於智慧工廠實現服務化轉型，提高產業效率和核心競爭力。
四是推進生產與服務的整合，基於智慧工廠實現服務化轉型，提高產業效率和核心競爭力。
例如，廣州數控透過利用工業乙太網，將單元級的傳感器、工業機器人、數控機床，以及各類機械設備，與車間級的柔性生產線總控制台相連，利用乙太網將總控台，與企業管理級的各類伺服器相連，再透過互聯網將企業管理系統，與產業鏈上下游企業相連，打通了產品全生命週期，各環節的數據通道，實現了生產過程的遠端數據採集分析，和故障監測診斷。
三一重工的18號廠房是總裝車間，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線，透過在生產車間建立「部件工作中心島」，即單元化生產，將每一類部件，從生產到下線所有工藝集中在一個區域內，猶如在一個獨立的「島嶼」內，完成全部生產。
這種組織方式，打破了傳統流程化生產線，呈直線佈置的弊端，在保證結構件製造工藝不改變、生產人員不增加的情況下，實現了減少佔地面積、提高生產效率、降低運行成本的目的。
這種組織方式，打破了傳統流程化生產線，呈直線佈置的弊端，在保證結構件製造工藝不改變、生產人員不增加的情況下，實現了減少佔地面積、提高生產效率、降低運行成本的目的。
目前，三一重工已建成車間智慧監控網路，和刀具管理系統、公共製造資源定位，與物料跟蹤管理系統、計劃、物流、品質管控系統、生產控制中心(PCC)中央控制系統等智慧系統，還與其他單位，共同研發了智慧上下料機械手臂。
基於DNC系統的車間設備智慧監控網路、智慧化立體倉庫，與AGV運輸軟硬體系統、基於RFID設備及無線傳感網路的物料，和資源跟蹤定位系統、高級計劃排程系統(APS)、製造執行系統(MES)、物流執行系統(LES)、在線上品質檢測系統(SPC)、生產控制中心管理決策系統等關鍵核心智慧裝置，實現了對製造資源跟蹤、生產過程監控，計劃、物流、品質整合化管控下的均衡化混流生產。
基於DNC系統的車間設備智慧監控網路、智慧化立體倉庫，與AGV運輸軟硬體系統、基於RFID設備及無線傳感網路的物料，和資源跟蹤定位系統、高級計劃排程系統(APS)、製造執行系統(MES)、物流執行系統(LES)、在線上品質檢測系統(SPC)、生產控制中心管理決策系統等關鍵核心智慧裝置，實現了對製造資源跟蹤、生產過程監控，計劃、物流、品質整合化管控下的均衡化混流生產。
第三種模式是從個性化定制到互聯工廠。在家電、服裝、家居等，距離用戶最近的消費品製造領域，企業發展智慧製造的重點，在於充分滿足消費者多元化需求的同時，實現規模經濟生產，側重透過互聯網平台，展開大規模個性定制模式創新。
因此其智慧工廠建設模式為：
一是推進個性化定制生產，引入柔性化生產線，搭建互聯網平台，促進企業與用戶深度交互、廣泛徵集需求，基於需求數據模型開展精益生產；
二是推進設計虛擬化，依託互聯網逆向整合設計環節，打通設計、生產、服務數據鏈，採用虛擬仿真技術優化生產工藝；
三是推進製造網路協同化，變革傳統垂直組織模式，以扁平化、虛擬化新型製造平台為紐帶，集聚產業鏈上下游資源，發展遠端定制、異地設計、當地生產的網路協同製造新模式。
二、全球智慧工廠建設的現狀
近年來，全球各主要經濟體，都在大力推進製造業的復興。在工業4.0、工業互聯網、物聯網、雲計算等熱潮下，全球眾多優秀製造企業都開展了智慧工廠建設實踐。
例如，西門子安貝格電子工廠，實現了多品種工控機的混線生產;
FANUC公司實現了機器人，和伺服電機生產過程的高度自動化和智慧化，並利用自動化立體倉庫，在車間內的各個智慧製造單元之間傳遞物料，實現了最高720小時無人值守；
施耐德電氣，實現了電氣開關製造，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，和機器人構成的智慧製造單元，實現大批量客製化；
三菱電機名古屋製作，所採用人機結合的新型機器人，裝配產線，實現從自動化到智慧化的轉變，顯著提高了單位生產面積的產量；全球重卡巨頭MAN公司搭建了完備的廠內物流體系，利用AGV裝載，進行裝配的部件和整車，便於靈活調整裝配線，並建立了物料超市，取得明顯成效。
當前，客戶個性化需求日益成長等因素，迫使製造企業從低成本競爭策略，轉向建立差異化競爭優勢。
在工廠層面，製造企業面臨著招工難，以及缺乏專業技師的巨大壓力，必須實現減員增效，迫切需要推進智慧工廠建設。
另一方面，物聯網、協作機器人、增材製造、預測性維護、機器視覺等新興技術迅速興起，為製造企業推進智慧工廠建設，提供了良好的技術支撐。
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