制造系統(tǒng)的新前沿

智能工廠代表了從傳統(tǒng)自動(dòng)化向完全互聯(lián)和柔性系統(tǒng)的飛躍。這個(gè)系統(tǒng)能夠從互聯(lián)的運(yùn)營(yíng)和生產(chǎn)系統(tǒng)中源源不斷地獲取數(shù)據(jù)，從而了解并適應(yīng)新的需求。真正的智能工廠能夠整合全系統(tǒng)內(nèi)的物理資產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)資產(chǎn)和人力資本，推動(dòng)制造、維護(hù)、庫(kù)存跟蹤、通過(guò)數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)數(shù)字化以及整個(gè)制造網(wǎng)絡(luò)中其他類型的活動(dòng)。其產(chǎn)生的結(jié)果可能是系統(tǒng)效率更高也更為敏捷，生產(chǎn)停工時(shí)間更少，對(duì)工廠或整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)和調(diào)整適應(yīng)的能力更強(qiáng)，從而進(jìn)一步提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

智能工廠的定義

一直以來(lái)，自動(dòng)化在某種程度上始終是工廠的一部分，甚至高水平的自動(dòng)化也非新生事物。然而，“自動(dòng)化”一詞通常表示單一且獨(dú)立的任務(wù)或流程的執(zhí)行。過(guò)去，機(jī)器自行“決策”的情況往往是以自動(dòng)化為基礎(chǔ)的線性行為，如基于一套預(yù)定的規(guī)則打開(kāi)閥門(mén)或開(kāi)啟或關(guān)閉水泵。

通過(guò)人工智能的應(yīng)用，以及成熟度不斷深化的信息物理系統(tǒng)將實(shí)體機(jī)器與業(yè)務(wù)流程相結(jié)合，自動(dòng)化日益覆蓋了通常由人類進(jìn)行的復(fù)雜優(yōu)化決策。最后，也許也是最為關(guān)鍵的，“智能工廠”一詞亦表示通過(guò)互聯(lián)互通的信息技術(shù)/運(yùn)營(yíng)技術(shù)格局，實(shí)現(xiàn)工廠車(chē)間決策及洞察與供應(yīng)鏈以及整個(gè)企業(yè)其他部分的融合。這將從根本上改變生產(chǎn)流程，大大增強(qiáng)與供應(yīng)商和客戶之間的關(guān)系。

通過(guò)這個(gè)描述，我們可清楚地了解智能工廠并不僅僅是簡(jiǎn)單的自動(dòng)化。智能工廠是一個(gè)柔性系統(tǒng)，能夠自行優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)，自行適應(yīng)并實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)新的環(huán)境條件，并自動(dòng)運(yùn)行整個(gè)生產(chǎn)流程。智能工廠能夠在工廠車(chē)間內(nèi)自動(dòng)運(yùn)作，同時(shí)與具有類似生產(chǎn)系統(tǒng)的全球網(wǎng)絡(luò)甚至整個(gè)數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。需要注意的是，鑒于技術(shù)的快速發(fā)展趨勢(shì)，本文對(duì)智能工廠的定義和描述不應(yīng)視為其“終極形態(tài)”，相反，其代表的是長(zhǎng)期進(jìn)行的演變，是打造并維持一個(gè)柔性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的不斷發(fā)展的歷程，而非過(guò)去工廠所進(jìn)行的一次性現(xiàn)代化方式。

智能工廠真正強(qiáng)大之處在于其根據(jù)企業(yè)不斷變化的需要發(fā)展和成長(zhǎng)的能力，無(wú)論這些需要是客戶需求的轉(zhuǎn)變、進(jìn)入新市場(chǎng)的擴(kuò)張、新產(chǎn)品或服務(wù)的開(kāi)發(fā)，還是預(yù)測(cè)性更強(qiáng)響應(yīng)度更高的運(yùn)行和維護(hù)方法、新流程或技術(shù)的引入，或是生產(chǎn)流程的準(zhǔn)實(shí)時(shí)變化。由于具備更為強(qiáng)大的計(jì)算和分析能力，并擁有更為廣泛的智能互聯(lián)資產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)，智能工廠能使企業(yè)以過(guò)去相對(duì)困難甚至不可能的方式適應(yīng)變化。

智能工廠是一個(gè)柔性系統(tǒng)，能夠自行優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)，自行適應(yīng)并實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)新的環(huán)境條件，并自動(dòng)運(yùn)行整個(gè)生產(chǎn)流程。

智能工廠的特征與眾不同在哪兒

面對(duì)企業(yè)或生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)的萬(wàn)千變化，許多制造企業(yè)疲于應(yīng)對(duì)，運(yùn)營(yíng)狀況面臨巨大的壓力。智能工廠解決方案能夠提供多種方式，助其成功應(yīng)對(duì)部分問(wèn)題。實(shí)時(shí)調(diào)整并學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的能力使得智能工廠擁有更高的響應(yīng)度，更具前瞻性和預(yù)測(cè)性，并助企業(yè)免受運(yùn)營(yíng)停工及其他生產(chǎn)難題的困擾。

某領(lǐng)先電子公司采用了一套全自動(dòng)化的生產(chǎn)系統(tǒng)、三維掃描儀、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及一體化機(jī)器控制，作為其在生產(chǎn)空調(diào)的過(guò)程中實(shí)施智能工廠解決方案的舉措之一。這個(gè)自動(dòng)化的益處包括客戶交付時(shí)間縮短，整體成本下降，以及產(chǎn)能提升25%，殘次品減少50%。

▲智能工廠及其部分主要特征

上圖描述了智能工廠及其部分主要特征：互聯(lián)、優(yōu)化、透明、前瞻和敏捷。這些特征均有助于進(jìn)行明智的決策，并協(xié)助企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)流程。值得注意的是，世界上沒(méi)有兩個(gè)一模一樣的智能工廠，制造企業(yè)可依據(jù)其特定需求，重點(diǎn)發(fā)展智能工廠的不同領(lǐng)域和特征。

互聯(lián)或許是智能工廠最重要的特征，同時(shí)也是其最大的價(jià)值所在。智能工廠須確?；玖鞒膛c物料的互聯(lián)互通，以生成實(shí)時(shí)決策所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。在真正意義的智能工廠中，傳感器遍布各項(xiàng)資產(chǎn)，因此系統(tǒng)可不斷從新興與傳統(tǒng)渠道抓取數(shù)據(jù)集，確保數(shù)據(jù)持續(xù)更新，并反映當(dāng)前情況。通過(guò)整合來(lái)自運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、以及供應(yīng)商和客戶的數(shù)據(jù)，可全面掌控供應(yīng)鏈上下游流程，從而提高供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的整體效率。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化的智能工廠可實(shí)現(xiàn)高度可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，最大程度上降低人工干預(yù)。智能工廠具備自動(dòng)化工作流程，可同步了解資產(chǎn)狀況，同時(shí)優(yōu)化了追蹤系統(tǒng)與進(jìn)度計(jì)劃，能源消耗亦更加合理，可有效提高產(chǎn)量、運(yùn)行時(shí)間以及質(zhì)量，并降低成本、避免浪費(fèi)。

智能工廠獲取的數(shù)據(jù)公開(kāi)透明：通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化，將從流程與成品或半成品獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)變?yōu)榍袑?shí)可行的洞見(jiàn)，從而協(xié)助人工以及自動(dòng)化決策流程。透明化網(wǎng)絡(luò)還將進(jìn)一步擴(kuò)大對(duì)設(shè)備情況的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)基于角色的觀點(diǎn)、實(shí)時(shí)警告與通知以及實(shí)時(shí)追蹤與監(jiān)控等手段，確保企業(yè)決策更加精準(zhǔn)。

在一個(gè)前瞻型體系中，員工與系統(tǒng)可預(yù)見(jiàn)即將出現(xiàn)的問(wèn)題或挑戰(zhàn)，并提前予以應(yīng)對(duì)，而非靜待問(wèn)題發(fā)生再作響應(yīng)。這一特征包括識(shí)別異常情況，儲(chǔ)備并補(bǔ)充庫(kù)存，發(fā)現(xiàn)并提前解決質(zhì)量問(wèn)題，以及監(jiān)控安全與維修問(wèn)題。智能工廠能夠基于歷史與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)未來(lái)成果，從而提高正常運(yùn)行時(shí)間、產(chǎn)量與質(zhì)量，同時(shí)預(yù)防安全問(wèn)題。在智能工廠中，制造企業(yè)可通過(guò)創(chuàng)建數(shù)字孿生等流程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)營(yíng)，在自動(dòng)化與整合的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)預(yù)測(cè)能力。

智能工廠具備敏捷的靈活性，可快速適應(yīng)進(jìn)度以及產(chǎn)品變更，并將其影響降至最低。先進(jìn)的智能工廠還可根據(jù)正在生產(chǎn)的產(chǎn)品以及進(jìn)度變更，自動(dòng)配置設(shè)備與物料流程，進(jìn)而實(shí)時(shí)掌控這些變更所造成的影響。此外，靈活性還促使智能工廠在進(jìn)度與產(chǎn)品發(fā)生變更時(shí)，最大程度上降低調(diào)整幅度，從而提高運(yùn)行時(shí)間與產(chǎn)量并確保靈活的進(jìn)度安排。

由于具備上述特征，制造企業(yè)可更加全面清晰地了解其資產(chǎn)與系統(tǒng)，有效應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)工廠所面臨的挑戰(zhàn)，最終提高生產(chǎn)率，更加靈活地響應(yīng)不斷變化的供應(yīng)商及客戶情況。例如，一家服飾鞋品公司分別在歐洲與北美設(shè)立了全新智能工廠，以求解決制造企業(yè)經(jīng)常面臨的一些挑戰(zhàn)，包括全球離散化生產(chǎn)以及日益變化的客戶需求。

傳統(tǒng)工廠和供應(yīng)鏈往往面臨流行變化趨勢(shì)所帶來(lái)的諸多挑戰(zhàn)。新型智能工廠通常設(shè)于客戶所在地附近，因此可更快響應(yīng)新興趨勢(shì)，并迅速為消費(fèi)者提供鞋品——預(yù)計(jì)不到一周，相較之下，傳統(tǒng)工廠則需兩至三個(gè)月。兩家智能工廠均運(yùn)用了各種數(shù)字化與物理技術(shù)，包括數(shù)字孿生、數(shù)字設(shè)計(jì)、增材制造設(shè)備以及自動(dòng)化機(jī)器人等。公司打算汲取最初兩家智能工廠的經(jīng)驗(yàn)，將這種模式推廣至亞洲等其他地區(qū)的更多基地。