本文結(jié)合一些結(jié)論與理念，進(jìn)一步探討如何打造具有中國(guó)特色的智能工廠。

一、智能工廠的建設(shè)原則

經(jīng)過(guò)深入研究工業(yè)4.0、中國(guó)制造2025等戰(zhàn)略，結(jié)合十多年數(shù)字化車間建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，蘭光創(chuàng)新認(rèn)為，制造企業(yè)應(yīng)以中國(guó)制造2025為宗旨，以兩化深度融合為突破口，參考德國(guó)工業(yè)4.0中的智能工廠模式及美國(guó)GE工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)理念，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，以人為本，建設(shè)“設(shè)備自動(dòng)化、人員高效化、管理信息化”的中國(guó)特色的智能工廠。

典型的智能工廠示意圖

1、智能工廠的實(shí)施廣度

我們可以參考德國(guó)工業(yè)4.0中對(duì)“智能工廠”的定義：重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。前半句“智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過(guò)程”，是說(shuō)除了包括智能化的機(jī)床、機(jī)器人等生產(chǎn)設(shè)施以外，還包括對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的智能化管控，站在信息化的角度，就是智能化的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。而后半句：“以及網(wǎng)絡(luò)分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)”，是指將生產(chǎn)所用的生產(chǎn)設(shè)施(如機(jī)床、熱處理設(shè)備、機(jī)器人、AGV、測(cè)量測(cè)試等各種數(shù)字化設(shè)備)，進(jìn)行互聯(lián)互通、智能化的管理，實(shí)現(xiàn)信息化系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的深度融合。目前很多企業(yè)實(shí)施的DNC/MDC(設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))是其重要的基礎(chǔ)。

2、智能工廠的實(shí)施深度

按照工業(yè)4.0戰(zhàn)略的描述，理想狀態(tài)的智能制造是一種高度自動(dòng)化、高度信息化、高度網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)模式，工廠內(nèi)人、機(jī)、料自主協(xié)同，自組織、高效運(yùn)轉(zhuǎn);工廠間，通過(guò)端對(duì)端集成、橫向集成，實(shí)現(xiàn)了價(jià)值鏈的共享、協(xié)作，效率、成本、質(zhì)量、個(gè)性化都得到了質(zhì)的飛躍。

對(duì)于中國(guó)制造企業(yè)而言，現(xiàn)在恰逢“三期交疊”的困難期，企業(yè)希望既要符合工業(yè)4.0或者是中國(guó)制造2025的發(fā)展方向，又要投資小、見效快、確保成功率，如何在兩者之間平衡，是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)、也很重要的問題。

在本次智能化制造的革命中，企業(yè)一定要“著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)、立足當(dāng)下”。既要符合工業(yè)4.0 的理念，體現(xiàn)出其主要特點(diǎn)，又要本著務(wù)實(shí)的原則實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略。比如，要汲取以前CIMS實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，不要過(guò)于理想化，不要過(guò)多強(qiáng)調(diào)自組織、自學(xué)習(xí)、自執(zhí)行等高難度的智能技術(shù)，企業(yè)不是突破什么關(guān)鍵智能制造技術(shù)的研究單位，而是以創(chuàng)造效益為根本目的，要總體規(guī)劃、分步實(shí)施，以效益為驅(qū)動(dòng)，確保成功率。在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)信息化、網(wǎng)絡(luò)化，在管理方面深挖潛力，充分發(fā)揮人的作用，構(gòu)建具有適度智能的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高效化、個(gè)性化的智能生產(chǎn)模式，切實(shí)做到明顯的“提質(zhì)增效”。并以量化為指標(biāo)，循序漸進(jìn)，全面提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。假如通過(guò)3年時(shí)間，能將設(shè)備利用率提高100%，蘭光創(chuàng)新認(rèn)為就極有可能“確保企業(yè)的未來(lái)”，這些作法就是符合工業(yè)4.0戰(zhàn)略思想的。

3、建設(shè)智能工廠要有全局的、系統(tǒng)的思想

最近，與制造企業(yè)進(jìn)行有關(guān)智能工廠方面的交流時(shí)，看到生產(chǎn)效率與日本、歐美國(guó)家等發(fā)達(dá)國(guó)家的巨大差距后，很多管理者往往著急地說(shuō)，我要再買些機(jī)器人加強(qiáng)自動(dòng)化，或者說(shuō)我要加強(qiáng)考核，讓工人提高效率。

認(rèn)識(shí)到自己與別人的差距，并有決心去行動(dòng)、去改變，這是非常值得肯定的事情，但智能工廠是個(gè)系統(tǒng)工程，而不是從某個(gè)單一環(huán)節(jié)上就能解決的，光靠購(gòu)買大量的設(shè)備或者僅對(duì)工人加強(qiáng)管理，對(duì)整體而言效果是有限的。試想一下：

如果生產(chǎn)計(jì)劃都不準(zhǔn)確，排產(chǎn)結(jié)果都是延期的，你怎么能夠讓工人保證按期交貨?如果生產(chǎn)計(jì)劃都是不科學(xué)的，本身就存在大量的等待時(shí)間，企業(yè)又怎么能怪工人不努力?

生產(chǎn)過(guò)程中，操作工與刀具、物料等生產(chǎn)準(zhǔn)備人員本來(lái)就是并行協(xié)同的關(guān)系，如果一直延續(xù)以前串行的工作模式，出現(xiàn)“操作者很忙，機(jī)床很閑”的局面是在所難免的，單個(gè)工人身上已經(jīng)很難挖掘潛力了，必須從生產(chǎn)流程、組織管理上進(jìn)行優(yōu)化管理;

還比如，如果信息化系統(tǒng)與生產(chǎn)設(shè)備脫節(jié)，不能充分發(fā)揮高端設(shè)備數(shù)字化通訊、自動(dòng)采集等方面的優(yōu)勢(shì)，所有的工作還靠人工輸入，又怎么能保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、客觀性?沒有這些數(shù)據(jù)的支撐，又怎么能及時(shí)獲知生產(chǎn)信息，及時(shí)作出科學(xué)的管理決策?

如果不能對(duì)物料、刀具、量具、夾具等生產(chǎn)資源進(jìn)行精益化的管控，不是積壓就是短缺，這種粗放型的管理又如何能保證生產(chǎn)效率的提升與成本的降低?

前面也講過(guò)，數(shù)據(jù)就是企業(yè)的財(cái)富，沒有良好的信息化管理系統(tǒng)，沒有自動(dòng)化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，沒有智能化的大數(shù)據(jù)分析，沒有形象直觀的展示系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)就白白丟失掉了，企業(yè)永遠(yuǎn)只能處于憑經(jīng)驗(yàn)、拍腦袋的粗放型管理狀態(tài)。

蘭光創(chuàng)新認(rèn)為，企業(yè)在智能工廠建設(shè)時(shí)一定要從全局思考，打造一個(gè)全面的、有體系的智能工廠管理系統(tǒng)，從各個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化、挖掘潛力，最大程度地提升企業(yè)的生產(chǎn)效率及管理水平。

二、從六個(gè)維度打造具有中國(guó)特色的智能工廠

如何打造中國(guó)特色的智能工廠?從哪幾個(gè)方面入手?智能做成什么程度?針對(duì)這些企業(yè)關(guān)心的問題，蘭光創(chuàng)新在領(lǐng)先的智能工廠整體解決方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合工業(yè)4.0等先進(jìn)理念，在國(guó)內(nèi)首次提出了 “六維智能理論”，即要從6個(gè)維度的“智能”打造中國(guó)特色的智能工廠：智能計(jì)劃排產(chǎn)、智能生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同、智能設(shè)備互聯(lián)互通、智能生產(chǎn)資源管控、智能質(zhì)量過(guò)程控制、智能大數(shù)據(jù)分析與決策支持。該理論分別從計(jì)劃源頭、過(guò)程協(xié)同、設(shè)備底層、資源優(yōu)化、質(zhì)量控制、決策支持等6個(gè)方面著手，實(shí)現(xiàn)全面的精細(xì)化、精準(zhǔn)化、自動(dòng)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的智能化管理與控制，既很好地符合了德國(guó)智能工廠的定義，又能與美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、以及中國(guó)制造2025等理念完全吻合。

全模塊的智能工廠

“6維智能工廠”理論

下面，簡(jiǎn)單地介紹一下這6個(gè)智能。

1、智能計(jì)劃排產(chǎn)

首先從計(jì)劃源頭上確保計(jì)劃的科學(xué)化、精準(zhǔn)化。通過(guò)集成，從ERP等上游系統(tǒng)讀取主生產(chǎn)計(jì)劃后，利用APS進(jìn)行自動(dòng)排產(chǎn)，按交貨期、精益生產(chǎn)、生產(chǎn)周期、最優(yōu)庫(kù)存、同一裝夾優(yōu)先、已投產(chǎn)訂單優(yōu)先等多種高級(jí)排產(chǎn)算法，自動(dòng)生成的生產(chǎn)計(jì)劃可準(zhǔn)確到每一道工序、每一臺(tái)設(shè)備、每一分鐘，并使交貨期最短、生產(chǎn)效率最高、生產(chǎn)最均衡化。這是對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行科學(xué)的源頭與基礎(chǔ)。

圖形化的JobDISPO APS高級(jí)排產(chǎn)

2、智能生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同

為避免貴重的生產(chǎn)設(shè)備因操作工忙于找刀、找料、檢驗(yàn)等輔助工作而造成設(shè)備有效利用率低的情況，企業(yè)要從生產(chǎn)準(zhǔn)備過(guò)程上，實(shí)現(xiàn)物料、刀具、工裝、工藝等的并行協(xié)同準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)車間級(jí)的協(xié)同制造，可明顯提升機(jī)床的有效利用率。

智能的生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同

還比如，隨著3D模型的普及，在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)以3D模型為載體的信息共享，將CATIA、PRO/E、NX等多種數(shù)據(jù)格式的3D圖形、工藝直接下發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)，做到生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)紙化，也可明顯減少圖紙轉(zhuǎn)化與看圖的時(shí)間，提升工人的勞動(dòng)效率。

3D Viewstation可視化在智能制造中的應(yīng)用

3、智能的設(shè)備互聯(lián)互通。

無(wú)論是工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、還是中國(guó)制造2025，其實(shí)質(zhì)都是以CPS賽博物理系統(tǒng)為核心，通過(guò)信息化與生產(chǎn)設(shè)備等物理實(shí)體的深度融合，實(shí)現(xiàn)智能制造的生產(chǎn)模式。對(duì)企業(yè)來(lái)講，將那些貴重的數(shù)控設(shè)備、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等數(shù)字化設(shè)備，通過(guò)DNC/MDC的機(jī)床聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)分析、可視化展現(xiàn)、智能決策等功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備的分布式網(wǎng)絡(luò)化通訊、程序集中管理、設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等，就是CPS賽博物理系統(tǒng)在制造企業(yè)中最典型的體現(xiàn)。

DNC/MDC系統(tǒng)架構(gòu)圖

DNC是Distributed Numerical Control的簡(jiǎn)稱，意為分布式數(shù)字控制，國(guó)內(nèi)一般統(tǒng)稱為機(jī)床聯(lián)網(wǎng)。DNC系統(tǒng)通過(guò)一臺(tái)服務(wù)器可實(shí)現(xiàn)對(duì)所有數(shù)控設(shè)備的雙向并發(fā)通訊，支持Fanuc、Siemens、Heidenhain等上百種控制系統(tǒng)，兼容RS232、422、485、TCP/IP、無(wú)線等各類通訊方式，具有遠(yuǎn)程通訊、強(qiáng)制上傳等常見功能，將數(shù)控設(shè)備納入整個(gè)IT系統(tǒng)進(jìn)行集群化管理。

管理學(xué)大師彼得?德魯克曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“你如果無(wú)法度量它，就無(wú)法管理它”，我們不僅需要通過(guò)DNC解決互聯(lián)的問題，更需要通過(guò)MDC(Manufacturing Data Collection，直譯為制造數(shù)據(jù)采集，俗稱為機(jī)床監(jiān)控)解決數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、透明化、量化管理的問題。

MDC通過(guò)一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以同時(shí)自動(dòng)采集4096臺(tái)數(shù)控設(shè)備，兼容數(shù)控機(jī)床、熱處理設(shè)備(如熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等設(shè)備)、機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等各類數(shù)字化設(shè)備，兼容西門子等所有機(jī)床控制系統(tǒng)，以及三菱、歐姆龍等各類PLC的設(shè)備。

對(duì)高端帶網(wǎng)卡的機(jī)床，可直接采集到機(jī)床的實(shí)時(shí)狀態(tài)、程序信息、加工件數(shù)、轉(zhuǎn)速和進(jìn)給、報(bào)警信息等豐富的信息。并以形象直觀的圖形化界面進(jìn)行顯示，比如，綠色表示機(jī)床正在運(yùn)行，黃色表示機(jī)床開機(jī)沒干活，灰色表示沒開機(jī)，紅色表示故障，鼠標(biāo)在機(jī)床圖形上一點(diǎn)，相關(guān)的機(jī)床詳細(xì)信息就全部實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的透明化、量化管理。

MDC-Max設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控界面

如果要實(shí)現(xiàn)更逼真的顯示效果，可通過(guò)3D虛擬技術(shù)以立體的形式展現(xiàn)車間、設(shè)備、人體模型等，可以實(shí)現(xiàn)人體的行走、機(jī)床的放大縮小、設(shè)備信息的實(shí)時(shí)顯示等各種操作，給用戶一個(gè)更直觀、形象的展現(xiàn)。

蘭光3D可視化車間

4、智能生產(chǎn)資源管理

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)資源(物料、刀具、量具、夾具等)進(jìn)行出入庫(kù)、查詢、盤點(diǎn)、報(bào)損、并行準(zhǔn)備、切削專家?guī)?、統(tǒng)計(jì)分析等功能，有效地避免因生產(chǎn)資源的積壓與短缺，實(shí)現(xiàn)庫(kù)存的精益化管理，可最大程度地減少因生產(chǎn)資源不足帶來(lái)的生產(chǎn)延誤，也可避免因生產(chǎn)資源的積壓造成生產(chǎn)輔助成本的居高不下。

蘭光刀具管理模塊界面

5、智能質(zhì)量過(guò)程管控

除了對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量問題進(jìn)行及時(shí)的處理，分析出規(guī)律，減少質(zhì)量問題的再次發(fā)生等技術(shù)手段以外，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的制造過(guò)程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集、及時(shí)的干預(yù)，也是確保產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要手段。

通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的形式對(duì)熔煉、壓鑄、熱處理、涂裝等數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行采集與管理，如采集設(shè)備基本狀態(tài)，對(duì)各類工藝過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)預(yù)警、過(guò)程記錄分析等功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的、嚴(yán)格的工藝控制，確保產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程完全受控。

對(duì)熱處理設(shè)備生產(chǎn)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與及時(shí)處理

當(dāng)生產(chǎn)一段時(shí)間，質(zhì)量出現(xiàn)一定的規(guī)律時(shí)，我們可以通過(guò)對(duì)工序過(guò)程的主要工藝參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行綜合分析，為技術(shù)人員與管理人員進(jìn)行工藝改進(jìn)提供科學(xué)、量化的參考數(shù)據(jù)，在以后的生產(chǎn)過(guò)程中，減少不好的參數(shù)，確保最優(yōu)的生產(chǎn)參數(shù)，從而保證產(chǎn)品的一致性與穩(wěn)定性。

6、智能決策支持

在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)運(yùn)行著大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在蘭光創(chuàng)新的很多用戶里，企業(yè)一個(gè)車間一年的數(shù)據(jù)量就高10億條以上，這是一種真正的工業(yè)大數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是企業(yè)寶貴的財(cái)富。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的挖掘與分析，系統(tǒng)自動(dòng)生成各種直觀的統(tǒng)計(jì)、分析報(bào)表，如計(jì)劃制訂情況、計(jì)劃執(zhí)行情況、質(zhì)量情況、庫(kù)存情況、設(shè)備情況等，可為相關(guān)人員決策提供幫助。這種基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持，可以很好地幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的高效生產(chǎn)模式。

基于大數(shù)據(jù)分析的智能決策支持報(bào)表

總之，通過(guò)以上6個(gè)方面智能的打造，可極大提升企業(yè)的計(jì)劃科學(xué)化、生產(chǎn)過(guò)程協(xié)同化、生產(chǎn)設(shè)備與信息化的深度融合，并通過(guò)基于大數(shù)據(jù)分析的決策支持對(duì)企業(yè)進(jìn)行透明化、量化的管理，可明顯提升企業(yè)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，是一種很好的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的智能生產(chǎn)模式。