智能制造這個(gè)詞大家都不陌生，尤其是在近年來(lái)更是廣為流傳，而各家對智能制造的理解也各不相同。天拓四方認為“智能制造”可以從制造和智能兩方面進(jìn)行解讀。首先，制造是指對原材料進(jìn)行加工或再加工，以及對零部件進(jìn)行裝配的過(guò)程。通常，按照生產(chǎn)方式的連續性不同，制造分為流程制造與離散制造（也有離散和流程混合的生產(chǎn)方式）。根據我國現行標準GB／T4754－2002，我國制造業(yè)包括31個(gè)行業(yè)，又進(jìn)一步劃分約175個(gè)中類(lèi)、530個(gè)小類(lèi)，涉及了國民經(jīng)濟的方方面面。

智能是由“智慧”和“能力”兩個(gè)詞語(yǔ)構成。從感覺(jué)到記憶到思維這一過(guò)程，稱(chēng)為“智慧”，智慧的結果產(chǎn)生了行為和語(yǔ)言，將行為和語(yǔ)言的表達過(guò)程稱(chēng)為“能力”，兩者合稱(chēng)為“智能”。因此，將感覺(jué)、記憶、回憶、思維、語(yǔ)言、行為的整個(gè)過(guò)程稱(chēng)為智能過(guò)程，它是智慧和能力的表現。

然而，由于我國技術(shù)基礎薄弱發(fā)展不平衡，企業(yè)在智能制造實(shí)施和升級改造過(guò)程中往往茫然不知從何做起。因此，以下將根據智能制造的描述性定義，提出關(guān)于智能工廠(chǎng)、制造環(huán)節及裝備智能化、網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)互通、端到端數據流等四個(gè)方面的初步認識，以期說(shuō)明智能制造的主要內容。

智能制造的載體智能工廠(chǎng)

智能工廠(chǎng)是實(shí)現智能制造的載體。在智能工廠(chǎng)中通過(guò)生產(chǎn)管理系統、計算機輔助工具和智能裝備的集成與互操作來(lái)實(shí)現智能化、網(wǎng)絡(luò )化分布式管理，進(jìn)而實(shí)現企業(yè)業(yè)務(wù)流程、工藝流程及資金流程的協(xié)同，以及生產(chǎn)資源（材料、能源等）在企業(yè)內部及企業(yè)之間的動(dòng)態(tài)配置。

一方面，“工欲善其事，必先利其器”，實(shí)現智能制造的利器就是數字化、網(wǎng)絡(luò )化的工具軟件和制造裝備，包括以下類(lèi)型：

計算機輔助工具，如CAD（計算機輔助設計）、CAE（計算機輔助工程）、CAPP（計算機輔助工藝設計）、CAM（計算機輔助制造）、CAT（計算機輔助測試，如ICT信息測試、FCT功能測試）等；

計算機仿真工具，如物流仿真、工程物理仿真（包括結構分析、聲學(xué)分析、流體分析、熱力學(xué)分析、運動(dòng)分析、復合材料分析等多物理場(chǎng)仿真）、工藝仿真等；

工廠(chǎng)／車(chē)間業(yè)務(wù)與生產(chǎn)管理系統，如ERP（企業(yè)資源計劃）、MES（制造執行系統）、PLM（產(chǎn)品全生命周期管理）／PDM（產(chǎn)品數據管理）等；

智能裝備，如高檔數控機床與機器人、增材制造裝備（3D打印機）、智能爐窯、反應釜及其他智能化裝備、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備、智能物流與倉儲裝備等；

新一代信息技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據等。
另一方面，智能制造是一個(gè)覆蓋更寬泛領(lǐng)域和技術(shù)的“超級”系統工程，在生產(chǎn)過(guò)程中以產(chǎn)品全生命周期管理為主線(xiàn)，還伴隨著(zhù)供應鏈、訂單、資產(chǎn)等全生命周期管理，如圖1所示。?

圖1：智能制造生命周期管理

在智能工廠(chǎng)中，借助于各種生產(chǎn)管理工具／軟件／系統和智能設備，打通企業(yè)從設計、生產(chǎn)到銷(xiāo)售、維護的各個(gè)環(huán)節，實(shí)現產(chǎn)品仿真設計、生產(chǎn)自動(dòng)排程、信息上傳下達、生產(chǎn)過(guò)程監控、質(zhì)量在線(xiàn)監測、物料自動(dòng)配送等智能化生產(chǎn)。下面介紹了幾個(gè)智能工廠(chǎng)中的典型“智能”生產(chǎn)場(chǎng)景。

場(chǎng)景1：設計／制造一體化。在智能化較好的航空航天制造領(lǐng)域，采用基于模型定義（MBD）技術(shù)實(shí)現產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，用一個(gè)集成的三維實(shí)體模型完整地表達產(chǎn)品的設計信息和制造信息（產(chǎn)品結構、三維尺寸、BOM等），所有的生產(chǎn)過(guò)程包括產(chǎn)品設計、工藝設計、工裝設計、產(chǎn)品制造、檢驗檢測等都基于該模型實(shí)現，這打破了設計與制造之間的壁壘，有效解決了產(chǎn)品設計與制造一致性問(wèn)題。制造過(guò)程某些環(huán)節，甚至全部環(huán)節都可以在全國或全世界進(jìn)行代工，使制造過(guò)程性?xún)r(jià)比更優(yōu)化，實(shí)現協(xié)同制造。

場(chǎng)景2：供應鏈及庫存管理。企業(yè)要生產(chǎn)的產(chǎn)品種類(lèi)、數量等信息通過(guò)訂單確認，這使得生產(chǎn)變得精確。例如：使用ERP或WMS（倉庫管理系統）進(jìn)行原材料庫存管理，包括各種原材料及供應商信息。當客戶(hù)訂單下達時(shí)，ERP自動(dòng)計算所需的原材料，并且根據供應商信息即時(shí)計算原材料的采購時(shí)間，確保在滿(mǎn)足交貨時(shí)間的同時(shí)使得庫存成本更低甚至為零。

場(chǎng)景3：質(zhì)量控制。車(chē)間內使用的傳感器、設備和儀器能夠自動(dòng)在線(xiàn)采集質(zhì)量控制所需的關(guān)鍵數據；生產(chǎn)管理系統基于實(shí)時(shí)采集的數據，提供質(zhì)量判異和過(guò)程判穩等在線(xiàn)質(zhì)量監測和預警方法，及時(shí)有效發(fā)現產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。此外，產(chǎn)品具有標識（條形碼、二維碼、電子標簽），可以以文字、圖片和視頻等方式追溯產(chǎn)品質(zhì)量所涉及的數據，如用料批次、供應商、作業(yè)人員、作業(yè)地點(diǎn)、加工工藝、加工設備信息、作業(yè)時(shí)間、質(zhì)量檢測及判定、不良處理過(guò)程等。

場(chǎng)景4：能效優(yōu)化。采集關(guān)鍵制造裝備、生產(chǎn)過(guò)程、能源供給等環(huán)節的能效相關(guān)數據，使用MES系統或EMS（能源管理系統）系統對能效相關(guān)數據進(jìn)行管理和分析，及時(shí)發(fā)現能效的波動(dòng)和異常，在保證正常生產(chǎn)的前提下，相應地對生產(chǎn)過(guò)程、設備、能源供給及人員等進(jìn)行調整，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的能效提高。

因此，智能工廠(chǎng)的建立可大幅改善勞動(dòng)條件，減少生產(chǎn)線(xiàn)人工干預，提高生產(chǎn)過(guò)程可控性，重要的是借助于信息化技術(shù)打通企業(yè)的各個(gè)流程，實(shí)現從設計、生產(chǎn)到銷(xiāo)售各個(gè)環(huán)節的互聯(lián)互通，并在此基礎上實(shí)現資源的整合優(yōu)化和提高，從而進(jìn)一步提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

如何實(shí)現制造環(huán)節智能化

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及使得企業(yè)與個(gè)體客戶(hù)間的即時(shí)交流成為現實(shí)，促使制造業(yè)實(shí)現從需求端到研發(fā)端、服務(wù)端的拉動(dòng)式生產(chǎn)，以及從“生產(chǎn)型”向“服務(wù)型”模式轉變。因此，企業(yè)領(lǐng)先于競爭對手完成數字化、網(wǎng)絡(luò )化與智能化的轉型升級，實(shí)現大規模定制化生產(chǎn)來(lái)滿(mǎn)足個(gè)性化需求并提供智能服務(wù)，方能在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)上立于不敗之地。

看得見(jiàn)的是個(gè)性化定制和智能服務(wù)，看不見(jiàn)的是生產(chǎn)制造各環(huán)節的數字化、網(wǎng)絡(luò )化與智能化。實(shí)現智能制造，網(wǎng)絡(luò )化是基礎，數字化是工具，智能化則是目標。?
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數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化是保證智能制造實(shí)現“兩提升、三降低”經(jīng)濟目標的有效手段。數字化確保產(chǎn)品從設計到制造的一致性，并且在制樣前對產(chǎn)品的結構、功能、性能乃至生產(chǎn)工藝都進(jìn)行仿真驗證，極大地節約開(kāi)發(fā)成本和縮短開(kāi)發(fā)周期。網(wǎng)絡(luò )化通過(guò)信息橫縱向集成實(shí)現研究、設計、生產(chǎn)和銷(xiāo)售各種資源的動(dòng)態(tài)配置以及產(chǎn)品全程跟蹤檢測，實(shí)現個(gè)性化定制與柔性生產(chǎn)的同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量。智能化將人工智能融入設計、感知、決策、執行、服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品核心競爭力。

如何實(shí)現網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)互通

智能制造的首要任務(wù)是信息的處理與優(yōu)化，工廠(chǎng)／車(chē)間內各種網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)互通則是基礎與前提。沒(méi)有互聯(lián)互通和數據采集與交互，工業(yè)云、工業(yè)大數據都將成為無(wú)源之水。智能工廠(chǎng)／數字化車(chē)間中的生產(chǎn)管理系統（IT系統）和智能裝備（自動(dòng)化系統）互聯(lián)互通形成了企業(yè)的綜合網(wǎng)絡(luò )。按照所執行功能不同，企業(yè)綜合網(wǎng)絡(luò )劃分為不同的層次，自下而上包括現場(chǎng)層、控制層、執行層和計劃層。圖2給出了符合該層次模型的一個(gè)智能工廠(chǎng)／數字化車(chē)間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )的典型結構。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，該結構呈現扁平化發(fā)展趨勢，以適應協(xié)同高效的智能制造需求。?

圖2：智能工廠(chǎng)／數字化車(chē)間典型網(wǎng)絡(luò )結構

智能工廠(chǎng)／數字化車(chē)間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )各層次定義的功能以及各種系統、設備在不同層次上的分配如下。

計劃層：實(shí)現面向企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理，如接收訂單，建立基本生產(chǎn)計劃（如原料使用、交貨、運輸），確定庫存等級，保證原料及時(shí)到達正確的生產(chǎn)地點(diǎn)，以及遠程運維管理等。企業(yè)資源規劃（ERP）、客戶(hù)關(guān)系管理（CRM）、供應鏈關(guān)系管理（SCM）等管理軟件都在該層運行。

執行層：實(shí)現面向工廠(chǎng)／車(chē)間的生產(chǎn)管理，如維護記錄、詳細排產(chǎn)、可靠性保障等。制造執行系統（MES）在該層運行。

監控層：實(shí)現面向生產(chǎn)制造過(guò)程的監視和控制。按照不同功能，該層次可進(jìn)一步細分為：
監視層：包括可視化的數據采集與監控（SCADA）系統、HMI（人機接口）、實(shí)時(shí)數據庫服務(wù)器等，這些系統統稱(chēng)為監視系統；

控制層：包括各種可編程的控制設備，如PLC、DCS、工業(yè)計算機（IPC）、其他專(zhuān)用控制器等，這些設備統稱(chēng)為控制設備；

現場(chǎng)層：實(shí)現面向生產(chǎn)制造過(guò)程的傳感和執行