智慧工廠
現如今,以智能制造為核心掀起的新一輪產業革命正如猛虎之勢席卷全球,世界各國積極布局國家戰略,以搶占改革先機,全球智能化已是大勢所趨。在人才是第一生產力的智能時代,各國之間的競爭實質聚焦于人力資源的競爭。
智慧工廠是現代工廠信息化發展的新階段，是在數字化工廠的基礎上利用物聯網技術和設備監控技術加強對信息的管理和服務；達到對產銷流程的清楚掌握、提高對生產過程的可控性、減少對生產線人工的干預、達到即時正確地采集生產線數據以及合理的編排生產計劃與生產進度的控制。加上采用綠色智能系統等新興技術，構建一個高效節能的、綠色環保的、環境舒適的人性化工廠。
智慧工廠建設的現狀
目前工廠的很多設備獨立運行并不相連，設備運行狀態、生產周期數據無法流動導致形成信息孤島，無法對數據進行系統的分析和優化。借助物聯網技術實現對人員（權限管理）、機器（監控設備）、物（數據采集）、生產環境（監測和能耗）的互聯互通鏈接和智慧管理；在智慧工廠的建設中結合物聯網技術，可以有效的降低生產成本、節能降耗、優化工藝流程，是由制造向智造的必然選擇。
智慧工廠是利用物聯網技術實現對工廠人員和設備進行信息管理和服務，使得工廠形成萬物互聯和管理統一，實現數據信息的互聯互通，幫助提高工廠的生產效率、降低生產成本、優化設備運行狀態和節能降耗，將工業制造與物聯網應用結合構建智造生產區。
當前，我國制造企業面臨著巨大的轉型壓力。一方面，勞動力成本迅速攀升、產能過剩、競爭激烈、客戶個性化需求日益增長等因素，迫使制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，制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、增材制造、預測性維護、機器視覺等新興技術迅速興起，為制造企業推進智慧工廠建設提供了良好的技術支撐。再加上國家和地方政府的大力扶持，使各行業越來越多的大中型企業開啟了智慧工廠建設的征程。
智慧工廠建設的誤區
1、盲目購買自動化設備和自動化產線。很多制造企業仍然認為推進智慧工廠就是自動化和機器人化，盲目追求“黑燈工廠”，推進單工位的機器人改造，推行機器換人，上馬只能加工或裝配單一產品的剛性自動化生產線。只注重購買高端數控設備，但卻沒有配備相應的軟件系統。
2、尚未實現設備數據的自動采集和車間聯網。企業在購買設備時沒有要求開放數據接口，大部分設備還不能自動采集數據，沒有實現車間聯網。目前，各大自動化廠商都有自己的工業總線和通信協議，OPC UA標準的應用還不普及。
3、設備績效不高。生產設備沒有得到充分利用，設備的健康狀態未進行有效管理，常常由于設備故障造成非計劃性停機，影響生產。
4、依然存在大量信息化孤島和自動化孤島。智慧工廠建設涉及到智能裝備、自動化控制、傳感器、工業軟件等領域的供應商，集成難度很大。很多企業不僅存在諸多信息孤島，也存在很多自動化孤島，自動化生產線沒有進行統一規劃，生產線之間還需要中轉庫轉運。
究其原因，是智能制造和智慧工廠涵蓋領域很多，系統極其復雜，企業還缺乏深刻理解。在這種狀況下，制造企業不能貿然推進，搞“大躍進”，以免造成企業的投資打水漂。應當依托有實戰經驗的咨詢服務機構，結合企業內部的IT、自動化和精益團隊，高層積極參與，根據企業的產品和生產工藝，做好需求分析和整體規劃，在此基礎上穩妥推進，才能取得實效。
智慧工廠的顯著特征
1、設備互聯。能夠實現設備與設備互聯（M2M），通過與設備控制系統集成，以及外接傳感器等方式，由SCADA（數據采集與監控系統）實時采集設備的狀態，生產完工的信息、質量信息，并通過應用RFID（無線射頻技術）、條碼（一維和二維）等技術，實現生產過程的可追溯。
2、廣泛應用工業軟件。廣泛應用MES（制造執行系統）、APS（先進生產排程）、能源管理、質量管理等工業軟件，實現生產現場的可視化和透明化。在新建工廠時，可以通過數字化工廠仿真軟件，進行設備和產線布局、工廠物流、人機工程等仿真，確保工廠結構合理。在推進數字化轉型的過程中，必須確保工廠的數據安全和設備和自動化系統安全。在通過專業檢測設備檢出次品時，不僅要能夠自動與合格品分流，而且能夠通過SPC（統計過程控制）等軟件，分析出現質量問題的原因。
3、充分結合精益生產理念。充分體現工業工程和精益生產的理念，能夠實現按訂單驅動，拉動式生產，盡量減少在制品庫存，消除浪費。推進智慧工廠建設要充分結合企業產品和工藝特點。在研發階段也需要大力推進標準化、模塊化和系列化，奠定推進精益生產的基礎。
4、實現柔性自動化。結合企業的產品和生產特點，持續提升生產、檢測和工廠物流的自動化程度。產品品種少、生產批量大的企業可以實現高度自動化，乃至建立黑燈工廠；小批量、多品種的企業則應當注重少人化、人機結合，不要盲目推進自動化，應當特別注重建立智能制造單元。工廠的自動化生產線和裝配線應當適當考慮冗余，避免由于關鍵設備故障而停線；同時，應當充分考慮如何快速換模，能夠適應多品種的混線生產。物流自動化對于實現智慧工廠至關重要，企業可以通過AGV、行架式機械手、懸掛式輸送鏈等物流設備實現工序之間的物料傳遞，并配置物料超市，盡量將物料配送到線邊。質量檢測的自動化也非常重要，機器視覺在智慧工廠的應用將會越來越廣泛。此外，還需要仔細考慮如何使用助力設備，減輕工人勞動強度。
5、注重環境友好，實現綠色制造。能夠及時采集設備和產線的能源消耗，實現能源高效利用。在危險和存在污染的環節，優先用機器人替代人工，能夠實現廢料的回收和再利用。
6、可以實現實時洞察。從生產排產指令的下達到完工信息的反饋，實現閉環。通過建立生產指揮系統，實時洞察工廠的生產、質量、能耗和設備狀態信息，避免非計劃性停機。通過建立工廠的Digital Twin（數字映射），方便地洞察生產現場的狀態，輔助各級管理人員做出正確決策。
智慧工廠的基本架構
智慧工廠擁有三個層次的基本架構，分別為頂層的計劃層、中間層的執行層以及底層的設備控制層，大致可對應為ERP系統（企業資源計劃）、MES系統（制造執行系統）以及PCS系統（過程控制系統）。
智慧工廠基本架構
計劃層+執行層+控制層
智慧工廠的愿景
未來的智慧工廠，就是能夠充分運用信息和通信技術手段感測、分析、整合工廠運行核心系統的各項關鍵信息，從而對于包括建造、運維管理、辦公環境、溝通交流、能源管理、安全管理、生產設施管理等的各種需求做出智能的響應，為工廠提供一個高效、安全、節能、環保、舒適的生產、研發、銷售和管理環境。
未來的智慧工廠將會是一個信息物理融合的智慧工廠。它是一個計算機網絡、通信網絡、控制網絡、物聯網相互連接的，綜合計算、網絡、感知、控制、溝通的信息物理融合網絡。通過計算（Computation）、通信（Communication）感知（Sensor）和控制（Control）的有機融合與深度協作，實現系統的實時感知、動態控制和信息服務。通過人機交互接口實現和物理進程的交互，使用網絡化空間以遠程的、可靠的、實時的、安全的、協作的方式操控一個物理實體。同時每一個單獨的系統都是一個智能體，通過將來無處不在的環境感知、嵌入式計算、網絡通信和網絡控制等系統工程，具有計算、通信、精確控制、遠程協作和自治的能力，系統之間緊密結合與協調，達到更加智慧的狀態。
未來的智慧工廠將是一個虛擬與現實相融合的智慧工廠。工廠的所有物理實體和行為活動均通過各種手段實現了數字化和虛擬化，形成一個伴隨物理世界同步運轉的可視化的智慧仿真工廠。這個智慧仿真工廠通過即時的數據交互接口和現實工廠的實體對象之間保持動態聯系，實時反映實體之間以及實體與外界間的信息交換活動與實體本身全生命周期中的狀態變化，并能根據豐富的歷史數據和專家知識預測工廠各項活動的發展趨勢，為智慧工廠的管理提供一種可視的、動態的、及時的、準確的、智慧的管理。
未來的智慧工廠將會是一個體現綠色云制造的智慧工廠。在“制造即服務”理念的基礎上，通過將企業的制造全生命周期活動中的各類制造設備（如工業設備、計算設備）及制造過程中的各種模型、數據、軟件、領域知識數字化，借助于信息物理融合網絡形成可實時感知、動態控制的資源，實現制造資源的虛擬化、優化調度和協同互聯，建立起共享制造資源的服務平臺，將巨大的制造資源池連接在一起，提供各種制造服務，實現制造資源與服務的開放協作、資源高度共享。
