摘 ?要：“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃的發(fā)布，促使中國(guó)企業(yè)自發(fā)性地加快生產(chǎn)模型的轉(zhuǎn)型。較多行業(yè)學(xué)者對(duì)于什么是智能工廠、如何構(gòu)建智能工廠進(jìn)行廣泛研究。從不同角度和維度去理解智能工廠的特征，發(fā)表了一些工廠特征、構(gòu)建架構(gòu)、理論。本文從類(lèi)比人體結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，同時(shí)結(jié)合工業(yè)4.0的技術(shù)內(nèi)涵、技術(shù)特征，對(duì)智能工廠構(gòu)建包含的元素進(jìn)行闡述和分析，對(duì)構(gòu)建智能工廠過(guò)程中涉及的內(nèi)容和注意事項(xiàng)提出一些參考建議。

關(guān)鍵詞：智能工廠;網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);信息技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP18 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）16-0172-02

Abstract：With the launch of the “Made-in-China 2025”，building smart factories has become a boom in China’s manufacturing industry. Many scholars have carried out extensive research on what a smart factory is and how to build it. From different perspectives and dimensions，many frameworks and theories for understanding the characteristics of smart factory have been proposed. In this paper，from the perspective of the structure of human body，combined with the connotation and technical characteristics of Industrial 4.0，this paper expounds and analyzes the constitutive element of the smart factory，and puts forward some reference suggestions for the construction of the smart factory

Keywords：intelligent factory;network architecture;information technology

0 ?引 ?言

隨著“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃的發(fā)布，中國(guó)興起智能工廠的構(gòu)建熱潮，許多企業(yè)都希望在這次技術(shù)熱潮中進(jìn)行企業(yè)自發(fā)性生產(chǎn)轉(zhuǎn)型和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，許多制造型企業(yè)在構(gòu)思和嘗試如何打造屬于自己的智能工廠，而現(xiàn)實(shí)中很多智能工廠的構(gòu)建不盡人意。

1 ?內(nèi)容

無(wú)論是信息化工廠、數(shù)字化工廠還是智能工廠，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，基本目的都是提高產(chǎn)品品質(zhì)、生產(chǎn)效率以及提升企業(yè)形象，而建立一個(gè)符合自己企業(yè)實(shí)際需求的工廠才是理性化智能工廠建設(shè)的基本原則。本文分析了為達(dá)到提效增質(zhì)的目標(biāo)，企業(yè)可以從哪些內(nèi)容或方面來(lái)提高工廠智能化水平，以達(dá)到提效增質(zhì)的效果。如從類(lèi)比人類(lèi)的結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)思，如某個(gè)工站生產(chǎn)過(guò)程可以使用設(shè)備或工具取代人工作業(yè)，這個(gè)設(shè)備或工具就具備人在該工站發(fā)揮的作用和類(lèi)似的智能功能。則需要研究按照人類(lèi)來(lái)類(lèi)比，智能工廠應(yīng)該具備哪些內(nèi)容，可以更好地理解智能工廠應(yīng)該由哪些部分組成，并清楚從哪些環(huán)節(jié)著手實(shí)施以及如何實(shí)施。

1.1 ?智能工廠的組成架構(gòu)

類(lèi)比人體的運(yùn)行機(jī)制，智能工廠的組成架構(gòu)可以分為5層：設(shè)備層（骨骼）、傳感層（五官）、物流層（血管）、網(wǎng)絡(luò)層（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）、信息層（大腦），各層次從下而上組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，從上而下進(jìn)行數(shù)據(jù)反饋控制。

1.2 ?設(shè)備層

從最初的機(jī)械設(shè)備應(yīng)用開(kāi)發(fā)，就開(kāi)始慢慢出現(xiàn)了可以完全代替人工某個(gè)作業(yè)內(nèi)容的設(shè)備，如凸輪結(jié)構(gòu)的沖壓設(shè)備、簡(jiǎn)單的鏈條傳輸?shù)葌鹘y(tǒng)的機(jī)械設(shè)備，這種機(jī)械設(shè)備可以滿(mǎn)足一些簡(jiǎn)單繁重的工作內(nèi)容，而不具備感知功能，如無(wú)法根據(jù)產(chǎn)品材質(zhì)自動(dòng)調(diào)整壓力，或發(fā)生故障時(shí)無(wú)法進(jìn)行感知和發(fā)出異常信息，對(duì)于設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求更復(fù)雜，同時(shí)設(shè)備兼容性可生產(chǎn)的產(chǎn)品較差，特別是很多設(shè)備還需要依靠人工干預(yù)才可以完成生產(chǎn)功能，而這些基礎(chǔ)機(jī)械部件是構(gòu)成工廠智能化的關(guān)鍵硬件基礎(chǔ)，也是工業(yè)1.0的起步。

1.3 ?傳感層

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，逐漸產(chǎn)生了很多類(lèi)似人類(lèi)感官的感知硬件，如安裝在氣缸上的磁感、用來(lái)感應(yīng)物品的接近開(kāi)關(guān)、探測(cè)加工溫度的溫度傳感器、實(shí)施檢測(cè)物品形變產(chǎn)生壓力的壓力傳感器、識(shí)別物品而進(jìn)行的圖像采集與識(shí)別的視覺(jué)設(shè)備等，而這些基礎(chǔ)的傳感器可以收集到機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程產(chǎn)線的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如設(shè)備的加工產(chǎn)品的壓力、溫度、重量等特性數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以代替人工進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的邏輯判定，如顏色傳感器可以代替人工識(shí)別物品的顏色，代替人員判斷設(shè)備目前生產(chǎn)的產(chǎn)品顏色是否符合要求等，這些傳感器的誕生和應(yīng)用，使得原本冷冰冰的機(jī)械設(shè)備初步具備了感知功能，為下一步的智能分析奠定了數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)。

1.4 ?物流層

對(duì)于一個(gè)人來(lái)說(shuō)，血液的流動(dòng)給身體各機(jī)能器官帶來(lái)了動(dòng)力和必要的成分，而血管的性能起到了至關(guān)重要的作用。同樣，一個(gè)工廠的運(yùn)作是否流暢，其物流規(guī)劃至關(guān)重要。如今，如何快速分解物品，將物品以最快的方式進(jìn)行分解入庫(kù)、出庫(kù)已經(jīng)影響到目前快速服務(wù)需求呈指數(shù)增長(zhǎng)的快遞行業(yè)。從生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，應(yīng)該是包括從銷(xiāo)售部門(mén)下訂單，生產(chǎn)部門(mén)接受訂單并轉(zhuǎn)為生產(chǎn)訂單，供應(yīng)鏈采購(gòu)、入庫(kù)、出庫(kù)，配送到現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)線、線邊倉(cāng)，成品出入出庫(kù)、送貨過(guò)程。涉及的設(shè)備常規(guī)包括：倉(cāng)庫(kù)（立庫(kù)）、RGV、AGV/叉車(chē)、滾筒線傳送、線邊倉(cāng)、產(chǎn)線內(nèi)部流轉(zhuǎn)線等，過(guò)程物流信息交互常用的硬件如：RFID、掃碼槍、標(biāo)識(shí)牌等。

1.5 ?網(wǎng)絡(luò)層

如何收集大量分散的信號(hào)并實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的效果，是工廠生產(chǎn)過(guò)程中的另一個(gè)問(wèn)題。工廠網(wǎng)絡(luò)是信息傳遞的有力途徑，以往依靠人工傳遞信息或書(shū)面?zhèn)鬟f信息的過(guò)程往往都容易出現(xiàn)信息遺漏或錯(cuò)誤，同時(shí)時(shí)效性較差。而隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，目前企業(yè)大量的信息在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，一個(gè)建設(shè)完備的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已成為公司正常運(yùn)行的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。工廠的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要考慮輸出數(shù)據(jù)內(nèi)容和用途、用戶(hù)群體、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)信息安全防護(hù)、日常運(yùn)維內(nèi)容等。以下是對(duì)車(chē)間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的幾個(gè)建議：

（1）智能工廠生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，并要求實(shí)時(shí)性較高，需要快速的網(wǎng)絡(luò)傳輸，建議內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建需要預(yù)留千兆點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)容量;

（2）做好區(qū)域劃分，將生產(chǎn)與辦公網(wǎng)絡(luò)分開(kāi)，避免交叉影響;

（3）建立專(zhuān)門(mén)的IT運(yùn)維團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)日常網(wǎng)絡(luò)的檢查與維護(hù);

（4）建立足夠的安全措施，如殺毒軟件、防火墻、權(quán)限管控、日志審計(jì)、應(yīng)急措施預(yù)案等;

（5）建立重要數(shù)據(jù)的雙機(jī)熱備和異地防災(zāi)備份措施。

1.6 ?信息層

生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，基本源于各工站點(diǎn)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的匯總和分析所涉及的系統(tǒng)，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于人工或設(shè)備錄入，而這些數(shù)據(jù)通常是由SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）負(fù)責(zé)收集和基礎(chǔ)處理，再由各個(gè)工站點(diǎn)的SCADA上傳到MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）。

物料和物流管理主要由WMS（倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)）負(fù)責(zé)倉(cāng)庫(kù)管理，包括常規(guī)的出入庫(kù)管理，WCS（倉(cāng)庫(kù)調(diào)度系統(tǒng)）負(fù)責(zé)物流調(diào)度管理，最終成品出貨流轉(zhuǎn)由TMS（運(yùn)輸管理系統(tǒng)）負(fù)責(zé)管理。

從物料層面上，各系統(tǒng)的信息傳遞通常如下：

（1）接收到客戶(hù)的訂單后，營(yíng)銷(xiāo)人員在CRM（客戶(hù)關(guān)系管理系統(tǒng)）創(chuàng)建銷(xiāo)售訂單并傳遞到ERP（企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)）形成內(nèi)部生產(chǎn)訂單;

（2）ERP系統(tǒng)分解生產(chǎn)訂單，將設(shè)計(jì)任務(wù)下發(fā)到PLM（產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)），PLM系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品BOM（物料清單）的組建，并將產(chǎn)品BOM下發(fā)給到ERP系統(tǒng);

（3）通過(guò)生產(chǎn)訂單和產(chǎn)品BOM清單，ERP系統(tǒng)形成PR訂單需求下發(fā)到SRM（供應(yīng)商管理系統(tǒng)）形成采購(gòu)訂單PO給供應(yīng)商;

（4）SRM將采購(gòu)訂單信息回傳到ERP系統(tǒng)形成入庫(kù)信息;

（5）ERP系統(tǒng)將生產(chǎn)訂單下發(fā)到MES系統(tǒng)轉(zhuǎn)為生產(chǎn)任務(wù);

（6）WMS系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)物料出庫(kù)指令;

（7）WMS系統(tǒng)將出庫(kù)信息下發(fā)到WCS進(jìn)行物流出庫(kù)調(diào)度;

（8）物料調(diào)度至生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的控制，由WCS系統(tǒng)進(jìn)行集中調(diào)度控制;

（9）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)生成成品后，將入庫(kù)信息上傳到WMS系統(tǒng);

（10）CRM系統(tǒng)發(fā)出出貨請(qǐng)求，ERP系統(tǒng)形成出貨單，并傳遞到TMS系統(tǒng);

（11）TMS系統(tǒng)負(fù)責(zé)送貨物流的信息發(fā)起和過(guò)程信息跟蹤收集，將成品交付客戶(hù)，并將結(jié)果反饋到CRM系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)完成訂單交付。

2 ?結(jié) ?論

智能工廠構(gòu)建是一個(gè)綜合性的工程，不是單單依靠大量的智能設(shè)備或信息化系統(tǒng)的對(duì)接就可以完成快速導(dǎo)入或構(gòu)建。工廠的智能化發(fā)展需要依據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品范圍和特性進(jìn)行定制規(guī)劃，從企業(yè)精益化生產(chǎn)做起，打好企業(yè)管理和人員作業(yè)思維的基礎(chǔ)，接著引入自動(dòng)化設(shè)備和對(duì)應(yīng)的運(yùn)維人員，再將各單元的自動(dòng)化連接起來(lái)，形成初步的信息化系統(tǒng)，而這些信息化系統(tǒng)的運(yùn)作，同樣需要專(zhuān)業(yè)的信息化團(tuán)隊(duì)進(jìn)行運(yùn)維。最終利用這些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，反饋生產(chǎn)問(wèn)題，形成成熟的數(shù)字化工廠，再根據(jù)具體節(jié)點(diǎn)進(jìn)行智能化改造，逐步構(gòu)建智能工廠。智能工廠的構(gòu)建目標(biāo)不是單純地追求智能和達(dá)到無(wú)人工廠水平，而是提效增質(zhì)，提升企業(yè)的形象。

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作者簡(jiǎn)介：陳錦忠（1988-），男，漢族，廣東汕頭人，軟件工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：工廠智能制造。