近幾年，歐美國家針對(duì)流程工業(yè)提出了“智能工廠”的概念。流程工業(yè)智能工廠由商業(yè)智能、運(yùn)營(yíng)智能、操作智能三個(gè)層次組成，由于自身的自動(dòng)化水平較高，因此實(shí)施智能工廠相對(duì)比較容易。與流程工業(yè)相比，離散制造業(yè)首先在底層制造環(huán)節(jié)由于生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，如車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的智能化要求很高，投資很大。特別是裝備制造業(yè)、家電、汽車、機(jī)械、模具、航空航天、消費(fèi)電子等產(chǎn)品大都要求產(chǎn)品智能化，設(shè)計(jì)智能。
因此，在中國制造2025及工業(yè)4.0信息物理融合系統(tǒng)CPS的支持下，離散制造業(yè)需要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)文檔無紙化、生產(chǎn)過程透明化、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無人化等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，做到縱向、橫向和端到端的集成，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，從而建立基于工業(yè)大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)”的智能工廠。
1、生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)車間“物聯(lián)網(wǎng)”
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的提出給“中國制造2025”、工業(yè)4.0提供了一個(gè)新的突破口。物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程等各種需要的信息，其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)采用M2M(Machineto Machine)的通信模式，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備間的通信，而物聯(lián)網(wǎng)通過Things to Things的通信方式實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無縫連接。
在離散制造企業(yè)車間，數(shù)控車、銑、刨、磨、鑄、鍛、鉚、焊、加工中心等是主要的生產(chǎn)資源。在生產(chǎn)過程中，將所有的設(shè)備及工位統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)管理，使設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間能夠聯(lián)網(wǎng)通訊，設(shè)備與工位人員緊密關(guān)聯(lián)。
如：數(shù)控編程人員可以在自己的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編程，將加工程序上傳至DNC服務(wù)器，設(shè)備操作人員可以在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通過設(shè)備控制器下載所需要的程序，待加工任務(wù)完成后，再通過DNC網(wǎng)絡(luò)將數(shù)控程序回傳至服務(wù)器中，由程序管理員或工藝人員進(jìn)行比較或歸檔，整個(gè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、追溯化管理。
2、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化，利用大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行生產(chǎn)決策
“中國制造2025”提出以后，信息化與工業(yè)化快速融合，信息技術(shù)滲透到了離散制造企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)，條形碼、二維碼、RFID、工業(yè)傳感器、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、ERP、CAD/CAM/CAE/CAI等技術(shù)在離散制造企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，尤其是互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，離散制造企業(yè)也進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)的新的發(fā)展階段，所擁有的數(shù)據(jù)也日益豐富。離散制造企業(yè)生產(chǎn)線處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，由生產(chǎn)設(shè)備所產(chǎn)生、采集和處理的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)大于企業(yè)中計(jì)算機(jī)和人工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求也更高。
在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，每隔幾秒就收集一次數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)很多形式的分析，包括設(shè)備開機(jī)率、主軸運(yùn)轉(zhuǎn)率、主軸負(fù)載率、運(yùn)行率、故障率、生產(chǎn)率、設(shè)備綜合利用率(OEE)、零部件合格率、質(zhì)量百分比等。首先，在生產(chǎn)工藝改進(jìn)方面，在生產(chǎn)過程中使用這些大數(shù)據(jù)，就能分析整個(gè)生產(chǎn)流程，了解每個(gè)環(huán)節(jié)是如何執(zhí)行的。
一旦有某個(gè)流程偏離了標(biāo)準(zhǔn)工藝，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)報(bào)警信號(hào)，能更快速地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或者瓶頸所在，也就能更容易解決問題。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，還可以對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程建立虛擬模型，仿真并優(yōu)化生產(chǎn)流程，當(dāng)所有流程和績(jī)效數(shù)據(jù)都能在系統(tǒng)中重建時(shí)，這種透明度將有助于制造企業(yè)改進(jìn)其生產(chǎn)流程。再如，在能耗分析方面，在設(shè)備生產(chǎn)過程中利用傳感器集中監(jiān)控所有的生產(chǎn)流程，能夠發(fā)現(xiàn)能耗的異常或峰值情形，由此便可在生產(chǎn)過程中優(yōu)化能源的消耗，對(duì)所有流程進(jìn)行分析將會(huì)大大降低能耗。
3、生產(chǎn)文檔無紙化，實(shí)現(xiàn)高效、綠色制造
構(gòu)建綠色制造體系，建設(shè)綠色工廠，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潔凈化、廢物資源化、能源低碳化是中國制造2025實(shí)現(xiàn)“制造大國”走向“制造強(qiáng)國”的重要戰(zhàn)略之一。目前，在離散制造企業(yè)中產(chǎn)生繁多的紙質(zhì)文件，如工藝過程卡片、零件藍(lán)圖、三維數(shù)模、刀具清單、質(zhì)量文件、數(shù)控程序等等，這些紙質(zhì)文件大多分散管理，不便于快速查找、集中共享和實(shí)時(shí)追蹤，而且易產(chǎn)生大量的紙張浪費(fèi)、丟失等。
生產(chǎn)文檔進(jìn)行無紙化管理后，工作人員在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)即可快速查詢、瀏覽、下載所需要的生產(chǎn)信息，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的資料能夠即時(shí)進(jìn)行歸檔保存，大幅降低基于紙質(zhì)文檔的人工傳遞及流轉(zhuǎn)，從而杜絕了文件、數(shù)據(jù)丟失，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)準(zhǔn)備效率和生產(chǎn)作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)綠色、無紙化生產(chǎn)。
4、生產(chǎn)過程透明化，智能工廠的“神經(jīng)”系統(tǒng)
“中國制造2025”明確提出推進(jìn)制造過程智能化，通過建設(shè)智能工廠，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的智能管控。在機(jī)械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子信息等離散制造行業(yè)，企業(yè)發(fā)展智能制造的核心目的是拓展產(chǎn)品價(jià)值空間，側(cè)重從單臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化和產(chǎn)品智能化入手，基于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升實(shí)現(xiàn)價(jià)值增長(zhǎng)。因此其智能工廠建設(shè)模式為推進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備(生產(chǎn)線)智能化，通過引進(jìn)各類符合生產(chǎn)所需的智能裝備，建立基于制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的車間級(jí)智能生產(chǎn)單元，提高精準(zhǔn)制造、敏捷制造、透明制造的能力。
離散制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，MES在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化等方面發(fā)揮著巨大作用。首先，MES借助信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化管理，減少企業(yè)內(nèi)部無附加值活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠生產(chǎn)運(yùn)作過程，提高企業(yè)及時(shí)交貨能力。其次，MES在企業(yè)和供應(yīng)鏈間以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)信息，使計(jì)劃、生產(chǎn)、資源三者密切配合，從而確保決策者和各級(jí)管理者可以在短的時(shí)間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的變化，做出準(zhǔn)確的判斷并制定快速的應(yīng)對(duì)措施，保證生產(chǎn)計(jì)劃得到合理而快速的修正、生產(chǎn)流程暢通、資源充分有效地得到利用，進(jìn)而發(fā)揮生產(chǎn)效率。
5、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無人化，真正做到“無人”工廠
“中國制造2025”推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手臂等智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使工廠無人化制造成為可能。在離散制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，數(shù)控加工中心、智能機(jī)器人和三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x及其他所有柔性化制造單元進(jìn)行自動(dòng)化排產(chǎn)調(diào)度，工件、物料、刀具進(jìn)行自動(dòng)化裝卸調(diào)度，可以達(dá)到無人值守的全自動(dòng)化生產(chǎn)模式(LightsOutMFG)。在不間斷單元自動(dòng)化生產(chǎn)的情況下，管理生產(chǎn)任務(wù)優(yōu)先和暫緩，遠(yuǎn)程查看管理單元內(nèi)的生產(chǎn)狀態(tài)情況，如果生產(chǎn)中遇到問題，一旦解決，立即恢復(fù)自動(dòng)化生產(chǎn)，整個(gè)生產(chǎn)過程無需人工參與，真正實(shí)現(xiàn)“無人”智能生產(chǎn)。
在中國，對(duì)于許多剛完成了自動(dòng)化的制造業(yè)企業(yè)而言，智能制造似乎還只是一個(gè)遙遠(yuǎn)的愿景。但需要指出的是，已有部分自動(dòng)化程度較高的工程以及標(biāo)桿性企業(yè)如水泊焊割嶄露頭角，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”的目標(biāo)來說，將是一個(gè)很好的開始。實(shí)現(xiàn)從制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國的“升級(jí)”，“中國制造2025”成為有力的戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)。SHUIPO是“中國制造2025”的先行探索者和實(shí)踐者，努力推動(dòng)整個(gè)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，讓離散制造企業(yè)得到了新技術(shù)體驗(yàn)，并為行業(yè)樹立成功典范。
