智能製造系統解決方案和智能工廠發展趨勢

智能工廠(Intelligent plant)是當今工廠在設備智能化、管理現代化、信息計算機化的基礎上達到的新的階段，很多製造企業都在大力布局智能工廠。然而當前我國大多數企業、行業智能製造系統都還處於局部應用階段，只有少數大企業單項業務信息技術覆蓋面較高，關鍵業務環節應用系統之間實現了一定的協同和集成。

從製造企業生產力水平來看，大量企業處於工業2.0要補課，有些企業處於工業3.0待普及，有個別企業處於工業4.0要示範。

一、智能製造系統解決方案發展趨勢

據行業專業人士分析，今後國內智能製造系統解決方案將面臨兩大發展趨勢。

第一大趨勢：智能製造是一項系統性工程，系統解決方案領域的合作將更加活躍。

智能製造發展具有複雜性、系統性，涉及設計、生產、物流、銷售、服務等產品全生命周期，涉及執行設備層、控制層、管理層、企業層、雲服務層、網路層等企業系統架構，需要實現橫向集成、縱向集成和端到端集成。

限於資金投入不足、技術研發周期較長以及工藝壁壘等因素，單個系統解決方案商很難滿足各個細分行業的智能製造發展需要，企業間將不斷加強協同創新，以強化智能製造系統解決方案供應能力。

第二大趨勢：智能製造系統架構將進一步完善，工業軟體領域的集成與發展將成為重點。

從企業系統架構來看，國內目前還沒有出現能夠打通整個架構體系的智能製造解決方案商，但隨著技術水平的不斷進步，系統解決方案提供商將不斷完善架構體系。

智能製造系統解決方案主要依託於軟硬體產品及系統，實現製造要素和資源的相互識別、實時交互、信息集成。從硬體層面來看，基於成本大幅降低的現實需要，硬體中通用性強的部分將日趨模塊化、標準化發展。

從軟體層面來看，工業軟體存在於智能製造的每個角落，智能製造解決方案將更加倚重於與硬體層關係密切的軟體部分(SFC、MES、ERP、PLM)的集成與發展，其中MES是軟體層中最核心部分。

二、我國智能工廠發展趨勢分析

當前，智能製造熱度高企，石化、鋼鐵、機械裝備製造、汽車製造、航空航天、飛機製造等行業紛紛開始探索建設智能工廠。

《中國製造2025》明確提出要推進製造過程智能化，在重點領域試點建設智能工廠/數字化車間，這必將加速智能工廠在工業行業領域的應用推廣。預計未來3-5年，全國將湧現出一批智能工廠。

1、智能工廠的內涵及建設重點

智能工廠是實現智能製造的重要載體，主要通過構建智能化生產系統、網路化分布生產設施，實現生產過程的智能化。

企業基於CPS和工業互聯網構建的智能工廠原型，主要包括物理層、信息層、大數據層、工業雲層、決策層。其中，物理層包含工廠內不同層級的硬體設備，從最小的嵌入設備和基礎元器件開始，到感知設備、製造設備、製造單元和生產線，相互間均實現互聯互通。以此為基礎，構建了一個「可測可控、可產可管」的縱向集成環境。

信息層涵蓋企業經營業務各個環節，包含研發設計、生產製造、營銷服務、物流配送等各類經營管理活動，以及由此產生的眾創、個性化定製、電子商務、可視追蹤等相關業務。在此基礎上，形成了企業內部價值鏈的橫向集成環境，實現數據和信息的流通和交換。

縱向集成和橫向集成均以CPS和工業互聯網為基礎，產品、設備、製造單元、生產線、車間、工廠等製造系統的互聯互通，及其與企業不同環節業務的集成統一，則是通過數據應用和工業雲服務實現，並在決策層基於產品、服務、設備管理支撐企業最高決策。這些共同構建了一個智能工廠完整的價值網路體系，為用戶提供端到端的解決方案。

由於產品製造工藝過程的明顯差異，離散製造業和流程製造業在智能工廠建設的重點內容有所不同。對於離散製造業而言，產品往往由多個零部件經過一系列不連續的工序裝配而成，其過程包含很多變化和不確定因素，在一定程度上增加了離散型製造生產組織的難度和配套複雜性。

企業常常按照主要的工藝流程安排生產設備的位置，以使物料的傳輸距離最小。面向訂單的離散型製造企業具有多品種、小批量的特點，其工藝路線和設備的使用較靈活，因此，離散製造型企業更加重視生產的柔性，其智能工廠建設的重點是智能製造生產線。

2、智能工廠主要建設模式

由於各個行業生產流程不同，加上各個行業智能化情況不同，智能工廠有以下幾個不同的建設模式。

?第一種模式是從生產過程數字化到智能工廠。

在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫藥、食品等流程製造領域，企業發展智能製造的內在動力在於產品品質可控，側重從生產數字化建設起步，基於品控需求從產品末端控制向全流程式控制制轉變。

?第二種模式是從智能製造生產單元(裝備和產品)到智能工廠。

在機械、汽車、航空、船舶、輕工、家用電器和電子信息等離散製造領域，企業發展智能製造的核心目的是拓展產品價值空間，側重從單台設備自動化和產品智能化入手，基於生產效率和產品效能的提升實現價值增長。

?第三種模式是從個性化定製到互聯工廠。

在家電、服裝、家居等距離用戶最近的消費品製造領域，企業發展智能製造的重點在於充分滿足消費者多元化需求的同時實現規模經濟生產，側重通過互聯網平台開展大規模個性定製模式創新。

3、智能工廠發展重點環節

隨著未來智能工廠發展浪潮的逼近。未來，將有幾個行業或者領域迎來發展高潮。

首先是虛擬模擬設計。隨著三維數字化技術的發展，傳統的以經驗為主的模擬設計模式逐漸轉變為基於三維建模和模擬的虛擬設計模式，使未來的智能工廠能夠通過三維數字建模、工藝虛擬模擬、三維可視化工藝現場應用，避免傳統的「三維設計模型→二維紙質圖紙→三維工藝模型」研製過程中信息傳遞鏈條的斷裂，摒棄二維、三維之間轉換，提高產品研發設計效率，保證產品研發設計質量。

未來我國應著重突破MBD技術、物理模擬引擎系統架構、模擬模型三個環節。

其次是網路化智能設備。生產設備的智能化程度將在網路化條件下得到快速提升，傳統製造模式出現顛覆性的變革，具體表現高度密集的生產設備、生產設備智能化和柔性化製造方式這三個方面。

再次是模塊化定製生產。多批次、小產量的生產盈利能力在模塊化生產方式下逐漸得到提升，產品日益滿足消費者個性化需求，具體表現在模塊生產和模塊組裝這兩個方面。

最後是柔性化新型人機交互。人與機器的信息交換方式隨著技術融合步伐的加快向更高層次邁進，新型人機交互方式被逐漸應用於生產製造領域。具體表現在智能交互設備柔性化和智能交互設備工業領域應用這兩個方面。