智能工廠規(guī)劃的十大核心要素

在當(dāng)前智能制造的熱潮之下，很多企業(yè)都在規(guī)劃建設(shè)智能工廠。眾所周知，智能工廠的規(guī)劃建設(shè)是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，為了少走彎路，本文整理了在建設(shè)中要考慮的十個核心要素以及需要關(guān)注的重點(diǎn)維度。

01

數(shù)據(jù)的采集和管理

數(shù)據(jù)是智能工廠建設(shè)的血液，在各應(yīng)用系統(tǒng)之間流動。在智能工廠運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，會產(chǎn)生設(shè)計、工藝、制造、倉儲、物流、質(zhì)量、人員等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能分別來自ERP、MES、APS、WMS、QIS等應(yīng)用系統(tǒng)。生產(chǎn)過程中需要及時采集產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗、加工精度和設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并與訂單、工序、人員進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的全程追溯。

此外，在智能工廠的建設(shè)過程中，需要建立數(shù)據(jù)管理規(guī)范，來保證數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性。還要預(yù)先考慮好數(shù)據(jù)采集的接口規(guī)范，以及SCADA（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)的應(yīng)用。企業(yè)需要根據(jù)采集的頻率要求來確定采集方式，對于需要高頻率采集的數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)從設(shè)備控制系統(tǒng)中自動采集。

另外，必要時，還應(yīng)當(dāng)建立專門的數(shù)據(jù)管理部門，明確數(shù)據(jù)管理的原則和構(gòu)建方法，確立數(shù)據(jù)管理流程與制度，協(xié)調(diào)執(zhí)行中存在的問題，并定期檢查落實(shí)優(yōu)化數(shù)據(jù)管理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、流程和執(zhí)行情況。

▲數(shù)據(jù)管理

02

設(shè)備聯(lián)網(wǎng)

實(shí)現(xiàn)智能工廠乃至工業(yè)4.0，推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)MES應(yīng)用，最重要的基礎(chǔ)就是要實(shí)現(xiàn)M2M，也就是設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)，建立工廠網(wǎng)絡(luò)。

企業(yè)應(yīng)該對設(shè)備與設(shè)備之間如何互聯(lián)，采用怎樣的通信方式、通信協(xié)議和接口方式等問題建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，機(jī)床聯(lián)網(wǎng)之后，可以實(shí)現(xiàn)DNC（分布式數(shù)控）應(yīng)用。設(shè)備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集是企業(yè)建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。

03

工廠智能物流

推進(jìn)智能工廠建設(shè)，生產(chǎn)現(xiàn)場的智能物流十分重要，尤其是對于離散制造企業(yè)。智能工廠規(guī)劃時，要盡量減少無效的物料搬運(yùn)。很多制造企業(yè)在裝配車間建立了集中揀貨區(qū)(Kitting Area)，根據(jù)每個客戶訂單集中配貨，并通過DPS(Digital Picking System)方式進(jìn)行快速揀貨，配送到裝配線，消除了線邊倉。

離散制造企業(yè)在兩道機(jī)械工序之間可以采用帶有導(dǎo)軌的工業(yè)機(jī)器人、桁架式機(jī)械手等方式來傳遞物料，還可以采用AGV、RGV（有軌穿梭車）或者懸掛式輸送鏈等方式傳遞物料。立體倉庫和輥道系統(tǒng)的應(yīng)用，也是企業(yè)在規(guī)劃智能工廠時，需要進(jìn)行系統(tǒng)分析的問題。

04

生產(chǎn)質(zhì)量管理和設(shè)備管理

提高質(zhì)量是企業(yè)永恒的主題，在智能工廠規(guī)劃時，生產(chǎn)質(zhì)量管理和設(shè)備管理更是核心的業(yè)務(wù)流程。貫徹質(zhì)量是設(shè)計、生產(chǎn)出來，而非檢驗(yàn)出來的理念。

質(zhì)量控制在信息系統(tǒng)中需嵌入生產(chǎn)主流程，如檢驗(yàn)、試驗(yàn)在生產(chǎn)訂單中作為工序或工步來處理；質(zhì)量控制的流程、表單、數(shù)據(jù)與生產(chǎn)訂單相互關(guān)聯(lián)、穿透；構(gòu)建質(zhì)量管理的基本工作路線：質(zhì)量控制設(shè)置→檢測→記錄→評判→分析→持續(xù)改進(jìn)。

設(shè)備是生產(chǎn)要素，發(fā)揮設(shè)備的效能（OEE—設(shè)備綜合效率）是智能工廠生產(chǎn)管理的基本要求。OEE的提升標(biāo)志產(chǎn)能的提高和成本的降低。生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)需設(shè)置設(shè)備管理模塊，使設(shè)備釋放出最高的產(chǎn)能，通過生產(chǎn)的合理安排，使設(shè)備尤其是關(guān)鍵、瓶頸設(shè)備減少等待時間。

在設(shè)備管理模塊中，要建立各類設(shè)備數(shù)據(jù)庫、設(shè)置編碼，及時對設(shè)備進(jìn)行維保；通過實(shí)時采集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)排產(chǎn)提供設(shè)備的能力數(shù)據(jù)；建立設(shè)備的健康管理檔案，根據(jù)積累的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)建立故障預(yù)測模型，進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)，最大限度地減少設(shè)備的非計劃性停機(jī)；要進(jìn)行設(shè)備的備品備件管理。

05

智能廠房設(shè)計

智能廠房除了水、電、汽、網(wǎng)絡(luò)、通信等管線的設(shè)計外，還要規(guī)劃智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能采光與照明系統(tǒng)、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)、智能安防報警系統(tǒng)、智能門禁一卡通系統(tǒng)、智能火災(zāi)報警系統(tǒng)等。采用智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以判斷監(jiān)控畫面中的異常情況，并以最快和最佳的方式發(fā)出警報或觸發(fā)其它動作。

整個廠房的的工作分區(qū)（加工、裝配、檢驗(yàn)、進(jìn)貨、出貨、倉儲等）應(yīng)根據(jù)工業(yè)工程的原理進(jìn)行分析，可以使用數(shù)字化制造仿真軟件對設(shè)備布局、產(chǎn)線布置、車間物流進(jìn)行仿真。在廠房設(shè)計時，還應(yīng)當(dāng)思考如何降低噪音，如何能夠便于設(shè)備靈活調(diào)整布局，多層廠房如何進(jìn)行物流輸送等問題。

06

智能裝備的應(yīng)用

制造企業(yè)在規(guī)劃智能工廠時，必須高度關(guān)注智能裝備的最新發(fā)展。機(jī)床設(shè)備正在從數(shù)控化走向智能化，很多企業(yè)在設(shè)備上下料時采用了工業(yè)機(jī)器人。未來的工廠中，金屬增材制造設(shè)備將與切削加工（減材）、成型加工（等材）等設(shè)備組合起來，極大地提高材料利用率。

除了六軸的工業(yè)機(jī)器人之外，還應(yīng)該考慮SCARA機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用，而協(xié)作機(jī)器人則將會出現(xiàn)在生產(chǎn)線上，配合工人提高作業(yè)效率。

07

智能產(chǎn)線規(guī)劃

智能產(chǎn)線是智能工廠規(guī)劃的核心環(huán)節(jié)，企業(yè)需要根據(jù)生產(chǎn)線要生產(chǎn)的產(chǎn)品族、產(chǎn)能和生產(chǎn)節(jié)拍，采用價值流圖等方法來合理規(guī)劃智能產(chǎn)線。

智能產(chǎn)線的特點(diǎn)是：

△在生產(chǎn)和裝配的過程中，能夠通過傳感器、數(shù)控系統(tǒng)或RFID自動進(jìn)行生產(chǎn)、質(zhì)量、能耗、設(shè)備績效（OEE）等數(shù)據(jù)采集，并通過電子看板顯示實(shí)時的生產(chǎn)狀態(tài)，能夠防呆防錯；

△通過安燈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工序之間的協(xié)作；

△生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)快速換模，實(shí)現(xiàn)柔性自動化；能夠支持多種相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)和裝配，靈活調(diào)整工藝，適應(yīng)小批量、多品種的生產(chǎn)模式；

△具有一定冗余，如果出現(xiàn)設(shè)備故障，能夠調(diào)整到其他設(shè)備生產(chǎn)；

△針對人工操作的工位，能夠給予智能的提示，并充分利用人機(jī)協(xié)作。

設(shè)計智能產(chǎn)線需要考慮如何節(jié)約空間，如何減少人員的移動，如何進(jìn)行自動檢測，從而提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

08

制造執(zhí)行系統(tǒng)MES

MES是智能工廠規(guī)劃落地的著力點(diǎn)，上接ERP系統(tǒng)，下接現(xiàn)場的PLC程控器、數(shù)據(jù)采集器、條形碼、檢測儀器等設(shè)備。MES旨在加強(qiáng)MRP計劃的執(zhí)行功能，貫徹落實(shí)生產(chǎn)策劃，執(zhí)行生產(chǎn)調(diào)度，實(shí)時反饋生產(chǎn)進(jìn)展：

△面向生產(chǎn)一線工人：指令做什么、怎么做、滿足什么標(biāo)準(zhǔn)，什么時候開工，什么時候完工，使用什么工具等；記錄“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測”等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，建立可用于產(chǎn)品追溯的數(shù)據(jù)鏈；反饋進(jìn)展、反饋問題、申請支援、拉動配合等；

△面向班組：發(fā)揮基層班組長的管理效能，班組任務(wù)管理和派工；

△面向一線生產(chǎn)保障人員：確保生產(chǎn)現(xiàn)場的各項需求，如料、工裝刀量具的配送，工件的周轉(zhuǎn)等等。

為提高產(chǎn)品準(zhǔn)時交付率、提升設(shè)備效能、減少等待時間，MES系統(tǒng)需導(dǎo)入生產(chǎn)作業(yè)排程功能，為生產(chǎn)計劃安排和生產(chǎn)調(diào)度提供輔助工具，提升計劃的準(zhǔn)確性。

09

生產(chǎn)無紙化

隨著信息化技術(shù)的提高和智能終端成本的降低，在智能工廠規(guī)劃可以普及信息化終端到每個工位。操作工人將可在終端接受工作指令，接受圖紙、工藝、更單等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可以靈活第適應(yīng)生產(chǎn)計劃變更、圖紙變更和工藝變更。

10

生產(chǎn)監(jiān)控及指揮系統(tǒng)

流程行業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)線配置了DCS系統(tǒng)或PLC控制系統(tǒng)，通過組態(tài)軟件可以查看生產(chǎn)線上各個設(shè)備和儀表的狀態(tài)，但絕大多數(shù)離散制造企業(yè)還沒有建立生產(chǎn)監(jiān)控與指揮系統(tǒng)。

實(shí)際上，離散制造企業(yè)也非常需要建設(shè)集中的生產(chǎn)監(jiān)控與指揮系統(tǒng)，在系統(tǒng)中呈現(xiàn)關(guān)鍵的設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)狀態(tài)、質(zhì)量數(shù)據(jù)，以及各種實(shí)時的分析圖表。通過看板直觀展示。提供多種類型的內(nèi)容呈現(xiàn)，輔助決策。

總之，要做好智能工廠的規(guī)劃，需要綜合運(yùn)用這些核心要素，從各個視角綜合考慮，從投資預(yù)算、技術(shù)先進(jìn)性、投資回收期、系統(tǒng)復(fù)雜性、生產(chǎn)的柔性等多個方面進(jìn)行綜合權(quán)衡、統(tǒng)一規(guī)劃，建立具有前瞻性和實(shí)效性的智能工廠。