十四五規(guī)劃在新基建的基礎(chǔ)上進一步加快了制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的步伐，對5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、AI、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)軟件等技術(shù)或產(chǎn)品作了進一步的強調(diào)，未來制造業(yè)的發(fā)展方向?qū)⑹歉咝Ч?jié)能、綠色環(huán)保的智慧工廠。
智慧工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，以數(shù)據(jù)為軸激發(fā)企業(yè)智慧化進程，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強信息管理和服務(wù)，清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預、即時正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理的生產(chǎn)計劃編排與生產(chǎn)進度。
那么，智慧工廠究竟是什么呢？智慧工廠有什么用？
數(shù)字孿生賦能智慧工廠
作為第四次工業(yè)革命的一個戰(zhàn)略性技術(shù)趨勢，數(shù)字孿生正走向應用的主流趨勢，比預期更快地趨于成熟，特別是物流和供應鏈領(lǐng)域，數(shù)字孿生3D可視化智慧工廠自然成為眾望所歸。
目前，通過“數(shù)字孿生”技術(shù)，將產(chǎn)品、設(shè)備、整條生產(chǎn)線和工廠基礎(chǔ)設(shè)施以數(shù)字化的方式呈現(xiàn)，已經(jīng)成為可能。領(lǐng)先企業(yè)正采用一系列先進的技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)乃至整條供應鏈的數(shù)字化。這些技術(shù)包括大數(shù)據(jù)分析解決方案、端至端的實時規(guī)劃和互聯(lián)、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、自控系統(tǒng)、協(xié)作機器人、數(shù)字孿生或增強現(xiàn)實等。
憑借這些技術(shù)，企業(yè)運營效率得以提升，從而能夠批量生產(chǎn)高度定制化的產(chǎn)品。然而，企業(yè)要實現(xiàn)智慧工廠，還需要與供應鏈生態(tài)系統(tǒng)和用戶進行實時互聯(lián)，以及通過預測性數(shù)據(jù)分析和機器學習等手段，做出更智能的決策。
數(shù)字孿生3D可視化智慧工廠依托先進的3D可視化、數(shù)字孿生、VR虛擬現(xiàn)實、web3d仿真和AI等技術(shù)，原比例模擬還原工廠全域的地理、環(huán)境、設(shè)備、管線、監(jiān)控、生產(chǎn)線和人員等全要素，為管理者提供一個在生產(chǎn)環(huán)境中感知、分析信息的集約平臺。
嚴控和提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率，所見即所得，通過視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計和對比，分析出生產(chǎn)效率高的產(chǎn)線和時間點，還能在虛擬世界中對產(chǎn)線配置優(yōu)化調(diào)整，應用到現(xiàn)實世界。
智慧工廠管理平臺的5大模塊
智慧工廠包含工廠運營管理的五個方面，制造資源控制、現(xiàn)場運行監(jiān)管、物流過程管控、生產(chǎn)執(zhí)行跟蹤、質(zhì)量工作監(jiān)督，通過對MES、QMS、ERP、SCM等系統(tǒng)的集成以及對自動化設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)的對接，打造企業(yè)的智慧工廠管理平臺，實現(xiàn)制造管理的統(tǒng)一化與數(shù)字化。
1、制造資源控制
主要是指對制造過程中的人、機、料等相關(guān)生產(chǎn)資源的管理。涉及對BOM單的自動生成、原材料及輔料的領(lǐng)用、半成品與線邊倉的管理、成品的投入產(chǎn)出情況等，需要對物料齊套率、物料損耗比率、半成品周轉(zhuǎn)、投入產(chǎn)出比、回收率等指標進行監(jiān)控與分析，確保制造資源及時到位、高效流轉(zhuǎn)、降損再造；設(shè)備效率對制造資源的影響巨大，應從設(shè)備巡檢、故障管理、備件管理、技術(shù)檔案等四個方面進行管控，利用電子掃碼技術(shù)實現(xiàn)一物一碼、一人一碼的管理模式，打造企業(yè)設(shè)備全流程精準管理系統(tǒng)；自動化技術(shù)的發(fā)展促進了無人工廠的誕生，但是無人工廠的局限性很大，很多企業(yè)并不適合，所以目前來看，人員還是制造資源的核心之一，結(jié)合工藝流程改進、生產(chǎn)計劃排程、人員排班管理，可達到優(yōu)化生產(chǎn)效率、維持生產(chǎn)節(jié)拍的目的。
2、現(xiàn)場運行監(jiān)管
這是對7S管理的數(shù)字化改造。一方面利用基于傳感器建立的數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)完成對生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、設(shè)備運行參數(shù)與狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、流水線作業(yè)關(guān)鍵崗位產(chǎn)能數(shù)據(jù)的采集，解決了原本7S管理數(shù)據(jù)采集的滯后性與人工采集帶來誤差的問題；另一方面利用視頻監(jiān)控以及圖像識別技術(shù)實現(xiàn)對設(shè)備停機、傳送帶卡料、產(chǎn)品積壓、員工離崗等異常情況的預警推送，作為7S管理評分的有力依據(jù)；最后通過數(shù)據(jù)分析軟件FineBI對接生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及上述采集到的數(shù)據(jù)，進行多維度對比分析，輔助生產(chǎn)管理者進行有效決策。
3、物流過程管控
它包含供應商發(fā)貨、工廠內(nèi)部周轉(zhuǎn)、客戶發(fā)貨三個環(huán)節(jié)。利用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與大數(shù)據(jù)處理技術(shù)將物流車輛的實時地理位置與行車軌跡數(shù)據(jù)進行實時采集，完成對供應商和客戶兩個環(huán)節(jié)的物流過程管控；利用AGV小車實現(xiàn)物料自動領(lǐng)用、半成品自動周轉(zhuǎn)、成品自動入庫，打造無人分揀、智能搬運的智慧倉儲作業(yè)系統(tǒng)，大大提高了工廠內(nèi)部物流的周轉(zhuǎn)效率。
4、生產(chǎn)執(zhí)行跟蹤
這是指對生產(chǎn)計劃執(zhí)行過程的實時監(jiān)控以及對執(zhí)行結(jié)果的管理決策，結(jié)合MES系統(tǒng)與數(shù)據(jù)分析工具FineBI，讓各層級管理人員能夠隨時了解生產(chǎn)動態(tài)，包括出勤情況、計劃生產(chǎn)進度、計劃完成率及效率等，實現(xiàn)生產(chǎn)異常在線分析和閉環(huán)跟進，優(yōu)化數(shù)據(jù)提取及分析模式，減負賦能，提前管理，建立問題找人，分層管理機制。
5、質(zhì)量工作監(jiān)督
這套流程涵蓋來料品質(zhì)管控、制程品質(zhì)管控、出貨品質(zhì)管控三個環(huán)節(jié)，從質(zhì)量策劃、質(zhì)量檢驗、質(zhì)量保證、質(zhì)量監(jiān)督、質(zhì)量改善、質(zhì)量服務(wù)、體系和流程等七個方面重點建設(shè)，利用編碼技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品和物料的批次管控，減少因批量質(zhì)量問題帶來的成本損失，同時用SPC方法分析工序過程能力與質(zhì)量管控水平，確保產(chǎn)品質(zhì)量保持在合理的范圍內(nèi)波動。
四大應用場景
在智慧工廠的建設(shè)過程中，不同的業(yè)務(wù)活動衍生出不同的信息化功能需求，而不同的功能需求又促生了不同新技術(shù)的發(fā)展，業(yè)務(wù)、功能與技術(shù)的結(jié)合形成了智慧工廠的應用場景?；谏鲜鲋腔酃S管理平臺五大模塊的內(nèi)容，智慧工廠可以分為四大應用場景。
應用場景一
智慧園區(qū)管理
智慧工廠對產(chǎn)業(yè)園的綜合管理提出了更高的要求，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)園由于管理工作繁多，很多模塊都是單獨管理，無法做到資源的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，且很多數(shù)據(jù)并不是實時在線，大大增加了管理難度。
智慧工廠要求對園區(qū)的視頻監(jiān)控、安防報警、人員巡查、門禁考勤、訪客管理、一卡通管理、停車位、會議室、信息發(fā)布、能源使用情況、環(huán)境變化、設(shè)備參數(shù)等工作進行實時在線的統(tǒng)一管理，企業(yè)可利用傳感器技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)捕捉、熱成像報警、人臉識別、溫濕度感應等，再利用OA或報表系統(tǒng)實現(xiàn)在線巡檢、信息發(fā)布、會議室線上預約、訪客線上登記等，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)利用微服務(wù)接口的方式進行調(diào)用，形成園區(qū)全貌管理指標，最后利用3D建模技術(shù)開發(fā)智慧園區(qū)全局管理模型或利用數(shù)據(jù)分析工具制作園區(qū)綜合管理駕駛艙，實現(xiàn)對園區(qū)資源的統(tǒng)一高效管理，打造綠色、高效、安全的智慧園區(qū)。
應用場景二
智慧物流管理
物流一直是工廠管理的薄弱環(huán)節(jié)，大多數(shù)制造企業(yè)依賴第三方物流公司進行產(chǎn)品和原材料的運輸，而對第三方物流機構(gòu)的管理缺乏有力且有效的手段，導致對客戶的交付時間把控不準以及對物流異常無法追溯真實原因。
企業(yè)可基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將物流車輛的實時地理位置信息進行保存，再利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)實時監(jiān)控所有物流車輛的運行狀態(tài)，對停車超時、未按規(guī)定路線行駛、車速異常等情況進行實時報警，對收發(fā)貨異常的訂單可追溯其物流車輛的歷史軌跡與?？奎c記錄，實現(xiàn)物流各環(huán)節(jié)精細化、動態(tài)化、可視化管理，提高物流系統(tǒng)智能化分析決策和自動化操作執(zhí)行能力，提升物流運作效率。
應用場景三
三位一體監(jiān)造平臺
隨著制造企業(yè)對內(nèi)部生產(chǎn)過程管理能力的提高，促生出了上下游監(jiān)造管理的需求，一方面是對供應商原材料質(zhì)量管控的進一步延伸，另一方面是對客戶滿意度更加重視的表現(xiàn)。從供應商到工廠到最終客戶的三位一體監(jiān)造平臺，是智慧工廠的核心應用場景。
為了滿足大客戶監(jiān)造接入需求，企業(yè)可利用微服務(wù)技術(shù)通過接口將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和作業(yè)視頻提取出來，同時利用數(shù)據(jù)分析平臺給客戶提供帶有分析結(jié)果的產(chǎn)品出廠數(shù)據(jù)，通過權(quán)限管理開放給對應客戶，實現(xiàn)快速響應客戶監(jiān)造平臺數(shù)據(jù)對接以及遠程廠驗的需求，提升客戶對產(chǎn)品的信任度。
而對于供應商的監(jiān)造管理需要從四個方面入手，第一，對接其產(chǎn)線設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)，掌握供應商生產(chǎn)過程中的設(shè)備參數(shù)，便于后期異常追溯；第二，接入生產(chǎn)監(jiān)控視頻，實現(xiàn)對供應商生產(chǎn)作業(yè)的實時監(jiān)控，提高管理力度；第三，打通供應商的生產(chǎn)信息系統(tǒng)，掌握供應商訂單的執(zhí)行進度與質(zhì)量情況，可有效預估訂單風險；第四，開發(fā)數(shù)據(jù)上報界面，對供應商臨時零散的數(shù)據(jù)做到及時規(guī)范的收集，提高協(xié)同能力。
應用場景四
質(zhì)量閉環(huán)追溯
傳統(tǒng)的質(zhì)量管理方式局限于對當時產(chǎn)品生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的監(jiān)控，在出現(xiàn)批量質(zhì)量異常時無法有效鎖定不良批次，對導致異常的物料無法追溯使用在哪些成品中，增加了質(zhì)量處理成本與管控難度。
質(zhì)量追溯可幫助企業(yè)更實時、高效、準確、可靠的實現(xiàn)生產(chǎn)過程和質(zhì)量管理，結(jié)合條碼自動識別技術(shù)、序列號管理思想以及條碼設(shè)備，可有效收集產(chǎn)品或物料在生產(chǎn)和物流作業(yè)環(huán)節(jié)的相關(guān)信息數(shù)據(jù)，每完成一個工序或一項工作，記錄其檢驗結(jié)果、存在問題、操作者及檢驗者的姓名、時間、地點及情況分析，在產(chǎn)品的適當部位做出相應的質(zhì)量狀態(tài)標志，跟蹤其生命周期中流轉(zhuǎn)運動的全過程，使企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對采、銷、生產(chǎn)中物資的追蹤監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量追溯、銷售竄貨追蹤等目標。最后利用數(shù)據(jù)分析工具建立質(zhì)量計劃、過程控制、發(fā)現(xiàn)問題、異常處理、管理決策、問題關(guān)閉的質(zhì)量閉環(huán)管理平臺，形成經(jīng)驗庫與分析報表來支撐企業(yè)打造一套來源可溯、去向可查、責任可追的質(zhì)量閉環(huán)追溯系統(tǒng)。
智慧工廠的應用遠不止于此，隨著新技術(shù)、新理念的誕生，智慧工廠也將在新時代有新的表現(xiàn)形式，制造管理者應把握新形勢，通過執(zhí)行層自動化與管理層信息化的融合，加快智慧工廠的建設(shè)步伐。