德國(guó)有“工業(yè)4.0”，美國(guó)有“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，中國(guó)有“中國(guó)制造2025”，這些戰(zhàn)略項(xiàng)目的提出無(wú)不揭示著當(dāng)今社會(huì)對(duì)于制造業(yè)的高度重視。在傳統(tǒng)的工廠生產(chǎn)中，人力是生產(chǎn)線上的“主力軍”，而隨著“智能制造”工業(yè)革命浪潮的興起，“智能工廠”越來(lái)越成為各大企業(yè)爭(zhēng)相建設(shè)的目標(biāo)。

中國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，廉價(jià)的勞動(dòng)力使得其曾一度被稱為“世界工廠”。資金短缺、技術(shù)含量低成為過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間中國(guó)制造業(yè)的顯著特點(diǎn)。隨著國(guó)力的增強(qiáng)，沉睡的“東方雄獅”覺(jué)醒，中國(guó)在“智能制造”領(lǐng)域大量投入研發(fā)力量，力圖趕超世界先進(jìn)生產(chǎn)力國(guó)家水平。

何謂“智能工廠”

要了解智能工廠，得先從數(shù)字化工廠說(shuō)起。對(duì)于數(shù)字化工廠，德國(guó)工程師協(xié)會(huì)的定義是：

數(shù)字化工廠(DF)是由數(shù)字化模型、方法和工具構(gòu)成的綜合網(wǎng)絡(luò)，包含仿真和3D/虛擬現(xiàn)實(shí)可視化，通過(guò)連續(xù)的沒(méi)有中斷的數(shù)據(jù)管理集成在一起。數(shù)字化工廠集成了產(chǎn)品、過(guò)程和工廠模型數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)先進(jìn)的可視化、仿真和文檔管理，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過(guò)程所涉及的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)性能。

智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù)，提高生產(chǎn)過(guò)程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計(jì)劃排程。同時(shí)，集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠。

智能工廠已經(jīng)具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規(guī)劃;通過(guò)整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測(cè)，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增展示設(shè)計(jì)與制造過(guò)程。系統(tǒng)中各組成部分可自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具備協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性。已系統(tǒng)具備了自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)能力。因此，智能工廠實(shí)現(xiàn)了人與機(jī)器的相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)是人機(jī)交互。

智能工廠核心架構(gòu)

工業(yè)4.0是究竟是什么?也許不是一兩話可以說(shuō)清楚的。但簡(jiǎn)單來(lái)看，工業(yè)4.0核心內(nèi)容就是建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)、三項(xiàng)集成、大數(shù)據(jù)分析、八項(xiàng)計(jì)劃和研究?jī)蓚€(gè)主題。

一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(CPS)

CPS使得物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物理世界的融合，將網(wǎng)絡(luò)空間的高級(jí)計(jì)算能力有效的運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)世界中，從而在生產(chǎn)制造過(guò)程中，與設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)有關(guān)的所有數(shù)據(jù)將通過(guò)傳感器采集并進(jìn)行分析，形成可自律操作的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。

三個(gè)集成

圖片來(lái)自工業(yè)4.0研究院

工業(yè)4.0中的三項(xiàng)集成包括：橫向集成、縱向集成與端對(duì)端的集成。

工業(yè)4.0將無(wú)處不在的傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施通過(guò)CPS形成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，使人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)橫向、縱向和端對(duì)端的高度集成，集成是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。

大數(shù)據(jù)分析

隨著信息物理系統(tǒng)的推廣，智能裝備和終端的普及以及各種各樣傳感器的使用，將會(huì)帶來(lái)無(wú)所不在的感知和無(wú)所不在的連接，所有的生產(chǎn)裝備、感知設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)終端，包括生產(chǎn)者本身都在源源不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將會(huì)滲透到企業(yè)運(yùn)營(yíng)、價(jià)值鏈乃至產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，是工業(yè)4.0和制造革命的基石。

技術(shù)難題亟待解決

智能工廠建設(shè)是制造業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，很多國(guó)內(nèi)的優(yōu)秀企業(yè)都提出了智能工廠的建設(shè)目標(biāo)，甚至有些企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始嘗試去建設(shè)自己的智能工廠。新事物的成長(zhǎng)過(guò)程總是漫長(zhǎng)而曲折的，在智能工廠建設(shè)過(guò)程中，還有一些難題亟待攻克。

首先，信息的收集和分析體系。對(duì)于智能工廠來(lái)說(shuō)，其核心要求之一是要實(shí)現(xiàn)信息流、物資流和管理流合一。而這樣的雄心需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)收集和分析體系去支持。對(duì)于中國(guó)企業(yè)來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)期處于產(chǎn)業(yè)鏈的低端環(huán)節(jié)使得其在信息的收集和分析能力上有所欠缺，很多中國(guó)企業(yè)連工廠的管理通報(bào)都并不完備，即使是行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，也在前幾年才消滅了企業(yè)內(nèi)部的信息孤島，建成了企業(yè)內(nèi)部統(tǒng)一的信息管理體系。

其次，智能工廠涉及多個(gè)層面和技術(shù)領(lǐng)域，智能生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)決策、供應(yīng)鏈優(yōu)化問(wèn)題等的解決需要借助仿真系統(tǒng)來(lái)解決。隨著ISA95[8]標(biāo)準(zhǔn)的推廣，其中對(duì)企業(yè)－控制系統(tǒng)集成模型的層次定義對(duì)工廠仿真模型的定義產(chǎn)生了巨大的影響。宏觀的仿真模型如ＥＲＰ層的供應(yīng)鏈模型，微觀的仿真模型如PCS層的裝置生產(chǎn)過(guò)程模型。

最艱難的挑戰(zhàn)是無(wú)處不在的快速互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，以及網(wǎng)絡(luò)-物理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)界面。對(duì)于制造平臺(tái)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，我們需要安全與保護(hù)，這樣，行業(yè)內(nèi)的人們才會(huì)信任這種與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接的新型聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，才會(huì)有更多的企業(yè)加入智能工廠的開(kāi)發(fā)和使用。

“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索”。智能工廠建設(shè)既是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，同時(shí)也需要企業(yè)去逐步建設(shè)。中國(guó)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)迫在眉睫，但若一味盲目跟風(fēng)也不可行，只有量體裁衣、腳踏實(shí)地、不斷摸索才是通向智能工廠的大道。

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