制造系統(tǒng)的新前沿

智能工廠代表了從傳統(tǒng)自動化向完全互聯(lián)和柔性系統(tǒng)的飛躍。這個系統(tǒng)能夠從互聯(lián)的運營和生產(chǎn)系統(tǒng)中源源不斷地獲取數(shù)據(jù)，從而了解并適應(yīng)新的需求。真正的智能工廠能夠整合全系統(tǒng)內(nèi)的物理資產(chǎn)、運營資產(chǎn)和人力資本，推動制造、維護(hù)、庫存跟蹤、通過數(shù)字孿生實現(xiàn)運營數(shù)字化以及整個制造網(wǎng)絡(luò)中其他類型的活動。其產(chǎn)生的結(jié)果可能是系統(tǒng)效率更高也更為敏捷，生產(chǎn)停工時間更少，對工廠或整個網(wǎng)絡(luò)中的變化進(jìn)行預(yù)測和調(diào)整適應(yīng)的能力更強(qiáng)，從而進(jìn)一步提升市場競爭力。

智能工廠的定義

一直以來，自動化在某種程度上始終是工廠的一部分，甚至高水平的自動化也非新生事物。然而，“自動化”一詞通常表示單一且獨立的任務(wù)或流程的執(zhí)行。過去，機(jī)器自行“決策”的情況往往是以自動化為基礎(chǔ)的線性行為，如基于一套預(yù)定的規(guī)則打開閥門或開啟或關(guān)閉水泵。

通過人工智能的應(yīng)用，以及成熟度不斷深化的信息物理系統(tǒng)將實體機(jī)器與業(yè)務(wù)流程相結(jié)合，自動化日益覆蓋了通常由人類進(jìn)行的復(fù)雜優(yōu)化決策。最后，也許也是最為關(guān)鍵的，“智能工廠”一詞亦表示通過互聯(lián)互通的信息技術(shù)/運營技術(shù)格局，實現(xiàn)工廠車間決策及洞察與供應(yīng)鏈以及整個企業(yè)其他部分的融合。這將從根本上改變生產(chǎn)流程，大大增強(qiáng)與供應(yīng)商和客戶之間的關(guān)系。

通過這個描述，我們可清楚地了解智能工廠并不僅僅是簡單的自動化。智能工廠是一個柔性系統(tǒng)，能夠自行優(yōu)化整個網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)，自行適應(yīng)并實時或近實時學(xué)習(xí)新的環(huán)境條件，并自動運行整個生產(chǎn)流程。智能工廠能夠在工廠車間內(nèi)自動運作，同時與具有類似生產(chǎn)系統(tǒng)的全球網(wǎng)絡(luò)甚至整個數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。需要注意的是，鑒于技術(shù)的快速發(fā)展趨勢，本文對智能工廠的定義和描述不應(yīng)視為其“終極形態(tài)”，相反，其代表的是長期進(jìn)行的演變，是打造并維持一個柔性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的不斷發(fā)展的歷程，而非過去工廠所進(jìn)行的一次性現(xiàn)代化方式。

智能工廠真正強(qiáng)大之處在于其根據(jù)企業(yè)不斷變化的需要發(fā)展和成長的能力，無論這些需要是客戶需求的轉(zhuǎn)變、進(jìn)入新市場的擴(kuò)張、新產(chǎn)品或服務(wù)的開發(fā)，還是預(yù)測性更強(qiáng)響應(yīng)度更高的運行和維護(hù)方法、新流程或技術(shù)的引入，或是生產(chǎn)流程的準(zhǔn)實時變化。由于具備更為強(qiáng)大的計算和分析能力，并擁有更為廣泛的智能互聯(lián)資產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)，智能工廠能使企業(yè)以過去相對困難甚至不可能的方式適應(yīng)變化。

智能工廠是一個柔性系統(tǒng)，能夠自行優(yōu)化整個網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)，自行適應(yīng)并實時或近實時學(xué)習(xí)新的環(huán)境條件，并自動運行整個生產(chǎn)流程。

智能工廠的特征與眾不同在哪兒

面對企業(yè)或生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)的萬千變化，許多制造企業(yè)疲于應(yīng)對，運營狀況面臨巨大的壓力。智能工廠解決方案能夠提供多種方式，助其成功應(yīng)對部分問題。實時調(diào)整并學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的能力使得智能工廠擁有更高的響應(yīng)度，更具前瞻性和預(yù)測性，并助企業(yè)免受運營停工及其他生產(chǎn)難題的困擾。

某領(lǐng)先電子公司采用了一套全自動化的生產(chǎn)系統(tǒng)、三維掃描儀、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及一體化機(jī)器控制，作為其在生產(chǎn)空調(diào)的過程中實施智能工廠解決方案的舉措之一。這個自動化的益處包括客戶交付時間縮短，整體成本下降，以及產(chǎn)能提升25%，殘次品減少50%。

▲智能工廠及其部分主要特征

上圖描述了智能工廠及其部分主要特征：互聯(lián)、優(yōu)化、透明、前瞻和敏捷。這些特征均有助于進(jìn)行明智的決策，并協(xié)助企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)流程。值得注意的是，世界上沒有兩個一模一樣的智能工廠，制造企業(yè)可依據(jù)其特定需求，重點發(fā)展智能工廠的不同領(lǐng)域和特征。

互聯(lián)或許是智能工廠最重要的特征，同時也是其最大的價值所在。智能工廠須確保基本流程與物料的互聯(lián)互通，以生成實時決策所需的各項數(shù)據(jù)。在真正意義的智能工廠中，傳感器遍布各項資產(chǎn)，因此系統(tǒng)可不斷從新興與傳統(tǒng)渠道抓取數(shù)據(jù)集，確保數(shù)據(jù)持續(xù)更新，并反映當(dāng)前情況。通過整合來自運營系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、以及供應(yīng)商和客戶的數(shù)據(jù)，可全面掌控供應(yīng)鏈上下游流程，從而提高供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的整體效率。

經(jīng)過優(yōu)化的智能工廠可實現(xiàn)高度可靠的運轉(zhuǎn)，最大程度上降低人工干預(yù)。智能工廠具備自動化工作流程，可同步了解資產(chǎn)狀況，同時優(yōu)化了追蹤系統(tǒng)與進(jìn)度計劃，能源消耗亦更加合理，可有效提高產(chǎn)量、運行時間以及質(zhì)量，并降低成本、避免浪費。

智能工廠獲取的數(shù)據(jù)公開透明：通過實時數(shù)據(jù)可視化，將從流程與成品或半成品獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)變?yōu)榍袑嵖尚械亩匆姡瑥亩鴧f(xié)助人工以及自動化決策流程。透明化網(wǎng)絡(luò)還將進(jìn)一步擴(kuò)大對設(shè)備情況的認(rèn)識，并通過基于角色的觀點、實時警告與通知以及實時追蹤與監(jiān)控等手段，確保企業(yè)決策更加精準(zhǔn)。

在一個前瞻型體系中，員工與系統(tǒng)可預(yù)見即將出現(xiàn)的問題或挑戰(zhàn)，并提前予以應(yīng)對，而非靜待問題發(fā)生再作響應(yīng)。這一特征包括識別異常情況，儲備并補(bǔ)充庫存，發(fā)現(xiàn)并提前解決質(zhì)量問題，以及監(jiān)控安全與維修問題。智能工廠能夠基于歷史與實時數(shù)據(jù)，預(yù)測未來成果，從而提高正常運行時間、產(chǎn)量與質(zhì)量，同時預(yù)防安全問題。在智能工廠中，制造企業(yè)可通過創(chuàng)建數(shù)字孿生等流程，實現(xiàn)數(shù)字化運營，在自動化與整合的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步培養(yǎng)預(yù)測能力。

智能工廠具備敏捷的靈活性，可快速適應(yīng)進(jìn)度以及產(chǎn)品變更，并將其影響降至最低。先進(jìn)的智能工廠還可根據(jù)正在生產(chǎn)的產(chǎn)品以及進(jìn)度變更，自動配置設(shè)備與物料流程，進(jìn)而實時掌控這些變更所造成的影響。此外，靈活性還促使智能工廠在進(jìn)度與產(chǎn)品發(fā)生變更時，最大程度上降低調(diào)整幅度，從而提高運行時間與產(chǎn)量并確保靈活的進(jìn)度安排。

由于具備上述特征，制造企業(yè)可更加全面清晰地了解其資產(chǎn)與系統(tǒng)，有效應(yīng)對傳統(tǒng)工廠所面臨的挑戰(zhàn)，最終提高生產(chǎn)率，更加靈活地響應(yīng)不斷變化的供應(yīng)商及客戶情況。例如，一家服飾鞋品公司分別在歐洲與北美設(shè)立了全新智能工廠，以求解決制造企業(yè)經(jīng)常面臨的一些挑戰(zhàn)，包括全球離散化生產(chǎn)以及日益變化的客戶需求。

傳統(tǒng)工廠和供應(yīng)鏈往往面臨流行變化趨勢所帶來的諸多挑戰(zhàn)。新型智能工廠通常設(shè)于客戶所在地附近，因此可更快響應(yīng)新興趨勢，并迅速為消費者提供鞋品——預(yù)計不到一周，相較之下，傳統(tǒng)工廠則需兩至三個月。兩家智能工廠均運用了各種數(shù)字化與物理技術(shù)，包括數(shù)字孿生、數(shù)字設(shè)計、增材制造設(shè)備以及自動化機(jī)器人等。公司打算汲取最初兩家智能工廠的經(jīng)驗，將這種模式推廣至亞洲等其他地區(qū)的更多基地。