智能工厂参考架构浅析

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1、智能工厂参考架构浅析1引言当前，智能制造热潮席卷了整个制造业，航空航天、船舶、机械、石化、化工、轻工、纺织等行业纷纷探寻制造的智能转型之路，开展智能制造新模式应用，通过智能装备、智能产线、智能车间，探索建设基于工业大数据和互联X+的智能工厂。德国工业4.0着眼于高端装备，以构建智能工厂为核心，积极推进智能生产。2015年5月8日，国务院在《中国制造2025》战略规划中，明确提出将智能制造作为两化深度融合的主攻方向，在十大重点领域试点建设智能工厂、数字化车间。工业和信息化部颁布了《信息化和工业化深度融合专项行动计划（2013-2018年）》，在“智能制造生产模式培育行动”中提出行

2、动目标是要培育数字化车间、智能工厂，推广智能制造生产模式。《制造强国》[1]一书中指出建立数字化/智能工厂是发展智能制造的九项优先行动之一。由此可见，建设智能工厂顺应产业发展趋势，政府各项政策文件的出台也为智能工厂建设提供了强有力的支持和保障，必将加速智能工厂在各工业行业领域的推广应用。杜宝瑞等（2015）[2]分析了智能工厂的基本特征和框架体系，认为智能工厂与传统数字化工厂、自动化工厂相比，具有制造系统集成化、决策过程智能化、加工过程自动化、服务过程主动化的特点，其框架体系由智能决策与管理系统、企业数字化制造平台以及智能制造车间构成，并阐述了这三个关键组成部分的基本构成。张益

3、等（2016）[3]提出了基于资源域、服务域和组织域的智慧工厂概念参考模型，搭建了智慧工厂参考层级架构。李利民等（2016）[4]结合汾西重工“十二五”两化融合建设，提出了高端装备制造业智能工厂架构、建设目标和思路。张祖国（2016）[5]基于从研发创新到产品运维的全制造服务生命周期迭代过程，构造了智能工厂系统结构参考模型。杨春立（2016）[6]介绍了智能工厂内涵和建设重点、智能工厂主要建设模式、智能工厂发展重点环节等。智能工厂建设成为现今的热点，且国内学者也对其进行了广泛的研究，并从不同角度提出了智能工厂模型，但均偏技术层面。同时，目前对于智能工厂的建设还存在概念不清、架构

4、模糊等现状，很多企业也只是盲目跟风，绝大多数企业还处在部分使用应用软件的阶段，少数企业实现信息集成，极少数企业能够达到智能工厂的水平。因而，本文从应用层面出发，构建智能工厂参考架构，以期为不同细分领域细分行业的智能工厂建设和实施提供参考。2智能工厂建设基于《中国制造2025》的战略目标，企业智能工厂建设的总体目标为：在生产制造的各个环节应用智能制造技术，完美融合智能装备，建立企业智能化管理平台，基于全价值链实现产品全生命周期的数字化应用，以相关车间为试点进行智能车间建设，创新驱动，两化深度融合，建成以降低成本、缩短研发周期、提升产品质量和生产效率为核心的全价值链的智能工厂。2.

5、1智能工厂内涵及基本框架智能工厂是践行智能制造模式的重要载体和集中体现，交叉深度融合数字技术、新一代信息技术、智能技术与制造技术，是以客户的产品数据、优化的工艺流程、协调的生产装备为核心，实时获取工厂相关信息；以制造工艺流程和参数指令、智能装备和生产线、自动化物料配送系统的集成，实现面向产品规划、设计、制造、检测和服务等产品全生命周期各个环节的动态整合与优化的一种先进的综合制造模式，旨在提高工厂的运行效率，快速响应市场、满足客户的个性化需求，高效、优质、柔性、清洁、安全、敏捷地制造产品，推动企业各系统的无缝集成，实现产业结构调整和优化。智能工厂的技术特征主要包括：（1）采用智能

6、化设计手段和先进的信息化研发设计平台，实现产品性能与工艺的三维模拟与仿真优化，形成工艺数据库和知识库，实现产品研发设计的数字化智能化。（2）具有能自动完成产品制造过程，且能与互联X进行集成实现X络协同制造的智能生产线。（3）具有即插即用的软件集成平台，可对各种规模的生产线或整个工厂的运行进行模拟仿真以及优化。（4）设备联X进行实时数据采集，实现智能调度、制造信息全过程跟踪以及产品质量跟踪追溯。（5）实现产品全生命周期管理（PLM）、制造执行系统（MES）、企业资源计划（ERP）的集成应用和综合管控，建立统一的信息管理平台。根据智能工厂内涵及技术特征表述，描绘了智能工厂的基本框架

7、，如图1所示。智能工厂基本框架具备智能工厂的四个特性：生产智能、过程智能、设计智能和管理智能，集成先进制造技术、数字技术、信息技术和智能技术。在实际生产中，工厂拥有众多加工装备、生产线、车间等，这些加工装备是具有感知、分析、推理、决策、控制功能的智能制造装备，如数控加工中心、高档数控机床、智能仪器仪表与试验设备、工业机器人等智能专用装备等；工厂部署的生产线属于自动化或智能化生产线，主要通过系统来操作运行，无需人工操作。智能化装备和生产线以及建设的智能车间能为制造过程提供生产所需的基础设施和制