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數(shù)據(jù)的采集和管理

數(shù)據(jù)是智能工廠建設的血液，在各應用系統(tǒng)之間流動。在智能工廠運轉的過程中，會產生設計、工藝、制造、倉儲、物流、質量、人員等業(yè)務數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可能分別來自ERP、MES、APS、WMS、QIS等應用系統(tǒng)。生產過程中需要及時采集產量、質量、能耗、加工精度和設備狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并與訂單、工序、人員進行關聯(lián)，以實現(xiàn)生產過程的全程追溯。

此外，在智能工廠的建設過程中，需要建立數(shù)據(jù)管理規(guī)范，來保證數(shù)據(jù)的一致性和準確性。還要預先考慮好數(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)，應當從設備控制系統(tǒng)中自動采集。

另外，必要時，還應當建立專門的數(shù)據(jù)管理部門，明確數(shù)據(jù)管理的原則和構建方法，確立數(shù)據(jù)管理流程與制度，協(xié)調執(zhí)行中存在的問題，并定期檢查落實優(yōu)化數(shù)據(jù)管理的技術標準、流程和執(zhí)行情況。

▲數(shù)據(jù)管理

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設備聯(lián)網(wǎng)

實現(xiàn)智能工廠乃至工業(yè)4.0，推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設，實現(xiàn)MES應用，最重要的基礎就是要實現(xiàn)M2M，也就是設備與設備之間的互聯(lián)，建立工廠網(wǎng)絡。

企業(yè)應該對設備與設備之間如何互聯(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)一的標準。在此基礎上，企業(yè)可以實現(xiàn)對設備的遠程監(jiān)控，機床聯(lián)網(wǎng)之后，可以實現(xiàn)DNC（分布式數(shù)控）應用。設備聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)采集是企業(yè)建設工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的基礎。

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工廠智能物流

推進智能工廠建設，生產現(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。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)在兩道機械工序之間可以采用帶有導軌的工業(yè)機器人、桁架式機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)的應用，也是企業(yè)在規(guī)劃智能工廠時，需要進行系統(tǒng)分析的問題。

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生產質量管理和設備管理

提高質量是企業(yè)永恒的主題，在智能工廠規(guī)劃時，生產質量管理和設備管理更是核心的業(yè)務流程。貫徹質量是設計、生產出來，而非檢驗出來的理念。

質量控制在信息系統(tǒng)中需嵌入生產主流程，如檢驗、試驗在生產訂單中作為工序或工步來處理；質量控制的流程、表單、數(shù)據(jù)與生產訂單相互關聯(lián)、穿透；構建質量管理的基本工作路線：質量控制設置→檢測→記錄→評判→分析→持續(xù)改進。

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

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

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智能廠房設計

智能廠房除了水、電、汽、網(wǎng)絡、通信等管線的設計外，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)、通風與空調系統(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、進貨、出貨、倉儲等）應根據(jù)工業(yè)工程的原理進行分析，可以使用數(shù)字化制造仿真軟件對設備布局、產線布置、車間物流進行仿真。在廠房設計時，還應當思考如何降低噪音，如何能夠便于設備靈活調整布局，多層廠房如何進行物流輸送等問題。

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智能裝備的應用

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

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

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智能產線規(guī)劃

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

智能產線的特點是：

△在生產和裝配的過程中，能夠通過傳感器、數(shù)控系統(tǒng)或RFID自動進行生產、質量、能耗、設備績效（OEE）等數(shù)據(jù)采集，并通過電子看板顯示實時的生產狀態(tài)，能夠防呆防錯；

△通過安燈系統(tǒng)實現(xiàn)工序之間的協(xié)作；

△生產線能夠實現(xiàn)快速換模，實現(xiàn)柔性自動化；能夠支持多種相似產品的混線生產和裝配，靈活調整工藝，適應小批量、多品種的生產模式；

△具有一定冗余，如果出現(xiàn)設備故障，能夠調整到其他設備生產；

△針對人工操作的工位，能夠給予智能的提示，并充分利用人機協(xié)作。

設計智能產線需要考慮如何節(jié)約空間，如何減少人員的移動，如何進行自動檢測，從而提高生產效率和生產質量。

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制造執(zhí)行系統(tǒng)MES

MES是智能工廠規(guī)劃落地的著力點，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、檢測儀器等設備。MES旨在加強MRP計劃的執(zhí)行功能，貫徹落實生產策劃，執(zhí)行生產調度，實時反饋生產進展：

△面向生產一線工人：指令做什么、怎么做、滿足什么標準，什么時候開工，什么時候完工，使用什么工具等；記錄“人、機、料、法、環(huán)、測”等生產數(shù)據(jù)，建立可用于產品追溯的數(shù)據(jù)鏈；反饋進展、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，班組任務管理和派工；

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

為提高產品準時交付率、提升設備效能、減少等待時間，MES系統(tǒng)需導入生產作業(yè)排程功能，為生產計劃安排和生產調度提供輔助工具，提升計劃的準確性。

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生產無紙化

隨著信息化技術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、更單等生產數(shù)據(jù)，可以靈活第適應生產計劃變更、圖紙變更和工藝變更。

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生產監(jiān)控及指揮系統(tǒng)

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

實際上，離散制造企業(yè)也非常需要建設集中的生產監(jiān)控與指揮系統(tǒng)，在系統(tǒng)中呈現(xiàn)關鍵的設備狀態(tài)、生產狀態(tài)、質量數(shù)據(jù)，以及各種實時的分析圖表。通過看板直觀展示。提供多種類型的內容呈現(xiàn)，輔助決策。

總之，要做好智能工廠的規(guī)劃，需要綜合運用這些核心要素，從各個視角綜合考慮，從投資預算、技術先進性、投資回收期、系統(tǒng)復雜性、生產的柔性等多個方面進行綜合權衡、統(tǒng)一規(guī)劃，建立具有前瞻性和實效性的智能工廠。