智能制造背景下工業廠房設計的幾點思考

張森

[摘要]本文討論總結了智能制造背景下工業廠房設計應遵循的基本原則;分析了做好智能制造廠房設計的兩大關鍵點：在此基礎上，簡要闡述了工藝設計人員做好智能制造廠房設計所應具備的能力和素質。

[關鍵詞]智能制造;廠房設計;工藝布局;物流

引言

當前，越來越開放的全球化競爭，越來越多樣的個性化需求，越來越高昂的人力成本，越來越快速的市場響應需求，正引發制造業的又一次變革。毫無疑問，面對嚴峻的挑戰，變革浪潮中的制造企業必須降低生產成本、提高生產效率，這既是生存之道，亦是競爭之本。目前看來，實現這一目標的出路便是智能制造。智能制造技術的提出與發展，對工廠的生命周期產生了深刻影響，包括規劃設計、建設改造、生產制造、運營管理等。本文從工程設計的角度，就智能制造背景下工業廠房的規劃與建設談幾點思考與想法。

一、智能制造背景下工業廠房設計的原則

（一）系統性規劃

一個完整的智能制造系統包括產品生產所涉及的各個環節和各種場景。作為設備安裝、工人工作、產品生產的物理空間，廠房自然也涵蓋其中。在廠房規劃設計中，建筑自身的智能化如何實現，應當以怎樣的空間結構和運營管理來匹配先進生產制造系統，在規劃設計時應統籌考慮。產品方案和生產綱領是工業廠房設計最重要的輸入條件之一，直接決定了廠房的空間結構、設備的選型布局、物流的走向分布，需精準測算。但與此同時，個性化的市場需求與越來越短的產品生命周期又增加了產品方案的不確定性。

（二）個性化特征

智能制造時代，廠房不應該只作為組織生產活動的場所或空間，而應當兼具獨特的企業個性，成為向客戶、合作商乃至公眾展示和傳播企業文化與產品特色的平臺。試問，在客戶對產品定制化要求越來越高的今天，作為產品生產地的廠房卻是千篇一律的長方體、深藍色、彩鋼板，連自身如此龐大復雜的工廠系統都不“精心定制”，又如何讓消費者相信其產品能做到真心定制化呢。更何況，為特定的生產系統“量身打造”的廠房，可以形成更優化的工藝布局、更高效的物流系統、更合理的空間利用，對提升企業自身形象、降低運營成本都大有裨益。

（三）重視綠色節能與人文關懷

作為又一次深刻的工業變革，智能制造的終極目標是更好地服務人類，為人類社會的永續發展提供動力。那么，作為承載整個智能化生產系統的廠房，其本身也應是可持續運轉的，這就要求廠房在設計過程中就要有機融合綠色節能的相關理念，使資源利用率更高、環境污染更少、能源結構更合理。在此基礎上，對外讓廠房與周邊環境彼此協調，對內打造舒適的工作環境和充滿人文關懷的活動空間，讓智能制造帶來的改變也能服務于廠房內從事管理、監督和生產任務的工作人員。進而讓建筑本身成為智能制造的有機組成部分，共同打造可持續的工業生產新模式。

二、智能制造背景下如何做好工業廠房的設計

（一）把握“工藝是龍頭”這個關鍵點

工藝專業是廠房設計的龍頭專業，只有以工藝“量身定制”出來的廠房才可能是高效的、節能的、符合智能制造要求的。傳統廠房設計中，工藝設計主要考慮廠區和車間的物流、人流。在智能制造時代，這種考慮重心需發生不同程度的轉變。首先是物流，它依然是重點。作為企業利潤的第二源泉，物流系統的傳輸效率和自動化程度、存儲單位的設計等必然是布局設計中的重中之重。其次由于少人化是未來制造業發展的必然趨勢之一，人流問題在今后廠房設計中應當逐漸弱化。與此同時，應當看到在智能制造發展尚不充分的今天，智能制造工廠參觀通道的設計應當作為重點之一納入布局設計之中。最后是信息流，這也是變化最大的一部分。智能制造的實現是以信息化為前提的，解決生產過程中信息不透明問題，打通生產過程中的信息孤島是智能制造的題中之義。與此同時，智能制造工廠相對于傳統工廠，產生的數據和信息必然高出好幾個量級。

（二）用好“數字化工具”這個新手段

數字化技術的發展為工程設計提供了很多新方法、新手段。首先，采用數字化布局可以以三維的形式呈現工藝布局，相較于傳統的二維布局更直觀、更美觀。三維可視化工藝布局便于與非技術人員進行演示溝通，可以縮短設計持續時間，提高設計效率。與此同時，三維模型可以展現廠房內部布局的整體效果，避免設施布置的干涉，相當于對實體布局的預演，可以最大程度地減少設計上的反復或建設過程中的改造。其次，運用物流仿真技術可以為廠區和車間物流規劃提供依據和支撐，通過計算機模擬分析生產系統的運行指標，對生產系統進行優化，使有限的現有資源得到最合理高效的配置與運用，同時，還可以縮短工廠的規劃周期。最后，運用BIM技術為工業廠房提供全生命周期服務，通過建立廠房的三維虛擬模型，集成整合廠房從設計、施工到運營等各階段的數據、信息，以提升工作效率、節省資源、降低成本，從而更好地服務于智能制造系統，實現可持續運營。

（三）創新能力是重點

創新是一個企業、一個人核心競爭力的根本所在。科學技術的進步，產生了大量的新材料、新設備、新技術，這為工程設計領域的創新提供了廣闊的空間。廠房的跨度與柱網尺寸、設備的選型與排布、車間的物流傳輸方式等，都是可以根據實際情況有所創新與突破的，在一個設計中，往往一個小環節的改進與創新就能為企業帶來可觀的經濟效益，而這也正是廠房設計中工藝設計的價值所在。

結語

當前，智能制造仍處于快速發展、逐漸成熟的成長階段，關于智能制造廠房的設計也在不斷探索和規范。