關于智能工廠建設從理念到實踐的探索

阮昆明

南京化學工業有限公司 江蘇 南京 210048

引言

傳統制造企業生產以工人生產和車間設備生產運營為主，生產效率較低。隨著智能化、信息化技術日益發展，化工企業對生產工藝、生產效率的要求不斷提高，智能工廠建設成為當前化工企業的熱點話題。通過對信息化系統的探索、應用和完善，智能工廠推進了化工行業的重大變革和創新，推進企業精細化生產，促進經營管理實現技術、產品和管理的全面融合，進一步促進資源優化利用，提高工廠的整體效益，從而建成安全可靠、高效生產、節能環保的可持續發展的智能工廠。

1 智能工廠的內涵

智能工廠是指通過信息化系統和自動化生產系統，智能工廠通過實現人與機器之間的協調合作，采用更加智能的生產設備和生產系統，實現工廠生產流程的智能化、智慧化。簡單理解就是能夠隨時幫助企業對生產KPI進行動態調整，既能最大化產出，同時又能夠兼顧效益。作為實現工業4.0和工業互聯網的重要載體，智能工廠通過全方位建立網絡化分布式生產格局和智慧型信息指揮系統，完成交互式生產的全過程。智能工廠以其強大的自我決策能力（包含研判、決策等多個過程）、具象化的模擬展示功能，在生產、維護以及性能擴展等多個方向實現了人機交互，可以說智能工廠就是未來[1]。

2 智能工廠的具體建設標準及在化工行業中的具體應用

智能工廠的建設涉及企業生產的方方面面，具體來說，完成智能工廠的建設需要從以下幾個方面的來考量。

①在產品設計階段，要做到從設計方法到設計手段的數字模擬化、產品模型化和關鍵指標的量化，優化產品設計，從源頭提高產品競爭力。②在投產之前，要全鏈條實現數字化模擬，并能夠智慧反饋、修正，實現智能化生產與監管。③具有龐大的數據儲存功能，用大數據、云計算的手段建立科學算法，實時提升生產效率，提高產品質量。④生產過程要做到可回源、可追溯，每一件產品自帶“DNA”，提高生產及檢測的精確度。⑤智慧化安排生產與物流，確保產能得到最大程度發揮。⑥實現彈性生產，根據機器看得懂的“視覺系統”，結合現有的工藝路線數據庫，實現智慧化和結構化生產。⑦做到1+1+1>3的系統集成，即把產品的生命周期管理、企業的要素計劃系統以及制造執行管理系統進行有機整合，并最終形成合力。⑧各項新技術的應用，包括VR操作、可視化模擬、3D打印等。比如目前在一些工廠開始推廣的Google眼鏡，在幫助工人對一些特殊儀器進行操作時有很好的輔助。⑨做到“零紙生產”，并將設備的績效水平提升至百分之八十以上。⑩通過各個節點的傳感器傳輸數據，全方位采集并呈現實時生產動態，為智能決策和人工修正做好準備。?機器人的運用將是大規模、集群化，并不局限于個別點位和關鍵環節，將機器人作為整個系統的一部分。?大力推進物聯網的應用，不僅僅體現在設計、生產的智慧化，更重要的是加大對后期生產設備的維護、生產產品的追溯上，做到實時觀測、實時傳輸、實時反饋。

以上關于智能工廠設計、建設的種種標準在化工行業都能找到“影子”，簡單舉個例子，通過智慧物流的數據傳輸至工廠，彈性安排生產能力，目前在化工行業已經得到了普遍運用；還有提升設備績效、大規模運用機器人生產，這都是在提高化工行業生產安全性和可靠性上做文章；數據存儲和生產過程的可追溯也是作為化工企業一直以來追求的目標。

3 現階段的世界各國的智能工廠建設實踐

在世界制造業升級熱潮中，包括工業互聯網、3D打印、大數據在內的諸多新興技術應用風起云涌，而把這些新技術應用結合的一個典型就是智能工廠的建設。舉幾個世界著名企業的例子：德國西門子公司安貝格工廠通過智能控制實現了跨品種的混線量產；發那克機電公司通過建立全自動化、智能化的物料堆疊、傳遞系統，創造了行業內720小時自動化生產新紀錄；美國戴維森公司通過大力推廣以傳感器和機器人為核心的結構單元，實現智慧化、批量化生產；世界重型卡車生產商“男人”公司通過構建全方位的廠區物流體系，智慧化調整線路，建設“配件超市”，生產效率大幅提升；日本著名企業三菱公司旗下名古屋電機制造通過使用人機交互的新型智慧化生產線，從傳統的半自動化、自動化生產過渡到智能生產，實現了企業的飛躍[2]。

世界范圍的變革也在催促著進一步加快制造業升級，這對于當前的中國具有更為緊迫的現實意義。第一個重要的原因在社會層面，就是當前全社會的工人勞動成本飛速上升、結構性的產能過剩、行業間同質競爭愈演愈烈、單體用戶需求多樣化等等因素，這些因素都在推動傳統企業要從簡單的產品力競爭走向全方位差異化競爭。第二個原因在產業層面，當前很多制造業面臨著用人難，特別是專業技能人才的缺口尤其龐大，企業往往面對著減員提效和擴大產能的雙重矛盾，這也從反面印證了建設智能工廠的急迫性。第三個原因則是技術層面，隨著產業機器人、工業互聯網、視覺機器等高新技術的日漸成熟，智能工廠建設的客觀技術條件也已經具備，這些都使得我國制造業企業，特別是大型龍頭企業建設智能工廠的動力非常充足。同時，在大型企業中，特別是化工企業中我國的國有企業占據了大半壁江山，國有企業自身的資金和技術實力強勁，企業底蘊深厚，加上國家政策的引導，比起國外私人企業天然地具有更長遠的生產力發展自覺，這就使得我國的智能工廠更有發展空間。

目前我國一些智能工廠的建造主要集中在諸如白色家電、交通制造、食品藥品、機械制造、家居建材等科技、資金和技術密集型行業，這些行業企業，特別是龍頭企業對生產線自動化、智能化改造的需求十分強烈，一些行業領頭羊已經開始品嘗第一口螃蟹。海爾集團是我國著名家電品牌，公司旗下的佛山洗衣機生產基地目前已經采用高調度性的自動生產系統，廣泛使用高精度機器人，配合使用全流程訂單管理，并通過大數據、云計算系統實現全程回溯，做到了人機實時交互；東莞的勁勝公司是一家專業生產手機殼的市場細分龍頭企業，企業全面使用國產工業生產軟件、國產生產線等，通過先進智能系統，企業一拿到新機模型就能夠通過數字建模完整映射出手機殼設計，建立了在該細分領域的領先地位[3]。

4 現階段國有化工企業建設智能工廠的主要問題和認知誤區

4.1 單純依靠技術，沖動型購置智能化生產設備和生產線，沒有考慮企業實際運行情況

不僅僅在化工行業，大量制造業企業簡單地認為推進智能工廠建設就是把原有生產線進行改造，做到自動化和機器人化就行了，一味追求“無人化”生產，強行推進機器換人工，甚至有的企業只注重提升硬件設備，連基本的配套軟件都不愿采購，致使建設的智能工廠成了擺設，絲毫未能發揮應有作用。

4.2 沒有實現數據采集、數據傳輸和數據應用

智能工廠建設一個很重要的方面就是建設工業互聯網，推進信息化系統完善，而傳統化工企業在購置相應的裝備時沒有應用數據、應用工業互聯網的意識。一是沒有提早留有數據接口，二是沒有配套的數據網絡，三是沒有建成相應的數據平臺。實際上，國際上一些制造業巨頭在建設自己的智能化工廠時都建設有完整的數據傳輸協議，甚至有的還有專門的數據平臺。

4.3 智能工廠建設仍然存在“數據黑箱”

化工企業在建設過程中，即便有了建設“數據庫”的意識，但缺乏整體思維和系統性思維，在一些關鍵節點和控制性工程上缺少數據控制。這就導致很難形成系統的數據資源，一些后續的設備維護、升級也很難跟上，一旦出現問題，便難以妥善解決，極大地增加了運營成本和運營難度。

4.4 關鍵節點、重要環節的自動化和信息化水平有待提高

智能工廠的建設涉及的環節很多，比如自動化控制系統、數據傳感器、工業互聯軟件等等領域，想一整套全部盤下來還是存在不小的難度。很多企業受限于自身的規模和資金實力，往往很難全盤自己掌握，外包又害怕商業機密的泄露，導致在一些關鍵環節上不敢全盤接受智能化，使得智能工廠的建設大打折扣。

5 建設智能工廠的未來方向

毫無疑問，建設智能工廠的前途是光明的，特別是對國有化工企業來說具有很強的現實意義。關于智能工廠建設的總體原則，一是要明確目標。它是一種事物內在發展的原生動力，當企業成長到一定規模，必然的一種需求，它不是“面子工廠”。二是要尊重客觀規律。每一個企業、每一個行業都有它的特殊性，作為一個在行業內打拼很久的企業應當有很深刻的認知，這就要求在建設智能工廠的時候要緊緊貼合實際，立足企業所在的市場地位，去匹配自己的需要。三是要樹立數據意識、技術意識、專利意識。很多企業在建設智能工廠的時候，仍然只注重自己本行業產品的生產，沒有把智能工廠出產的數據、信息、技術、專利等等納入企業財富的管理系統中，這往往是短視的表現。實際上，隨著智能技術的應用和普及，數據、技術、信息、專利這些才是企業最大的財富。

5.1 標準化建設面向未來的智能化工廠

標準化建設是任何一個行業做大做強的必由之路，標準化做不好是很難行穩致遠的，對于國有化工企業來說更是如此（化工企業涉及安全、度量、質檢等多方面標準）。比如作業標準要是不統一，就會造成行業內產品良莠不齊，消費者信心喪失；設備管理的標準如果不統一，那么設備之間通訊就存在極大困難，工業互聯網就是一句空話；工廠管理的標準如果不統一，上下級之間、平級之間溝通不暢，廠內管理就會出問題；而如果質量標準不統一，行業問題就會更大。為此，在化工企業建設智能化工廠的過程中，首要的就是樹立牢固的標準化意識，多向世界先進企業、行業頭部企業學習，向國家有關主管部門咨詢。比較重要的一些規范和技術標準是一定要掌握的，簡單列舉：生產全流程規范、設備檢修規范、智能化廠房驗收標準等等規范，技術標準包括信息化廠房建設標準、信息中心數據中心建設標準、數據通信協議等等。

5.2 全面加強智能化、智慧化單元建設

現階段，智能化、智慧化單元的建設在我國國有企業中還處于摸索階段，但毫無疑義，它會成為將來建設智能化、智慧化廠房的基礎、重要模塊。作為行業重要或者頭部企業在建設智能化廠房的時候要把智慧化單元建設放在更加突出和重要的位置上，這是將來參與標準化制定和增加市場議價權的重要依據。

5.3 人機交互比簡單使用機器人更加重要

很多國有企業在建設智能化工廠的過程中產生誤區，簡單地把有多么節省人力和多大程度上運用機器人作為一個“賣弄點”，實際上這是非常不科學的。智能化應當是在控制合理成本的基礎上，最大程度的提高產出，追求的應當是企業的整體效益。比如一些崗位雖然看上去只是簡單的機械維護，似乎是可有可無，但實際上長期看來這種崗位的設置是有多重意義的。它既可以維持機器必要的運轉，也能夠及時掌握傳輸的各項數據，更重要的是能夠在“人機交互”的基礎上實現信息的最大化利用，而這也恰恰是未來智能化工廠存在的最大意義。在這一點上看來，人機交互的意義遠大于簡單使用機器人的意義，畢竟未來是數據和信息的世界[4]。

6 結束語

總而言之，隨著市場競爭日益激烈，國有化工企業持續發展必須大力建設信息化系統，推進智能工廠建設，以完善工廠對員工的管理體系，實現控制系統的提升，提升資源利用效率，提高化工行業安全生產水平。智能工廠是實現化工企業智能化、數字化發展的必要手段，智能工廠建設貫通工業生產的所有重要流程，推動企業獲得競爭新優勢，實現企業競爭力的整體提升。