什么是智能工厂.docx
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什么是智能工厂
什么是智能工厂
智能工厂、数字化工厂与智能制造
不可无视的是，往往很多企业在提及这些概念时，容易将这些概念混为一谈，数字化工厂、智能工厂以及智能制造之间到底是否可以互相替换，这些概念之间是否存在区别？
1、数字化工厂
对于数字化工厂，德国工程师协会的定义是：
数字化工厂〔DF〕是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络，包含仿真和3D/虚拟现实可视化，通过连续的没有中断的数据管理集成在一起。
数字化工厂集成了产品、过程和工厂模型数据库，通过先进的可视化、仿真和文档管理，以提高产品的质量和生产过程所涉及的质量和动态性能：
在国内，对于数字化工厂接受度最高的定义是：
数字化工厂是在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。
是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。
从定义中可以得出一个结论，数字化工厂的本质是实现信息的集成。
2、智能工厂
智能工厂是在数字化工厂的根底上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理效劳，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理方案排程。
同时，集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。
智能工厂已经具有了自主能力，可采集、分析、判断、规划；通过整体可视技术进行推理预测，利用仿真及多媒体技术，将实境扩增展示设计与制造过程。
系统中各组成局部可自行组成最正确系统结构，具备协调、重组及扩充特性。
已系统具备了自我学习、自行维护能力。
因此，智能工厂实现了人与机器的相互协调合作，其本质是人机交互。
3、智能制造
智能工厂是在数字化工厂根底上的升级版，但是与智能制造还有很大差距。
智能制造系统在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。
通过人与智能机器的合作，去扩大、延伸和局部地取代技术专家在制造过程中的脑力劳动。
它把制造自动化扩展到柔性化、智能化和高度集成化。
智能制造系统不只是“人工智能系统，而是人机一体化智能系统，是混合智能。
系统可独立承当分析、判断、决策等任务，突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能机器配合下，更好发挥人的潜能。
机器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。
本质是人机一体化。
那么如何实现设计制造一体化、管控一体化呢？
1、首先设备或者仪表等传感器要能够自组织、自学习、自维护的感知能力，理解环境信息和自身信息，并进行分析和判断来规划自身的行为和能力。
能够跟随环境的变化自己做出决策来调整行动，有较强有力的支持度和记忆支持的模型为根底。
2、工业互联网实现互联互通、实时控制，进而实现平安、节能将是智能工厂的核心技术。
具体而言通过网络获取大数据的应用，开发、销售、ERP、PLM、SCM等业务管理系统与实际生产过程之间的协同等。
通过设备间的互联，提高设备间的相互协同能力，从而使生产模块间的搭配方式更灵活、更自由；
3、利用机器视觉，人工智能等技术，使机器人与设备具备更加智能化的功能；通过信息化技术与自动化技术的结合，构建深度整合的数字化工厂；
智能工厂中不仅仅是智能系统、智能模型这么简单，而是把传统的工厂附加上形象思维，让他独立承当起分析、判断、决策的任务，在智能机器的配合下能够更好的发挥出人的潜力，使人机之间表现出一种平等共事、互相理解、互相协作的关系。
因此，在智能制造系统当中，高素质、高智能的人将发挥更好的作用。
人工智能那么承当起了能够帮助厂区分析、判断、决策的任务，机器智能和人的智能能真正的集成在一起，相互配合、相得益彰。
4、实现虚拟现实技术也是实现高水平的人机一体化的关键技术之一，虚拟现实技术是以计算机为根底，融合信号处理、动画技术、智能推理、预测、仿真多媒体技术为一体，借助多种音像和传感器，虚拟展示现实生活当中各种过程、部件，因而能够模拟制造过程和未来的产品。
从感官和视觉上给人获得完全如真实的感受，它的特点是可以按照人的意志、意念来变化，这种人机结合的新一代的智能界面是智能制造的显着特征。
总结现代智能工厂有四大关键点：
一是要连接所有网络以拿到数据。
二是要有智能传感器。
三是大数据，将所有设备、所有人连接后，所有数据都大批量传送到智能终端上。
四是分析，得到数据后从中抓取出应用趋势来，提高设备状态的检测和预测水平。
要形成高速传输、大数据，保证实时性、平安性和节能就变得十分关键。
因此工业互联网是承载人工智能的技术平台、大数据那么成为人工智能的生产要素。
走进三一重工18号厂房
三一18号厂房是亚洲最大的智能化制造车间，有混凝土机械、路面机械、港口机械等多条装配线，是三一重工总装车间。
2021年开始筹建，2021年全面投产，总面积约十万平方米。
三一重工总装车间分为装配区、高精机加区、结构件区、立库区、展示厅、景观区六大功能区域；主要生产泵车、拖泵、车载泵和平地机、压路机、摊铺机、正面吊等产品。
厂房规划全面应用数字化工厂仿真技术进行方案设计与验证，此举大大提高了规划的科学性，及布局的合理性。
1、智能加工中心与生产线
三一重工在上海临港产业园建成全球最大最先进的挖掘机生产基地，焊接机器人大规模投入使用，使得三一挖掘机的使用寿命大约翻了两番，售后问题下降了四分之三。
目前，三一重工已经完成车间机加设备的研发采购与安装调试。
▲智能加工中心与生产线
2、智能化立体仓库和物流运输系统
三一智能化立体仓库由华中科大与三一联合研制，总投资6000多万元,分南北两个库，由地下自动输送设备连成一个整体，总占地面积9000平方米，仓库容量大概是16000个货位。
这个库区有几千种物料，能支持每月数千台产品的生产量。
▲自动配送物料的AGV小车
3、智能化生产执行过程控制
三一集团制造执行系统，它充分利用信息化技术，从生产方案下达、物料配送、生产节拍、完工确认、标准作业指导、质量管理、关重件条码采集等多个维度进行管控，并通过网络实时将现场信息及时准确地传到达生产管理者与决策者。
▲高度智能化的生产车间
4、智能化生产控制中心
采用了Andon系统之后，一旦发生问题，操作员可以在工作站拉一下绳索或者按一下按钮，触发相应的声音和点亮相应的指示灯，提示监督人员立即找出发生故障的地方以及故障的原因，可以减少停工时间同时又提高了生产效率。
智能工厂的智能化基因
在智能工厂里，人、机器和资源如同在一个社交网络里自然地相互沟通协作，生产出来的智能产品能够理解自己被制造的细节以及将如何使用，能够答复〞哪组参数被用来处理我“、〞我应该被传送到哪里“等问题。
同时，智能辅助系统将从执行例行任务中解放出来，使他们能够专注于创新；灵活的工作组织能够帮助工人把生活和工作实现更好地结合，个体顾客的需求将得到满足。
1、三元战略
美国与德国的工业开展战略核心均为CPS〔Cyber-PhysicalSystem〕系统，是典型的二元战略。
美国是C（Cyber，包括：
数字、信息、网络等虚拟世界）+P（Physical，包括机器、设备、设施等实体世界），德国是P+C，两国均是基于高素质劳动者、国家人力匮乏、企业高协同化、高法制化的根底之上而提出的战略！
▲三元战略
而中国装备水平较美国和德国有一定差距，数据采集分析决策能力也有局限，但中国具有人力资源优势，所以应该充分挖掘人的作用。
因此，中国制造企业推进工业开展不能完全照搬兴旺国家的二元战略，更宜采用CPPS〔Cyber-Person-PhysicalSystem〕人机网三元战略，充分表达人的能动作用。
2、六维智能
所谓“六维智能理论〞，就是在设备联网+远程数据采集的根底上，实现智能化的生产过程管理与控制，从6个方面打造适合中国国情的智能工厂，这6个方面包括：
▲六维智能
智能方案排产，是从方案源头上集成ERP，进行APS高级排产。
智能生产协同，从生产准备过程上，实现物料、刀具、工装、工艺的并行协同准备。
智能的设备互联互通，是CPS信息物理系统的典型表达，实现数字化生产设备的分布式网络化通讯、程序集中管理、设备状态的实时监控等。
智能资源管理，包括对物料、设备、刀具、量具、夹具等生产资源进行精益化管理、库存智能预警等。
智能质量过程管控，是对影响产品质量的生产工艺参数进行实时采集、控制，确保产品质量。
智能决策支持，是基于大数据分析的决策支持，形成管理的闭环，以实现数字化、网络化、智能化的高效生产模式。
智能工厂核心架构
工业4.0是什么？
每个人站在不同的角度会有不同的理解，是互联、集成（纵向、横向、端到端）、数据、创新、效劳、转型或是CPS、是智能工厂、是智能制造亦或是国家战略、企业目标。
工业4.0核心内容就是建一个网络、三项集成、大数据分析、八项方案和研究两个主题。
1、建一个网络〔CPS〕
CPS让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能，从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合，将网络空间的高级计算能力有效的运用于现实世界中，从而在生产制造过程中，与设计、开发、生产有关的所有数据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。
2、三个集成
工业4.0中的三项集成包括：
横向集成、纵向集成与端对端的集成。
▲
工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器以及效劳与效劳之间能够互联，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成，集成是实现工业4.0的重点也是难点。
3、数据处理：
大数据分析
随着信息物理系统的推广，智能装备和终端的普及以及各种各样传感器的使用，将会带来无所不在的感知和无所不在的连接，所有的生产装备、感知设备、联网终端，包括生产者本身都在源源不断地产生数据，这些数据将会渗透到企业运营、价值链乃至产品的整个生命周期，是工业4.0和制造革命的基石。
总体来说，工业4.0关注的企业数据分为四类：
产品相关的数据，俗称企业主数据；
运营数据，一般称为交易数据
整个价值链上的数据，如供给商、分销商、客户等数据，也是属于企业主数据管理的范畴
对企业经营分析有价值的外部数据。
传统制造业缺陷
1、资源组合不佳
多工序段的结构，容易造成物流断点，搬运、停工、等待、堆码、清点、寻找等。
采用批量生产，导致批量在制品按序转移，后工序经常处在等待。
由于批量生产，工序速度不一样，投料过早，物料不配套，方案变动，品质缺陷，大量在制品资源积压。
过多的工序段的结构，造成信息流断点，工序段的壁垒，有的工序等待，而有的工序冒进。
2、产能过剩和缺乏
生产线规模较大，生产线能力的增减不灵活，跟不上市场订单的变化，有时产能缺乏，有时产能过剩。
3、工序生产节拍差异
由于工序过多，虽然工序之间的差异较小，但是，会导致工序节拍累计差异就大，不同的工序的工作量和加工难度分布不同。
轮番成批上线时，各工序的产能很难适应。
导致节拍失衡。
4、生产线的切换难度
因为生产线规模较大，切换线较难。
物流，信息流，工艺顺序环环相扣，牵涉面太广，消耗太大。
5、搬运时间过长
目前大局部的工厂布局，都是工序段，所以物料的移动需要大量的搬运。
6、冗员过多，配置不灵活
庞大的职能机构，文员统计，物料交接，信息沟通，部门协调，减弱了市场的应变能力。
7、采购意识落后
传统的采购方式是按销售订单的需求或是批量经济采购，而不是按造生产消耗的速率采购。
8、生产管理薄弱
生产方案管理周期太长，投料不精细，作业动作不科学，文档传递繁琐。
2021-2021年中国智能制造行业深度调研及投资前景预测报告
“第四次工业革命〞的序幕早已拉开，以“〞为标志的新一轮产业革命已经到来，制造业将成为国家经济竞争力的关键所在。
中国制造业规模全球领先，增加值和产品出口占全球的比重均居世界第一，目前已经建成了门类齐全、独立完整的体系。
我们比以往任何时候都更加接近科技和产业前沿，雄厚的制造业根底和较强的自主创新能力，为制造强国建设奠定了坚实根底。
“中国制造〞已经站在新的历史起点。
随着人口红利逐渐消失、知识红利日益凸显，中国制造业转型升级已成为大势所趋。
2021年5月公布的?
中国制造2025?
是我国制造业未来十年行动纲领的，明确提出把智能制造作为两化深度融合的主攻方向，其核心是加快推进制造业创新开展、提质增效，实现从制造大国向制造强国转变。
智能制造产业链蕴藏巨大的投资时机。
智能制造技术包括自动化、信息化、互联网和制造成型四个层次，产业链涵盖机器人及系统集成〔工业机器人、效劳机器人、机器人零部件其他自动化装备〕、高端数控机床、工业互联网〔工业视觉、智能传感器、RFID、工业以太网〕、工业软件及数据处理系统〔ERP/MES/DCS等〕、增材制造装备〔3D打印〕等。
“十三五〞期间，中国智能制造产业在政策扶持、技术进步、产业升级等多重利好因素的有力推动下，将迎来历史性开展机遇。
中投参谋发布的?
2021-2021年中国智能制造行业深度调研及投资前景预测报告?
共十四章。
首先介绍了智能制造的概念界定、产业链结构，并分析了智能制造行业的开展环境。
接着，报告详细剖析了智能制造行业的整体开展和产业集群状况，然后具体分析了智能装备、智能产品、智能效劳等重点领域及智能制造产业链上下游的开展；随后，报告分析了智能制造产业模式的变革方向，并分析了重点智能制造企业的经营状况。
最后，报告重点分析了智能制造行业的投资机遇及风险，并对其未来开展前景做出了科学的预测。
本研究报告数据主要来自于国家统计局、工信部、商务部、国家海关总署、中投参谋产业研究中心、中投参谋市场调查中心、以及国内外重点刊物等渠道，数据权威、详实、丰富，同时通过专业的分析预测模型，对行业核心开展指标进行科学地预测。
您或贵单位假设想对智能制造行业有个系统深入的了解、或者想投资智能制造相关行业，本报告将是您不可或缺的重要参考工具。
一、智能制造行业运行特征
二、中国智能制造转型升级路径
三、地方政府积极布局智能制造
四、2021年智能制造试点工程分布
五、智能装备产业开展态势良好
六、移动智能终端多维度开展
七、“互联网+〞推动制造业效劳化
八、智能制造产业链结构分析
九、中国智能制造产业投资机遇
一、智能制造行业运行特征
1、制造强国战略出台并实施，各级地方政府积极推进地区规划政策落实
我国制造业步入新常态下的攻坚阶段，制造强国战略开始推进实施。
经过多年迅猛开展，我国已稳居世界制造业第一大国，对全球制造业的影响力不断提升。
但随着全球经济结构深度调整，我国制造业面临“前后夹击〞的双重挑战。
从国内来看，经济开展正处于增速换档和结构调整阵痛的关键节点，制造业潜在增长率趋于下降。
总体来看，我国经济开展已进入以中高速、优结构、多挑战、新动力为特征的新常态阶段。
5月8日，国务院出台制造强国中长期开展战略规划?
中国制造2025?
，全面部署推进制造强国战略实施，坚持创新驱动、智能转型、强化根底、绿色开展，加快从制造大国转向制造强国。
以?
中国制造2025?
为总纲，各地方陆续出台智能制造领域的扶持政策。
在?
中国制造2025?
这一国家战略的指导下，各级地方政府因地制宜，陆续出台相关行动方案，全面对接?
中国制造2025?
。
江苏、广东、福建、四川、安徽等省份借助?
中国制造2025?
战略支点，分别出台了?
<中国制造2025>江苏行动纲要?
、?
广东省智能制造开展规划（2021~2025）?
、?
福建省实施<中国制造2025>行动方案?
、?
<中国制造2025>四川行动方案?
、?
中国制造2025安徽篇?
等政策，以抢占未来产业竞争制高点，加快制造强省的建设步伐。
佛山、南京等在国家制造强国战略以及省级行动方案的指导下，进一步分析产业特色，陆续制定与?
中国制造2025?
相衔接的制造业开展方案，找准转型升级根底，引领制造业向中高端迈进。
2、随着互联网技术及理念加快渗透，制造企业着手推动商业模式、组织方式等多方位转型
以互联网为核心的新一代信息技术加快推广普及，推动企业组织流程、商业模式创新。
一是互联网技术激发了用户被搁置的多样化个性化需求，企业传统商业模式、组织架构难以维系，需要以用户为导向、以需求为核心进行组织形式和经营策略变革。
二是网络化、扁平化、同步快速的信息传递方式将促进市场参与主体搜索、获取、分享、沟通信息的效率提高和本钱降低，充分发挥其自主经营、决策、分配等权利。
三是互联网具有开放性和快速迭代的特点，在其加速渗透的过程中，企业趋向于在短时间内以开放、合作、共享的创新模式，整合内外部资源，促进用户深度参与、产业链上下游企业高度协同，缩短产品研发周期，增强企业对市场的快速反响能力。
为了顺应互联网时代开展需要，传统制造企业开始着手推动商业模式、组织形式等变革。
在商业模式变革方面，海尔、美的等传统家电制造企业积极改变行业传统的以出售硬件终端赚取本钱差价的商业模式，通过构建智能云平台，发挥数据、交互、效劳等方面的优势而获得收益。
新时达、武汉奋进等企业开始积极探索工业机器人领域效劳模式的创新，以将工业机器人的相关效劳成为一种独立的商品形态。
在组织形态创新方面，海尔、华为、美的等企业已率先通过建立开放型小微经营体、协同化自决策机制股权鼓励型合伙制等方式，推进企业组织模式去中心化变革，以充分调动各类参与主体的积极性和创造性，加快深度合作和迭代式创新，以迎接互联网时代的挑战。
3、面对智能制造开展的迫切需求及市场空间，国内各领域企业纷纷进军系统解决方案领域
国内智能制造改造需求迫切，系统解决方案市场需求广阔。
一是随着国内劳动力人口逐渐减少以及劳动力本钱的逐渐上升，企业迫切需要实施机器换人战略，就工业机器人来看，2021年国内工业机器人销售同比增长了56%。
二是互联网时代，用户需求日趋多样化、定制化，企业订单呈现出小型化、碎片化的开展趋势，引进与应用智能制造系统解决方案已经成为企业满足新时代开展需要的重要着力点。
硬件—中间件—软件的一体化综合解决方案提供商明匠智能，营业收入呈逐年大幅提升趋势，2021年营业收入仅为1412万元，2021年到达4034万元，同比增长185.7%。
国内各领域企业纷纷投身行业系统解决方案领域，以提升智能制造平安可控程度。
如沈阳新松机器人依托装配型搬运机器人领域的优势，为用户提供智能化立体仓库建设方案；鼎捷软件凭借多年ERP效劳经验，将管理软件与物联网硬件融合，为大型或超大型企业提供系统解决方案；汽车行业零部件研发制造商无锡贝斯特已经能够向市场提供汽车行业智能工厂建设系统解决方案等；深圳雷柏科技从2021年起将自身成熟的智能工厂解决方案作为独立业务对外提供，已在、导航仪、遥控器等领域开展数十家客户；阿里通过线下工厂数据化、工厂产能商品化的模式，从提供电子商务交易平台演进为提供用户深度参与、供给链高度协同、迭代式创新的制造智能化、柔性化、定制化解决方案。
二、中国智能制造转型升级路径
产业优化升级是近年来工业开展的重中之重，目前我国工业结构调整优化已取得积极进展，技术改造工作得到更大重视，高档数控机床、工业机器人等新兴产业开展势头良好，市场倒逼过剩产能退出的机制加速形成。
从整个工业运行情况来看，出现了“三个分化〞。
这种内局部化不是坏事，意味着新的增长动力在形成。
一是行业出现分化，有些传统产业比拟困难，一些新兴产业增长较好；二是企业出现分化，有比拟困难的企业，也有开展比拟好的企业；三是区域、地区出现分化，有些地区特别是转型升级行动早的地区出现了好的开展势头。
1、迈向价值链高端
在贵州黄帝车辆净化器的车间，一辆卡车突突地排放着黑色的尾气，呛鼻的味道扑面而来。
等到工作人员把一套净化器安装上之后，之前黑色的尾气神奇般地变成了白色。
经过净化器处理后，尾气的主要成分是二氧化碳和水，对环境根本无害。
这项自主知识产权是目前国际上最为先进的重结晶碳化硅颗粒过滤技术，过滤效率达99%。
目前，贵州黄帝车辆净化器正在进行年产500万升过滤器扩能升级，要打造全球最大的柴油机后处理装置全产业链集群。
我国制造业的增加值率偏低，仅仅是美国、日本的一半，在价值链提升方面有很大的潜力。
为了推动中国制造业迈向价值链高端，我国出台了?
中国制造2025?
规划，提出瞄准创新驱动、智能转型、强化根底、绿色开展等关键环节，让中国制造跻身世界第一方阵。
其中，智能制造是中国制造升级的主攻方向，也成为各地制造企业提升价值链的突破口。
对此，工信部部长苗圩认为，智能制造包括3个方面，一是研发出一批智能化的产品，比方更加智能的工业机器人；二是生产和管理过程的智能化或信息化，把信息技术用在整个生产经营管理的各个环节，大大提高效率和效益；三是在企业层面建立工业互联网或物联网，实现信息的充分交流和共享。
在广州博创智能装备股份生产车间内，智能注塑机和机械手无缝结合起来。
只见塑料原料在注塑机顶端的搅拌机里翻滚，经过一系列自动加工，一次性生产出8个塑料杯子，机械手再自动把杯子一个个放入包装纸箱，由自动搬运小车运到指定的堆放处。
这种“黑灯工厂〞生产线，能节约人力70%，提高效率30%。
传统注塑工厂人工本钱不断增加，客户对品质要求也在提高，产品交期要不断缩短，产品更新换代更快。
市场的竞争加剧和萎缩，促使生产企业转型升级。
智能制造已成为广东省的重点工作，2021年?
广东省智能制造开展规划〔2021-2025年〕?
出台，目前广东省第一批认定智能制造骨干企业19家，培育企业23家。
同时，支持机器人骨干企业开展，大力开展“机器人应用〞。
自2021年起3年内将组织1950家规模以上工业企业开展机器人应用工程，提高产品质量和劳动生产率。
2、调整优化产品结构
贵州翁福集团有最先进的磷矿开采与加工技术，大大提高了磷矿资源的综合利用，使磷酸盐的生产本钱、综合能耗分别降低了20%和50%以上。
翁福正努力在产品结构上转型升级。
在传统化肥方面，努力开展定制、高端、生态多样化、多梯次肥料产品系列，目前在磷铵添加中微量元素、新型水溶肥等方面已取得显着成效。
在化工产品方面，努力延长产业链，生产高附加值的精细化磷酸盐、碘盐等产品。
即使是普遍困难的行业，也能通过产品结构升级取得开展。
比方，水泥产业整体是负增长，行业出现了非常明显的困难，但是有些做水泥制品的行业开展势头却不错。
同样的情况也出现在特钢行业，生产特钢的一些企业也呈现了比拟好的开展势头。
〞
我国有超大规模市场的优势。
产业的开展主要取决于消费能力的提升以及消费结构的变化。
现在的消费结构呈现出向中高端升级的明显态势，这可以反过来支撑产业的结构升级。
依托市场优势，调整优化产品结构，成为困难行业可借鉴的开展方向。
内蒙古正积极延长资源型产业链，将走出“简单挖煤卖煤〞的困局。
目前方案的4条特高压电力外送通道工程、配套建设电源点及矸石电厂5000万千瓦、新建280亿立方米煤制气等工程，将于2021年陆续投产，2021年前后全部形成生产能力，新增转化煤炭4.4亿吨，就地转化煤炭到达7.6亿吨，煤炭转化率超过50%。
针对局部传统支柱产业创新能力不强、智能化程度不高、节能减排压力较大等问题，广东分别制订了水泥、陶瓷、造纸、制糖等支柱型产业转型升级技术路线和行动方案，将通过提升关键工序和装备的效率、节约资源能源和循环利用、提高产品质量、推进生产管理智能化、提高产业集约化水平等途径，明确产业技术路线，推进产业链改造提升。
3、新兴产业比重提高
升级会员 