在“新基建、工業互聯網、人工智能、大數據”等新興技術熱潮的推動下，各行業制造企業都在積極探索智能制造的應用以及智能工廠的建設。智能工廠是以設計、制造、管理為中心的數字化制造，利用定制開發軟件[1]，能夠完整表達圍繞產品設計、技術支持、生產制造以及原材料供應、銷售和市場相關的所有環節的活動。實時數據、實時指令下達來指導這些活動，全面優化在三個維度之間互動。
在智能工廠中，借助于各種生產管理工具、軟件、系統和智能設備，打通企業從設計、生產、銷售、維護的各個環節[1]，實現產品仿真設計、生產自動排程、信息上傳下達、生產過程監控、質量在線監測、物料自動配送等智能化生產。
一、智能工廠的概述
智能工廠是在數字化工廠的基礎上，利用物聯網技術和監控技術加強信息管理服務，通過合理計劃排程，提高生產過程可控性、減少生產環節的人工干預，構建高效、節能、綠色、環保、舒適的人性化工廠。
智能工廠系統架構
具體來說，智能工廠的特征主要有以下幾點：
1.信息化
自動化、數字化、可視化、集成化、精細化以及模塊化[1]。
2.智能化
通過先進設備以及傳感器的應用，實現系統的自我感知、學習和維護功能，加快信息數據的分析和處理[2]，保證生產的有序進行。
3.預測性
利用智能系統中的自我預測和感知能力，能夠及時了解運行中存在的故障問題[3]，并在第一時間內進行故障報警，降低故障威脅。
4.協同性
通過云平臺的建立和應用實現企業之間的相互連接，做到信息數據的共享和快速傳遞[3]。
二、智能工廠的關鍵技術
1.人工智能
人工智能是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應[4]，該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。
人工智能是對人的意識、思維的信息過程的模擬，不是人的智能，但能像人那樣思考、也可能超過人的智能。
2.智能化控制技術
智能化控制技術包括：自動控制技術、傳感器檢測技術、程控技術、遙控技術等，核心就是控制。例如通過對機器人的控制技術，由機器人執行取代或是協助人類的工作，例如制造業、建筑業或是危險的工作。機器人是高級整合控制論、機械電子、計算機、材料和仿生學的產物[5]。
機器人工作站
3.大數據和云計算
大數據指無法在一定時間范圍內用常規軟件工具進行捕捉、管理和處理的數據集合，是需要新處理模式才能具有更強的決策力[6]、洞察發現力和流程優化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產。
云計算是基于互聯網相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。
云計算將計算資源作為服務支撐大數據的挖掘，而大數據的發展趨勢是對實時交互的海量數據查詢、分析提供了各自需要的價值信息[7]；大數據挖掘處理需要云計算作為平臺，而大數據涵蓋的價值和規律則能夠使云計算更好的與行業應用結合并發揮更大的作用；大數據的信息隱私保護是云計算大數據快速發展和運用的重要前提，而云計算與大數據相結合將可能成為人類認識事物的新的工具，兩者相輔相成。
三、智能工廠在智能制造企業的實踐應用
下面以東杰智能科技集團股份有限公司 “中北工業園智能工廠項目”為例進行闡述。
設計圖到加工中心的工作流程
該項目在ERP的基礎上，進一步搭建了SCM、WMS、MES、QMS等信息管理系統。從管理更新、利益分配、安全責任、技術支撐、理論研究等角度進行統一規劃，消除信息孤島現象；同時通過建設的企業數據倉庫，對轉入數據倉庫中的歷史數據進行實時統計分析、數據挖掘，對業務做出更深入、更優化的決策。
1.制造加工硬件采用智能化、數控類先進設備
本項目加工設備配置為機器人自動焊接生產線、智能化鋼構聯合生產線、邊梁自動切割焊接碼垛工作站、數控液壓沖孔機、自動碼垛機器人、自動粉末涂裝線、數控激光切割機、數控板料剪板折彎機、數控鉆銑床、數控沖床、數控冷彎成型線等自動化先進設備；通過 “智慧平臺”統一調度管理，各設備之間既相對獨立，又信息互通，形成系統間的有機配合，協同工作。
數控加工設備
2.智慧物流管控平臺
項目采用SCM(供應鏈管理)、WMS(倉儲管理)平臺，利用AGV和智能化立體倉儲系統進行物品的智能搬運和儲存，完成了對供應商發貨、廠內周轉、物品儲存及客戶發貨等環節的管理。
物品搬運AGV
其中SCM利用大數據處理技術實時進行數據采集，完成對供應商、廠區和客戶等多環節的物流過程管控；利用AGV小車實現無人化物料領用、半成品自動周轉、成品自動入庫等流程；利用WMS通過智能倉儲作業系統，實現對進貨管理、出貨管理、庫內管理、系統管理等功能的管控；通過條碼、PDA等設備的使用，提高數據流轉的準確性、及時性；通過儲位的基礎數據導入，搭建倉庫貨位的一一對應，做到實物流與數據流保持一致，實現倉庫的精益化管理[8]。
智能化倉儲系統
3.生產管理系統的應用
項目采用MES系統建設，實現了制造過程中人、機、料等相關生產資源的管理。通過對BOM單的自動生成、原材料及輔料的領用、半成品與線邊倉的管理、成品的投入產出情況等指標的監控與分析，確保制造資源及時到位、高效流轉、降損再造等。項目通過在零部件上配置條形碼、在生產線關鍵部位安裝條碼標簽和產品內設置標識碼等多種識別技術的綜合運用，實現了生產過程中產品的實時跟蹤，多種規格產品的同時在線生產，不僅滿足大批量產品生產需要，又能隨時插入小批量定單，也為實現產品質量全生命周期追溯提供了技術保障。
生產執行跟蹤系統
項目MES系統可通過對生產計劃執行過程的實時監控以及對執行結果的管理決策，讓各層級管理人員隨時了解生產動態，包括出勤情況、計劃生產進度、計劃完成率及效率等，實現生產異常在線分析和閉環跟進，優化數據提取及分析模式，減負賦能，提前管理。
4.QMS質量管理體系
本項目建設的QMS（質量管理體系）采用條碼自動識別技術、序列號管理方法，有效收集產品或物料在生產和物流作業環節的相關信息數據，跟蹤其生命周期中流轉運動的全過程，使企業實現對采、銷、生產中物資的追蹤監控、產品質量追溯、銷售竄貨追蹤等目標，建立更完整，更精確的產品質量追溯系統。同時在生產線各個環節設立多個數據采集點，實現對生產過程數據全面采集，并上傳到實時數據中心；通過對實時生產數據進行分析，及時對產品質量問題發出預警，預防嚴重質量問題的發生。
四、展望
東杰智能“中北工業園智能工廠”項目的建設和實施，有效提升了公司在制造環節的智能化、信息化管理水平，為公司增產提效發揮了重要的作用。隨著新技術、新理念的誕生，智能工廠的應用實踐遠不止于此，智能工廠也將在新時代有新的表現形式。智能制造必須以全局的視角來認識，它不僅是技術的轉型升級，更是企業戰略轉型需求下的核心之一。
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