智能生产模式：未来智能工厂的概貌与优化技术

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：而传统的制造工厂必须完成向智能工厂的升级改造，才能达到这一生产方式的要求。智能生产模式可以借助PLM软件来优化产品生产流程，这也将促使企业改变原有的生产管理方式，并调整自己的组织结构。这就是未来的智能生产与智能工厂的概貌。随着智能制造体系的进一步完善，PLM甚至会延续到产品报废回收阶段。智能工厂能够自主生产，省略了工厂管理层、研发部门、生产部门开会协调工作的环节。

1.智能生产的定义

所谓智能生产，即指生产过程的智能化。

在智能制造体系中，智能工厂或企业必须完成生产方式由从厂商制造到用户个性化制造的转变。根据用户需求进行制造的智能生产方式将成为一种标准化制造方式，这种方式既可以节省制造成本，又可以减少制造时间，同时还能减少甚至抛弃库存，为制造商和用户带来更多方便。而传统的制造工厂必须完成向智能工厂的升级改造，才能达到这一生产方式的要求。

智能生产模式可以借助PLM软件来优化产品生产流程，这也将促使企业改变原有的生产管理方式，并调整自己的组织结构。

2.智能生产的实现——智能工厂

互联网经济的发展，让全世界兴起了一股虚拟经济与实体经济跨界整合的潮流，这对制造企业提出了更高的要求。

首先，企业必须缩短产品上市的时间。互联网技术的发展，让社会发展节奏不断提速。在这种大环境下，产品迭代速度成为各种企业克敌制胜的法宝，假如研发与生产周期还停留在原有水平，企业就会被产品更快上市的竞争对手甩在身后。

其次，企业必须改变提高生产效率的方式。传统工厂提高生产效率的办法主要是：让工人严格按照经过反复研究的标准化操作规范来作业，并且时不时地加班加点。这种高投入、高能耗的工作方式，已经越来越难以提高工厂的生产效率了。

最后，变幻莫测的个性化市场需求促使生产制造流程必须具有更高的灵活性。随着个性化消费日益成为市场主流，生产大批量、多种类的个性化定制产品将成为制造企业的主要任务。这就要求生产制造流程必须采用智能生产的模式，以适应个性化生产的要求。融合虚拟生产与现实生产的智能工厂，就是被市场需求新形势催生出来的。

智能制造时代的制造工厂将会变得高度智能化，产品、零部件等都将具有智能。智能生产线会根据产品和零部件中事先输入的需求信息，自动调节生产系统的配置，指挥各个机器设备，把千变万化的个性化定制产品制造出来。这就是未来的智能生产与智能工厂的概貌。简单地说，通过底层设备互联互通、大数据决策支持、可视化展现等技术手段，进行生产过程的智能化管理与控制，最终实现全面智能生产的工厂，可以称为智能工厂。从狭义上来看，智能工厂是移动通信网络、数据传感监测、信息交互集成、高级人工智能等智能制造相关技术、产品及系统在工厂层面的具体应用，以期实现生产系统的智能化、网络化、柔性化、绿色化。从广义上来看，智能工厂是以制造为基础、向产业链上下游同步延伸的组织载体，涵盖了产品整个生命周期的智能化作业。

智能工厂的本质是通过人机交互，实现人与机器的协调合作，从而优化生产制造流程的各个环节，具体体现在如下几个方面：

（1）制造现场：使制造过程透明化，敏捷响应制造过程中的各类异常，保证生产有序进行。

（2）生产计划：合理安排生产，减少瓶颈问题，提高整体生产效率。

（3）生产物流：减少物流瓶颈，提高物流配送精确率，减少停工待料问题。

（4）生产质量：更准确地预测质量趋势，更有效地控制质量缺陷。

（5）制造决策：使决策依据更翔实，决策过程更直观，决策结果更合理。

（6）协同管理：解决各环节信息不对称问题，减少沟通成本，支撑协同制造。

建设智能工厂已成为传统制造企业转型升级的主要突破方向，但智能工厂没有统一的概念，也没有统一的衡量标准，因此，如何建设适合我国工业企业的智能工厂，仍是需要在实践中思索和探讨的问题。显而易见，智能工厂的建设，既关系到设备、生产线的智能化，还要打通企业运作的各个环节，是对传统流程、传统管理模式的重大变革。

在智能工厂的生产过程中，传统上“先设计后制造”的生产模式将被完全改变。因为在智能生产线中，产品的设计研发、零部件制作、生产组装等过程，都是在同一个大数据平台上完成的。在制造信息系统或制造平台的流程管理下，这些过程几乎是同步进行，而需要的所有数据和信息都来源于大数据平台。因此，工程师的绘图、设计和经验在智能工厂中将变得不那么重要。

将一切信息数字化的智能生产模式，极大地压缩了产品的研制周期与上市时间，也为之后的产品生产提供了模板和数据。除此以外，这种智能生产模式让工人的工作方式也产生了很大的变化，原本由工人负责完成的工作，如产品零部件装配、产品零器件检测等，都将由智能机器人配合智能生产线来完成。

经过智能生产线的多次装配及质量检测后，加工完毕的成品会被传送到包装工位，再由智能机器人接手，把装好的产品用升降梯与传送带发往企业的物流中心。按照传统的生产流程，完成这一系列任务需要几十甚至上百名工人。而智能生产线上的工人不需要亲自完成上述工序，他们只需监督智能生产线的运行状况。于是，一个人就能实现过去上百人的生产效率，并且保持更优良的产品质量，将操作失误降至最低。这便是智能生产模式与智能工厂的魅力。

智能工厂的运转，离不开创新的软件与强大的硬件，其中最重要的就是PLM软件。PLM包含了最初的方案设计、技术调试、生产规划，以及流水线上的加工组装、外形包装、装箱等环节。产品经过物流配送到最终用户手上时，才算完成了一个周期。随着智能制造体系的进一步完善，PLM甚至会延续到产品报废回收阶段。

3.智能生产的目标

从根本上说，智能制造之所以把智能生产与智能工厂视为核心发展内容，是为了在生产者与最终用户之间建立直接联系。若想实现这个目标，制造业应努力实现如下3个方面的目标。

（1）建立灵活的生产网络。

所谓灵活的生产网络，指的是与先进互联网技术融合的个性化生产体系。美国的“工业互联网”就以此为重点研究对象。传统的C2B（客户到企业）商业模式是先下订单再生产，而物联网发展成熟时，消费者则可以与工厂的智能生产线通过同一个大数据平台直接对接。

例如，在智能制造时代的智能工厂里，消费者可以对汽车、服饰、首饰等产品进行个性化预定。从提出需求开始，智能网络就能随时把生产商的信息交换给最终用户，最终用户也可以借助虚拟可视化等技术，参观智能工厂的“模拟生产”，见证灵活高效的智能生产流程。智能工厂能够自主生产，省略了工厂管理层、研发部门、生产部门开会协调工作的环节。如此一来，消费者就能更快、更廉价地获得自己想要的个性化产品。

（2）实现工业大数据的价值。

工业大数据的运用将为制造业带来巨大的商机。工业大数据的价值主要体现在3个方面：首先，大数据技术能提高工厂的能源利用率；其次，大数据技术让工业设备的维护效率实现了质的突破；最后，大数据可以优化生产流程并简化运营管理方式。

（3）智能机器人与智能生产线得到广泛应用。

智能机器人不仅有精准快捷的装配技艺，还可以实现M2M模式的“机器对话”。智能生产线将人、机器、信息融为一体，其中最主要的是让机器与机器之间能够“沟通”。假如前一台智能机器人加快速度，后一台智能机器人就会自动收到前者发送过来的信息。如此一来，两台机器人就可以灵活而默契地改变工作节奏。这种立足于“机器对话”的智能生产，是对自动化生产的一次跨越式升级。

由此可见，智能制造时代的智能生产模式，将为人类的生产与生活带来前所未有的巨大变化。生产流水线上的工人将越来越少，可以相互“沟通”的智能工业机器人却越来越多。机器人不再是完全受制于按钮操控的自动化设备，而是能与工人进行人机合作，并且具备对环境与任务的灵巧感知。

随着人口红利的逐渐消失，我国对智能机器人与智能化无人工厂的需求将会越来越大。但是，智能工厂并不是完全淘汰工人，而是把工人从体力劳动与简单脑力劳动中完全解放出来，扮演更有创造性与挑战性的角色，如技术创新、战略规划、生产监督与协调维护智能机器的正常运转等。可见，以智能生产与智能工厂为标志的智能制造，将会对未来工人的素质提出更高的要求。

智能生产模式：未来智能工厂的概貌与优化技术

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