打造生产智能化工厂的系统建设

马晓东

摘要：智能工厂主要是充分运用先进技术，使工厂的办公、管理和生产实现自动化、数字化，提升企业的管理水平，提高工作效率，进行安全生产。成功的智能工厂将整个组织的底层技术与战略合作伙伴联系起来，以提高效率和生产力。本文对打造智能化工厂的有效方式进行了详细的分析。

关键词：智能化工厂;打造;策略

引言

在當前的智能生产系统中，智能机器可以参与人的脑力劳动，在智能生产过程中，智能系统可以执行状态判断、数据分析、资源管理、调度和决策等功能。智能工厂是在传统的工厂生产过程中，增加了自动化、数字化改造，并利用物联网来实现各种工业元素之间的通信能力。智能工厂通过跨级数据通道收集底层工业数据并传递信息，实现对生产状况的自我分析和判断能力。

1 构建智能工厂框架体系

智能工厂是智能制造的重点体现，主要由企业层、管理层和集成自动化系统三部分组成。第一，在企业层，通过PLM和ERP系统的集成，实现覆盖产品研发生命周期和整个生产生命周期过程的生产研发和制造准备环节的集成管理，对生产进行整体透明的管理。设计和生产的整个过程可以高度数字化，通过垂直循环传递企业级数据，实现各级管控目标。

第二，在管理层，具体的制造和生产部门按计划工作，平均分配执行任务，协调和管理车间信息。通过ERP和MES系统帮助管理层实现与工厂基础要素的信息沟通，协调操作者的工作计划，记录设备、材料、客户等资源信息，获取实时生产记录等反馈信息。

第三，综合自动化系统，包括操作层、控制层和现场层，基础工业生产网络通过CPS技术实现。在岗位层面，员工可以实现对工业网络的实时监控。控制层通过DCS/PLC和工业控制软件对生产设备进行统一管理。智能工厂按照企业层级、管理和集成自动化系统三个维度构建，可以实现自动化、数字化、柔性化生产，帮助制造企业实现大规模定制，实时快速响应市场需求。

2 智能工厂技术要素

2.1 产品全生命周期管理

产品生命周期管理（PLM）通过整合产品生产过程中的人员、流程、应用系统等信息，实现产品生命周期中信息的创建、管理、分发和应用。PLM在企业的ERP、CRM等系统中对数据信息进行收集，打造包括产品概念设计、流程设计、产品生产和产品维护的一站式解决方案。PLM在产品生命周期的每个阶段都包含一个数字化协作平台，与其他系统协同工作，对产品的开发、制造、销售和售后进行协调管理，缩短产品开发周期，促进柔性制造和改进产品市场竞争力。PLM系统将产品概念、评估、生产、管理和服务的数字化元素贯穿全过程，将多个信息孤岛整合成一个信息记录系统。PLM不仅限于制造企业的内部活动，也可能包括产业链上下游的企业和客户。PLM将客户需求、研发设计、原材料准备与运输、产品生产、产品运输与维护紧密联系在一起。制造公司可以使用PLM来改进他们的产品。在产品设计阶段，定制需求（C2B/C2M）增加了用户对产品的忠诚度。在生产过程中，让生产计划和产业链上下游信息更加的透明，有效地减少产品开发生产周期，减少库存。

2.2 企业资源计划 ERP

主要是指制造系统和资源规划软件，对工厂的制造、财务、销售和采购等生产资源进行有效地规划，可以提供相关的、准确的、实时的数据，帮助管理人员做出决策。ERP系统包含了企业的供应链信息，包括供应链的领导和支持能力，融合了个体制造和流程制造的特点，使企业能够改进业务流程，提升核心竞争力。ERP能够让工厂的物流、资金流、信息流进行有效地整合。ERP通过工业云平台构建外部触点，组织跨企业协同设计生产，为用户提供个性化定制，打造智能化产品服务。ERP整合制造企业的生产能力、供应商的资源供应和客户的需求，覆盖整个上下游供应链，帮助企业实现精益生产、敏捷制造等先进模式。ERP集成化、系统化、灵活性和实时性的优势帮助企业在数字经济时代改进供应链管理模式。

3 生产制造执行系统MES

主要是针对企业层和集成自动化系统的生产线的生产过程进行管理。MES的管理内容主要有生产数据管理、生产调度、库存管理、质量管理、设备管理、采购管理、项目标识管理、生产过程管理、底层数据分析等。高层数据分解等管理模块，为员工提供详细的计划执行状态和所有资源的跟踪状态。MES可以帮助制造企业完成从订单到生产完成的一系列优化控制。MES实时准确反映生产线的具体情况，利用数据和信息管理生产活动，提高生产效率，优化原材料流通效率，及时向企业供应链提供生产作业信息。因此，MES不仅在生产过程中采集海量工业数据，及时分析处理，还与上层建立双向信息传递机制，起到承上启下的作用。

4 垂直集成系统

垂直一体化系统是智能工厂的关键部分，满足智能工厂柔性生产、物流自动化、敏捷制造的需求。垂直集成系统可以收集和分析生产过程的数据，确保生产过程和设备的正常运行，包括生产管理系统、人机控制、自动化软件设备、数控装置等工业元素。实现生产过程数字化的智能化。垂直一体化系统实现了智能工厂的企业层、管理层和综合自动化系统，实现了PLM、ERP、MES与综合自动化系统的对接，实现了制造生产的垂直数字化驱动。

结语

随着科学技术的不断进步，生产工厂也要随之改变，通过应用先进的科学技术，实现企业生产全过程的智能化，构建智能工厂，促进生产企业的健康发展。

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