隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)不斷興起，全球制造業(yè)正從數(shù)字化階段向網(wǎng)絡(luò)化階段加速邁進(jìn)，美國、德國等發(fā)達(dá)國家相繼推出了以工業(yè)與信息化結(jié)合為核心的智能制造發(fā)展戰(zhàn)略以推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。智能工廠作為智能制造的重要載體，是行業(yè)信息化實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵，是傳統(tǒng)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)“智能制造”的必由之路。當(dāng)前以智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化為核心特征的智能工廠模式正在成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展和變革的重要方向，并在全球范圍內(nèi)迅速興起。本報(bào)告總結(jié)了國內(nèi)外智能工廠發(fā)展概況，重點(diǎn)梳理了我國智能工廠架構(gòu)體系以及重慶智能工廠發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題，為重慶市智能工廠建設(shè)路徑提出相關(guān)發(fā)展建議。

一、智能工廠發(fā)展概述

智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，較大規(guī)模的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)，整合物理資產(chǎn)、運(yùn)營資產(chǎn)和人力成本，推動制造、維護(hù)、庫存跟蹤、通過數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)的運(yùn)營數(shù)字化以及整個制造網(wǎng)絡(luò)中的其他類型活動的制造系統(tǒng)。智能工廠已經(jīng)具有了自主能力，可采集、分析、判斷、規(guī)劃；通過整體可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增展示設(shè)計(jì)與制造過程，系統(tǒng)中各組成部分可自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具備協(xié)調(diào)、重組及擴(kuò)充特性。

圖1 智能工廠六大特征

二、國內(nèi)外智能工廠發(fā)展概況

（一）國外智能工廠發(fā)展概況

近年來，全球各主要經(jīng)濟(jì)體都在大力推進(jìn)制造業(yè)的復(fù)興，美、德、日等發(fā)達(dá)國家相繼推出了“再工業(yè)化”戰(zhàn)略、“德國工業(yè)4.0”、IVI計(jì)劃等國家戰(zhàn)略，在這股熱潮下，國外眾多優(yōu)秀制造企業(yè)都開展了智能工廠建設(shè)實(shí)踐。如西門子安貝格電子工廠實(shí)現(xiàn)了多品種工控機(jī)的混線生產(chǎn)；FANUC公司實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人和伺服電機(jī)生產(chǎn)過程的高度自動化和智能化，并利用自動化立體倉庫在車間內(nèi)的各個智能制造單元之間傳遞物料，實(shí)現(xiàn)了最高720小時無人值守；施耐德電氣實(shí)現(xiàn)了電氣開關(guān)制造和包裝過程的全自動化；美國哈雷戴維森公司廣泛利用以加工中心和機(jī)器人構(gòu)成的智能制造單元，實(shí)現(xiàn)大批量定制；三菱電機(jī)名古屋制作所采用人機(jī)結(jié)合的新型機(jī)器人裝配產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)從自動化到智能化的轉(zhuǎn)變，顯著提高了單位生產(chǎn)面積的產(chǎn)量。

（二）國內(nèi)智能工廠發(fā)展概況

我國緊抓大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一輪產(chǎn)業(yè)變革和技術(shù)革命機(jī)遇，積極部署實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略布局，推動智能工廠建設(shè)實(shí)踐。國內(nèi)知名龍頭制造企業(yè)也加快推進(jìn)信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)不斷融合，一系列新模式、新業(yè)態(tài)、新特征日益凸顯。圍繞航空、航天、船舶、汽車、家電、軌道交通、食品飲料、制藥、裝備制造、家居等各行各業(yè)針對生產(chǎn)和裝配線進(jìn)行自動化、智能化改造，積極建立全新智能工廠，當(dāng)前已建成海爾、美的、東莞勁勝、尚品宅配等智能工廠樣板。如海爾佛山滾筒洗衣機(jī)工廠可以實(shí)現(xiàn)按訂單配置、生產(chǎn)和裝配，采用高柔性的自動無人生產(chǎn)線，廣泛應(yīng)用精密裝配機(jī)器人，采用MES系統(tǒng)全程訂單執(zhí)行管理系統(tǒng)，通過RFID進(jìn)行全程追溯，實(shí)現(xiàn)了機(jī)機(jī)互聯(lián)、機(jī)物互聯(lián)和人機(jī)互聯(lián)；尚品宅配實(shí)現(xiàn)了從款式設(shè)計(jì)到構(gòu)造尺寸的全方位個性定制，建立了高度智能化的生產(chǎn)加工控制系統(tǒng)，能夠滿足消費(fèi)者個性化定制所產(chǎn)生的特殊尺寸與構(gòu)造板材的切削加工需求；東莞勁勝全面采用國產(chǎn)加工中心、國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)和國產(chǎn)工業(yè)軟件，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備數(shù)據(jù)的自動采集和車間聯(lián)網(wǎng)，建立了工廠的數(shù)字映射模型（DigitalTwin），構(gòu)建了手機(jī)殼加工的智能工廠。

重慶市將智能工廠作為發(fā)展智能制造的重要保障，在汽車、家電、生物醫(yī)藥等重點(diǎn)領(lǐng)域，試點(diǎn)建設(shè)智能工廠，加快人機(jī)智能交互、工業(yè)機(jī)器人、智能物流管理、增材制造等技術(shù)和裝備在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，促進(jìn)企業(yè)內(nèi)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、企業(yè)資源管理系統(tǒng)（ERP）、供應(yīng)鏈管理軟件（SCM）、產(chǎn)品全生命周期管理軟件（PLM）等產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件和業(yè)務(wù)管理軟件的高效協(xié)同與集成，分層次、分步驟推進(jìn)智能工廠建設(shè)，并取得一定的成果。在汽車行業(yè)，部分龍頭企業(yè)已經(jīng)完成焊接生產(chǎn)線、沖壓生產(chǎn)線、涂裝生產(chǎn)線、總裝生產(chǎn)線全流程自動化并實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線之間的信息互通。MES、ERP、PLM、OA等多種管理軟件都已上線，并正積極通過第三方軟件集成商推進(jìn)各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)貫通工作。在家電行業(yè)，在產(chǎn)線自動化的基礎(chǔ)上，通過智能技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)區(qū)內(nèi)工人數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的追溯，通過數(shù)據(jù)追溯可將不良產(chǎn)品的產(chǎn)生點(diǎn)精確到生產(chǎn)線、生產(chǎn)步驟、出錯工位和出錯員工。在生物醫(yī)藥行業(yè)，龍頭企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)顆粒劑生產(chǎn)區(qū)、片劑生產(chǎn)區(qū)、丸劑生產(chǎn)區(qū)的所有生產(chǎn)線均采用自動控制，包裝生產(chǎn)線采用智能機(jī)器人裝箱系相對傳統(tǒng)生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率至少提高40%。

三、智能工廠架構(gòu)體系

智能工廠主要通過互聯(lián)互通的信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠車間決策、洞察與供應(yīng)鏈以及整個企業(yè)其他部分的融合，智能工廠的基本構(gòu)架可以分為三個層次：頂層的控制層、中間層的計(jì)劃層與執(zhí)行層以及底層的設(shè)備層。

圖2 智能工廠基本構(gòu)架

（一）設(shè)備層

設(shè)備層是智能工廠產(chǎn)業(yè)鏈中最基礎(chǔ)的一層，由進(jìn)行生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人設(shè)備構(gòu)成。工業(yè)機(jī)器人按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)劃分，可分為空間關(guān)節(jié)型與并聯(lián)型機(jī)器人。按產(chǎn)品用途劃分，搬運(yùn)和焊接領(lǐng)域的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用數(shù)量最多，其中焊接機(jī)器人主要使用于汽車制造。

圖3 工業(yè)機(jī)器人分類

智能工廠主要包含智能倉儲、智能車間、智能品質(zhì)管控、集成其他系統(tǒng)、追溯管理五大功能模塊。智能倉儲主要運(yùn)用自動備料，自動上料；智能車間主要運(yùn)用自動生產(chǎn)，組裝，包裝；智能品質(zhì)管控主要運(yùn)用對產(chǎn)品自動品質(zhì)管控；集成其他系統(tǒng)主要由ERP、MES等集成系統(tǒng)構(gòu)成；追溯管理主要是對材料，生產(chǎn)環(huán)節(jié)，品質(zhì)管控等各個環(huán)節(jié)的追溯。

表1智能工廠功能模塊

（二）計(jì)劃層與執(zhí)行層

工廠計(jì)劃層與執(zhí)行層的智能化主要體現(xiàn)在工業(yè)軟件的應(yīng)用上，通過工業(yè)軟件的應(yīng)用提高企業(yè)生產(chǎn)、研發(fā)、管理的效率，通常按照應(yīng)用分類，可將工業(yè)軟件劃分為運(yùn)營管理類、研發(fā)設(shè)計(jì)類與生產(chǎn)調(diào)度與過程控制類，運(yùn)營管理類軟件主要包括ERP、SCM、CRM等，研發(fā)類指CAD、PLM等，調(diào)度與控制類的主要代表包括MES、SCADA等。

表2智能工廠計(jì)劃層與執(zhí)行層主要工業(yè)軟件

在眾多的工業(yè)軟件中，ERP因其能夠?qū)崿F(xiàn)對整個供應(yīng)鏈的有效管理成為了智能工廠計(jì)劃層核心軟件。

圖4 ERP系統(tǒng)構(gòu)架圖

MES系統(tǒng)因其能將計(jì)劃層的各項(xiàng)指令傳達(dá)至生產(chǎn)車間等執(zhí)行層，并將執(zhí)行層生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)實(shí)時收集再次反饋至計(jì)劃層而成為了工業(yè)軟件的核心，完整的MES系統(tǒng)包括：（1）資源分配及狀態(tài)管理；（2）工序詳細(xì)調(diào)度；（3）生產(chǎn)單元分配；（4）過程管理；（5）人力資源管理；（6）維修管理；（7）計(jì)劃管理；（8）文檔控制；（9）生產(chǎn)跟蹤及歷史；（10）執(zhí)行分析；（11）數(shù)據(jù)采集。

圖5 MES系統(tǒng)構(gòu)架圖

（三）控制層

控制層是智能工廠產(chǎn)業(yè)鏈中最末尾的一層，主要職能是承擔(dān)工廠執(zhí)行層與生產(chǎn)設(shè)備間的工業(yè)通訊，即接受執(zhí)行層的作業(yè)指令，控制工廠設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，并將設(shè)備的運(yùn)行情況反饋給執(zhí)行層。

控制系統(tǒng)是控制層的主要組成部分，它通過數(shù)字化的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程、協(xié)調(diào)多設(shè)備間的生產(chǎn)進(jìn)程，并通過監(jiān)測實(shí)時設(shè)備數(shù)據(jù)，將實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)反饋給執(zhí)行層。目前PLC與DCS兩種電子控制系統(tǒng)是我國主要采用的自動控制系統(tǒng)裝置。PLC是專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，具有編程容易、安裝方便、運(yùn)行快等優(yōu)勢，對于順序控制有獨(dú)特優(yōu)勢，在工藝過程以順序控制為主的智能工廠建議優(yōu)先采用，如水處理車間、除灰除渣車間、輸煤車間等。當(dāng)下羅克韋爾、西門子等歐美公司在大中型PLC產(chǎn)品具有明顯優(yōu)勢，三菱、松下等日資品牌在中小型PLC產(chǎn)品具備獨(dú)特創(chuàng)造力，在小型PLC市場上國產(chǎn)品牌越來越體現(xiàn)其競爭力。PLC偏重局部邏輯控制，DCS技術(shù)則偏重模擬量系統(tǒng)的整體控制。DCS是一種新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，是在集中式控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的分布式控制系統(tǒng)，具有開放性好、靈活性高、易于維護(hù)、協(xié)調(diào)性好、功能齊全等特點(diǎn)。隨著工業(yè)通訊各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，DCS技術(shù)未來將結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)，往標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、信息化的全方位控制系統(tǒng)發(fā)展。

圖6 智能工廠下游主要行業(yè)

四、重慶市智能工廠發(fā)展問題

（一）企業(yè)智能化改造意識不強(qiáng)

智能化改造設(shè)備、技術(shù)、人才等方面投資成本高，投資回報(bào)周期較長，由于資金實(shí)力、人力限制，導(dǎo)致大部分普通企業(yè)對智能化改造存在認(rèn)識不足、重視不夠、投資意愿不強(qiáng)的現(xiàn)象，地區(qū)龍頭企業(yè)和普通企業(yè)智能化水平差距較大，智能工廠建設(shè)進(jìn)程較慢。

（二）企業(yè)系統(tǒng)性規(guī)劃不足

整體來看全市未出臺針對智能工廠建設(shè)的統(tǒng)一規(guī)劃，大部分企業(yè)的智能工廠建設(shè)存在缺乏系統(tǒng)性規(guī)劃或規(guī)劃不落地現(xiàn)象，導(dǎo)致智能工廠設(shè)備層、計(jì)劃層、執(zhí)行層和控制層等各層面系統(tǒng)架構(gòu)孤立改造，未能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一銜接，智能化改造覆蓋的環(huán)節(jié)還有待完善，智能工廠的全生命周期特征仍不明顯。

（三）企業(yè)部門之間渠道未打通

大部分企業(yè)缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，各部門、各業(yè)務(wù)板塊之間的數(shù)據(jù)連接渠道未打通，導(dǎo)致部門與部門之間、管理層與生產(chǎn)層之間等數(shù)據(jù)資源無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時有效的整合，整合力度有待進(jìn)一步提高，特別是企業(yè)內(nèi)部門間的橫向數(shù)據(jù)對接、信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。

（四）運(yùn)維管理人才缺乏

大部分企業(yè)在引進(jìn)智能化生產(chǎn)線以及CRP、MES等專業(yè)智能化生產(chǎn)和智能化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化改造后，缺乏專業(yè)人才針對設(shè)備、系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)維管理，存在當(dāng)設(shè)備、系統(tǒng)出現(xiàn)故障時無法及時修護(hù)等問題，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能效益最大化。目前大部分企業(yè)采取從第三方運(yùn)維管理公司外聘的方式，但仍然缺乏熟悉企業(yè)內(nèi)部情況的智能化運(yùn)維管理人才。

五、重慶市智能工廠發(fā)展建議

（一）優(yōu)化頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)

在智能制造實(shí)施方案的總體框架下，統(tǒng)籌推進(jìn)智能工廠改造項(xiàng)目建設(shè)，形成統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、分工合理、責(zé)任明確、運(yùn)轉(zhuǎn)順暢的推進(jìn)機(jī)制。組建相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜易稍儓F(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)重慶市智能工廠建設(shè)的戰(zhàn)略研究和頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌智能工廠建設(shè)與《重慶市以大數(shù)據(jù)智能化為引領(lǐng)的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略行動計(jì)劃（2018—2020年）》（渝委發(fā)〔2018〕13號）、《重慶市建設(shè)國家重要現(xiàn)代制造業(yè)基地“十三五”規(guī)劃》（渝府發(fā)〔2016〕39號）等文件和有關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃的銜接。

（二）促進(jìn)融資體系建設(shè)

鼓勵金融機(jī)構(gòu)圍繞智能裝備關(guān)鍵技術(shù)與核心部件突破、公共平臺建設(shè)、智能化改造、示范工程建設(shè)等重點(diǎn)領(lǐng)域，提供信貸支持。依托政策性融資擔(dān)保機(jī)構(gòu)，完善落實(shí)差別化信貸機(jī)制，對實(shí)行智能工廠建設(shè)的優(yōu)質(zhì)企業(yè)在信用評級、貸款授信和利率優(yōu)惠等方面給予重點(diǎn)支持。鼓勵有條件的企業(yè)開展智能裝備租賃和融資租賃業(yè)務(wù)，建立智能裝備租賃和融資租賃擔(dān)保機(jī)制，推動設(shè)備更新?lián)Q代加速。

（三）深化示范試點(diǎn)建設(shè)

針對已認(rèn)定智能工廠推進(jìn)研發(fā)數(shù)字化、裝備智能化、生產(chǎn)自動化的實(shí)施情況，緊扣關(guān)鍵工序自動化、關(guān)鍵崗位工業(yè)機(jī)器人替代、生產(chǎn)過程智能優(yōu)化控制、供應(yīng)鏈管理智能化等建設(shè)內(nèi)容，引領(lǐng)企業(yè)深入推進(jìn)智能工廠建設(shè)，實(shí)現(xiàn)示范企業(yè)引領(lǐng)帶動中小企業(yè)推進(jìn)自動化、信息化的發(fā)展。支持市內(nèi)汽車、醫(yī)藥、家電等行業(yè)骨干企業(yè)結(jié)合自身實(shí)際和行業(yè)特點(diǎn)，聚焦“設(shè)備互聯(lián)、數(shù)據(jù)互換、過程互動、產(chǎn)業(yè)互融”四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，積極探索示范智能工廠建設(shè)，加快推進(jìn)。

（四）攻克關(guān)鍵核心技術(shù)

突破高端數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、精密傳感及測量、智能加工等智能制造裝備核心技術(shù)，全面貫通設(shè)計(jì)、工藝、試驗(yàn)、檢測等一批關(guān)鍵共性環(huán)節(jié)，自主研制高精度復(fù)合型數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備、物流成套設(shè)備、增材制造裝備等高端智能裝備，大力提升智能制造裝備及核心部件研發(fā)制造水平。

（五）構(gòu)建信息安全保障

將智能工廠數(shù)據(jù)安全納入智能制造信息安全綜合保障體系建設(shè)中，加強(qiáng)信息安全評價監(jiān)測管理，強(qiáng)化關(guān)鍵工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全風(fēng)險管控。研發(fā)安全可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與系統(tǒng)，確保信息、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)、設(shè)備、人機(jī)等環(huán)節(jié)的信息安全。根據(jù)信息處理流程制定安全策略，加強(qiáng)技術(shù)平臺支持下的信息安全管理，強(qiáng)化流通環(huán)節(jié)的風(fēng)險評估，嚴(yán)格實(shí)施數(shù)據(jù)訪問控制，保障相關(guān)主體的合法權(quán)益。

（六）強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)扶持引領(lǐng)

在西部大開發(fā)企業(yè)所得稅政策、鼓勵類項(xiàng)目進(jìn)口設(shè)備免稅政策、重大技術(shù)裝備進(jìn)口稅收政策、加速折舊政策、首臺（套）設(shè)備推廣應(yīng)用政策等國家和我市現(xiàn)行政策的基礎(chǔ)上，從智能制造重點(diǎn)項(xiàng)目庫中遴選市級相關(guān)專項(xiàng)資金支持時重點(diǎn)向智能工廠建設(shè)項(xiàng)目傾斜。強(qiáng)化政府對企業(yè)實(shí)施智能工廠改造培訓(xùn)，深入開展政府扶持政策解讀工作，充分調(diào)動全市企業(yè)積極參與智能化建設(shè)的積極性。