近年來(lái)，智能制造熱潮席卷神州大地，成為推進(jìn)“中國制造2025”國家戰略最重要的舉措。其中，智能工廠(chǎng)作為智能制造重要的實(shí)踐領(lǐng)域，已引起了制造企業(yè)的廣泛關(guān)注和各級政府的高度重視。
眾所周知，MES系統在智能工廠(chǎng)建設中的樞紐作用，建設好智慧工廠(chǎng)。
智能工廠(chǎng)可以分為基礎設施層、智能裝備層、智能產(chǎn)線(xiàn)層、智能車(chē)間層和工廠(chǎng)管控層五個(gè)層級：
① 基礎設施層
企業(yè)首先應當建立有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)的工廠(chǎng)網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現生產(chǎn)指令的自動(dòng)下達和設備與產(chǎn)線(xiàn)信息的自動(dòng)采集；形成集成化的車(chē)間聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，解決不同通訊協(xié)議的設備之間，以及PLC、CNC、機器人、儀表/傳感器和工控/IT系統之間的聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題；利用視頻監控系統對車(chē)間的環(huán)境，人員行為進(jìn)行監控、識別與報警；此外，工廠(chǎng)應當在溫度、濕度、潔凈度的控制和工業(yè)安全（包括工業(yè)自動(dòng)化系統的安全、生產(chǎn)環(huán)境的安全和人員安全）等方面達到智能化水平。
② 智能裝備層
智能裝備是智能工廠(chǎng)運作的重要手段和工具。智能裝備主要包含智能生產(chǎn)設備、智能檢測設備和智能物流設備。制造裝備在經(jīng)歷了機械裝備到數控裝備后，目前正在逐步向智能裝備發(fā)展。智能化的加工中心具有誤差補償、溫度補償等功能，能夠實(shí)現邊檢測、邊加工。工業(yè)機器人通過(guò)集成視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，能夠準確識別工件，自主進(jìn)行裝配，自動(dòng)避讓人，實(shí)現人機協(xié)作。金屬增材制造設備可以直接制造零件，DMG MORI已開(kāi)發(fā)出能夠實(shí)現同時(shí)實(shí)現增材制造和切削加工的混合制造加工中心。智能物流設備則包括自動(dòng)化立體倉庫、智能夾具、AGV、桁架式機械手、懸掛式輸送鏈等。例如，Fanuc工廠(chǎng)就應用了自動(dòng)化立體倉庫作為智能加工單元之間的物料傳遞工具。
③ 智能產(chǎn)線(xiàn)層
智能產(chǎn)線(xiàn)的特點(diǎn)是，在生產(chǎn)和裝配的過(guò)程中，能夠通過(guò)傳感器、數控系統或RFID自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)、質(zhì)量、能耗、設備績(jì)效（OEE）等數據采集，并通過(guò)電子看板顯示實(shí)時(shí)的生產(chǎn)狀態(tài)；通過(guò)安燈系統實(shí)現工序之間的協(xié)作；生產(chǎn)線(xiàn)能夠實(shí)現快速換模，實(shí)現柔性自動(dòng)化；能夠支持多種相似產(chǎn)品的混線(xiàn)生產(chǎn)和裝配，靈活調整工藝，適應小批量、多品種的生產(chǎn)模式；具有一定冗余，如果生產(chǎn)線(xiàn)上有設備出現故障，能夠調整到其他設備生產(chǎn)；針對人工操作的工位，能夠給予智能的提示。
④ 智能車(chē)間層
要實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行有效管控，需要在設備聯(lián)網(wǎng)的基礎上，利用制造執行系統（MES）、先進(jìn)生產(chǎn)排產(chǎn)（APS）、勞動(dòng)力管理等軟件進(jìn)行高效的生產(chǎn)排產(chǎn)和合理的人員排班，提高設備利用率（OEE），實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的追溯，減少在制品庫存，應用人機界面（HMI），以及工業(yè)平板等移動(dòng)終端，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)紙化。另外，還可以利用Digital Twin(數字映射)技術(shù)將MES系統采集到的數據在虛擬的三維車(chē)間模型中實(shí)時(shí)地展現出來(lái)，不僅提供車(chē)間的VR（虛擬現實(shí)）環(huán)境，而且還可以顯示設備的實(shí)際狀態(tài)，實(shí)現虛實(shí)融合。
車(chē)間物流的智能化對于實(shí)現智能工廠(chǎng)至關(guān)重要。企業(yè)需要充分利用智能物流裝備實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程中所需物料的及時(shí)配送。企業(yè)可以用DPS系統(Digital Picking System)實(shí)現物料揀選的自動(dòng)化。
⑤ 工廠(chǎng)管控層
工廠(chǎng)管控層主要是實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的監控，通過(guò)生產(chǎn)指揮系統實(shí)時(shí)洞察工廠(chǎng)的運營(yíng)，實(shí)現多個(gè)車(chē)間之間的協(xié)作和資源的調度。流程制造企業(yè)已廣泛應用DCS或PLC控制系統進(jìn)行生產(chǎn)管控，近年來(lái)，離散制造企業(yè)也開(kāi)始建立中央控制室，實(shí)時(shí)顯示工廠(chǎng)的運營(yíng)數據和圖表，展示設備的運行狀態(tài)，并可以通過(guò)圖像識別技術(shù)對視頻監控中發(fā)現的問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)報警。
