客戶需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、物料采購(gòu)、生產(chǎn)制造、進(jìn)出廠物流、生產(chǎn)物流、售后服務(wù)構(gòu)成智能工廠的橫向集成維度；企業(yè)內(nèi)部的設(shè)備與控制層、制造執(zhí)行層、經(jīng)營(yíng)管理層、經(jīng)營(yíng)決策層構(gòu)成縱向集成維度；由感知執(zhí)行、適配控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸、認(rèn)知決策和服務(wù)平臺(tái)組成的信息物理系統(tǒng)（CPS）。這3個(gè)維度構(gòu)建了機(jī)械制造行業(yè)智能工廠參考模型。

（1）縱向集成維度

 基礎(chǔ)設(shè)施層：企業(yè)首先應(yīng)當(dāng)建立有線或者無(wú)線的工廠網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)指令的自動(dòng)下達(dá)和設(shè)備與產(chǎn)線信息的自動(dòng)采集；形成集成化的車間聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，解決不同通訊協(xié)議的設(shè)備之間，以及PLC、CNC、機(jī)器人、儀表/傳感器和工控/IT系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題；利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)車間的環(huán)境，人員行為進(jìn)行監(jiān)控、識(shí)別與報(bào)警；此外，工廠應(yīng)當(dāng)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(tǒng)的安全、生產(chǎn)環(huán)境的安全和人員安全）等方面達(dá)到智能化水平。

智能制造裝備層：智能制造裝備是智能工廠運(yùn)作的重要手段和工具。智能制造裝備主要包含智能生產(chǎn)設(shè)備、智能檢測(cè)設(shè)備和智能物流設(shè)備。制造裝備在經(jīng)歷了機(jī)械裝備到數(shù)控裝備后，目前正在逐步向智能制造裝備發(fā)展。智能化的加工中心具有誤差補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ埽軌驅(qū)崿F(xiàn)邊檢測(cè)、邊加工。工業(yè)機(jī)器人通過(guò)集成視覺(jué)、力覺(jué)等傳感器，能夠準(zhǔn)確識(shí)別工件，自主進(jìn)行裝配，自動(dòng)避讓人，實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作。

智能物流設(shè)備：則包括自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、智能夾具、AGV、桁架式機(jī)械手、懸掛式輸送鏈等。例如，F(xiàn)anuc工廠就應(yīng)用了自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)作為智能加工單元之間的物料傳遞工具。

智能產(chǎn)線層：在生產(chǎn)和裝配的過(guò)程中，能夠通過(guò)傳感器、數(shù)控系統(tǒng)或RFID自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)、質(zhì)量、能耗、設(shè)備績(jī)效（OEE）等數(shù)據(jù)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)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工序之間的協(xié)作；生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)快速換模，實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化；能夠支持多種相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)和裝配，靈活調(diào)整工藝，適應(yīng)小批量、多品種的生產(chǎn)模式；具有一定冗余，如果生產(chǎn)線上有設(shè)備出現(xiàn)故障，能夠調(diào)整到其他設(shè)備生產(chǎn)；針對(duì)人工操作的工位，能夠給予智能的提示。

智能車間層：要實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行有效管控，需要在設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用制造執(zhí)行系統(tǒng)（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(shè)備利用率（OEE），實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的追溯，減少在制品庫(kù)存，應(yīng)用人機(jī)界面（HMI），以及工業(yè)平板等移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)紙化。另外，還可以利用Digital?Twin(數(shù)字映射)技術(shù)將MES系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)在虛擬的三維車間模型中實(shí)時(shí)地展現(xiàn)出來(lái)，不僅提供車間的VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）環(huán)境，而且還可以顯示設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合。智能物流設(shè)備則包括自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、智能夾具、AGV、桁架式機(jī)械手、懸掛式輸送鏈等。

智能產(chǎn)線層：智能產(chǎn)線的特點(diǎn)是，在生產(chǎn)和裝配的過(guò)程中，能夠通過(guò)傳感器、數(shù)控系統(tǒng)或RFID自動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)、質(zhì)量、能耗、設(shè)備績(jī)效（OEE）等數(shù)據(jù)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)工序之間的協(xié)作；生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)快速換模，實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化；能夠支持多種相似產(chǎn)品的混線生產(chǎn)和裝配，靈活調(diào)整工藝，適應(yīng)小批量、多品種的生產(chǎn)模式；具有一定冗余，如果生產(chǎn)線上有設(shè)備出現(xiàn)故障，能夠調(diào)整到其他設(shè)備生產(chǎn)；針對(duì)人工操作的工位，能夠給予智能的提示。

工廠管控層：工廠管控層主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控，通過(guò)生產(chǎn)指揮系統(tǒng)實(shí)時(shí)洞察工廠的運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)車間之間的協(xié)作和資源的調(diào)度。流程制造企業(yè)已廣泛應(yīng)用DCS或PLC控制系統(tǒng)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)顯示工廠的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)和圖表，展示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并可以通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)視頻監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。

（2） 橫向集成維度

按照“互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造”的精神，重點(diǎn)構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)間的協(xié)同與集成，如跨企業(yè)、跨地域的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，企業(yè)間的協(xié)同供應(yīng)鏈管理，協(xié)同生產(chǎn)、協(xié)同服務(wù)和企業(yè)間的價(jià)值鏈重構(gòu)。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上各企業(yè)間的無(wú)縫集成、信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。

（3）信息物理系統(tǒng)（CPS）

智能工廠各層級(jí)相互配合，支撐企業(yè)縱向集成、企業(yè)間橫向集成與端到端集成，實(shí)現(xiàn)工業(yè)體系與信息體系的深度融合以及全面智能化。信息物理系統(tǒng)通過(guò)集成先進(jìn)的信息通信和自動(dòng)控制等技術(shù)，構(gòu)建了物理空間與信息空間中人、機(jī)、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時(shí)交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運(yùn)行的按需響應(yīng)、快速迭代、動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

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