隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術不斷興起，全球制造業(yè)正從數(shù)字化階段向網(wǎng)絡化階段加速邁進，美國、德國等發(fā)達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)信息化實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的關鍵，是傳統(tǒng)制造業(yè)實現(xiàn)“智能制造”的必由之路。當前以智能化、網(wǎng)絡化、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。本報告總結(jié)了國內(nèi)外智能工廠發(fā)展概況，重點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路徑提出相關發(fā)展建議。

一、智能工廠發(fā)展概述

智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎上，較大規(guī)模的應用物聯(lián)網(wǎng)的技術和設備監(jiān)控技術，整合物理資產(chǎn)、運營資產(chǎn)和人力成本，推動制造、維護、庫存跟蹤、通過數(shù)字孿生實現(xiàn)的運營數(shù)字化以及整個制造網(wǎng)絡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；通過整體可視技術進行推理預測，利用仿真及多媒體技術，將實境擴增展示設計與制造過程，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)濟體都在大力推進制造業(yè)的復興，美、德、日等發(fā)達國家相繼推出了“再工業(yè)化”戰(zhàn)略、“德國工業(yè)4.0”、IVI計劃等國家戰(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實踐。如西門子安貝格電子工廠實現(xiàn)了多品種工控機的混線生產(chǎn)；FANUC公司實現(xiàn)了機器人和伺服電機生產(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，實現(xiàn)了最高720小時無人值守；施耐德電氣實現(xiàn)了電氣開關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器人構(gòu)成的智能制造單元，實現(xiàn)大批量定制；三菱電機名古屋制作所采用人機結(jié)合的新型機器人裝配產(chǎn)線，實現(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)、云計算等新一輪產(chǎn)業(yè)變革和技術革命機遇，積極部署實施制造強國戰(zhàn)略布局，推動智能工廠建設實踐。國內(nèi)知名龍頭制造企業(yè)也加快推進信息技術與工業(yè)技術不斷融合，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)和裝配線進行自動化、智能化改造，積極建立全新智能工廠，當前已建成海爾、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工廠可以實現(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，廣泛應用精密裝配機器人，采用MES系統(tǒng)全程訂單執(zhí)行管理系統(tǒng)，通過RFID進行全程追溯，實現(xiàn)了機機互聯(lián)、機物互聯(lián)和人機互聯(lián)；尚品宅配實現(xiàn)了從款式設計到構(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，實現(xiàn)了設備數(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)藥等重點領域，試點建設智能工廠，加快人機智能交互、工業(yè)機器人、智能物流管理、增材制造等技術和裝備在生產(chǎn)過程中的應用，促進企業(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)務管理軟件的高效協(xié)同與集成，分層次、分步驟推進智能工廠建設，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)線自動化的基礎上，通過智能技術應用已經(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)互通的信息技術實現(xiàn)工廠車間決策、洞察與供應鏈以及整個企業(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、中間層的計劃層與執(zhí)行層以及底層的設備層。

圖2 智能工廠基本構(gòu)架

（一）設備層

設備層是智能工廠產(chǎn)業(yè)鏈中最基礎的一層，由進行生產(chǎn)的工業(yè)機器人設備構(gòu)成。工業(yè)機器人按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)劃分，可分為空間關節(jié)型與并聯(lián)型機器人。按產(chǎn)品用途劃分，搬運和焊接領域的工業(yè)機器人應用數(shù)量最多，其中焊接機器人主要使用于汽車制造。

圖3 工業(yè)機器人分類

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。智能倉儲主要運用自動備料，自動上料；智能車間主要運用自動生產(chǎn)，組裝，包裝；智能品質(zhì)管控主要運用對產(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）計劃層與執(zhí)行層

工廠計劃層與執(zhí)行層的智能化主要體現(xiàn)在工業(yè)軟件的應用上，通過工業(yè)軟件的應用提高企業(yè)生產(chǎn)、研發(fā)、管理的效率，通常按照應用分類，可將工業(yè)軟件劃分為運營管理類、研發(fā)設計類與生產(chǎn)調(diào)度與過程控制類，運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)對整個供應鏈的有效管理成為了智能工廠計劃層核心軟件。

圖4 ERP系統(tǒng)構(gòu)架圖

MES系統(tǒng)因其能將計劃層的各項指令傳達至生產(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)實時收集再次反饋至計劃層而成為了工業(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，主要職能是承擔工廠執(zhí)行層與生產(chǎn)設備間的工業(yè)通訊，即接受執(zhí)行層的作業(yè)指令，控制工廠設備進行生產(chǎn)，并將設備的運行情況反饋給執(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械設備或生產(chǎn)過程、協(xié)調(diào)多設備間的生產(chǎn)進程，并通過監(jiān)測實時設備數(shù)據(jù)，將實時生產(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)境下應用而設計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，具有編程容易、安裝方便、運行快等優(yōu)勢，對于順序控制有獨特優(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技術則偏重模擬量系統(tǒng)的整體控制。DCS是一種新型計算機控制系統(tǒng)，是在集中式控制系統(tǒng)的基礎上發(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、協(xié)調(diào)性好、功能齊全等特點。隨著工業(yè)通訊各項技術的發(fā)展，DCS技術未來將結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)，往標準化、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

智能化改造設備、技術、人才等方面投資成本高，投資回報周期較長，由于資金實力、人力限制，導致大部分普通企業(yè)對智能化改造存在認識不足、重視不夠、投資意愿不強的現(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，智能工廠建設進程較慢。

（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的統(tǒng)一規(guī)劃，大部分企業(yè)的智能工廠建設存在缺乏系統(tǒng)性規(guī)劃或規(guī)劃不落地現(xiàn)象，導致智能工廠設備層、計劃層、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)務板塊之間的數(shù)據(jù)連接渠道未打通，導致部門與部門之間、管理層與生產(chǎn)層之間等數(shù)據(jù)資源無法實現(xiàn)實時有效的整合，整合力度有待進一步提高，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)務協(xié)同。

（四）運維管理人才缺乏

大部分企業(yè)在引進智能化生產(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)實現(xiàn)智能化改造后，缺乏專業(yè)人才針對設備、系統(tǒng)進行運維管理，存在當設備、系統(tǒng)出現(xiàn)故障時無法及時修護等問題，導致無法實現(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)劃設計

在智能制造實施方案的總體框架下，統(tǒng)籌推進智能工廠改造項目建設，形成統(tǒng)一領導、分工合理、責任明確、運轉(zhuǎn)順暢的推進機制。組建相關領域?qū)＜易稍儓F隊，加強重慶市智能工廠建設的戰(zhàn)略研究和頂層設計，統(tǒng)籌智能工廠建設與《重慶市以大數(shù)據(jù)智能化為引領的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2018—2020年）》（渝委發(fā)〔2018〕13號）、《重慶市建設國家重要現(xiàn)代制造業(yè)基地“十三五”規(guī)劃》（渝府發(fā)〔2016〕39號）等文件和有關專項規(guī)劃的銜接。

（二）促進融資體系建設

鼓勵金融機構(gòu)圍繞智能裝備關鍵技術與核心部件突破、公共平臺建設、智能化改造、示范工程建設等重點領域，提供信貸支持。依托政策性融資擔保機構(gòu)，完善落實差別化信貸機制，對實行智能工廠建設的優(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，建立智能裝備租賃和融資租賃擔保機制，推動設備更新?lián)Q代加速。

（三）深化示范試點建設

針對已認定智能工廠推進研發(fā)數(shù)字化、裝備智能化、生產(chǎn)自動化的實施情況，緊扣關鍵工序自動化、關鍵崗位工業(yè)機器人替代、生產(chǎn)過程智能優(yōu)化控制、供應鏈管理智能化等建設內(nèi)容，引領企業(yè)深入推進智能工廠建設，實現(xiàn)示范企業(yè)引領帶動中小企業(yè)推進自動化、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)合自身實際和行業(yè)特點，聚焦“設備互聯(lián)、數(shù)據(jù)互換、過程互動、產(chǎn)業(yè)互融”四個關鍵環(huán)節(jié)，積極探索示范智能工廠建設，加快推進。

（四）攻克關鍵核心技術

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，全面貫通設計、工藝、試驗、檢測等一批關鍵共性環(huán)節(jié)，自主研制高精度復合型數(shù)控機床、工業(yè)機器人、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中，加強信息安全評價監(jiān)測管理，強化關鍵工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全風險管控。研發(fā)安全可靠的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設備與系統(tǒng)，確保信息、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡、生產(chǎn)、設備、人機等環(huán)節(jié)的信息安全。根據(jù)信息處理流程制定安全策略，加強技術平臺支持下的信息安全管理，強化流通環(huán)節(jié)的風險評估，嚴格實施數(shù)據(jù)訪問控制，保障相關主體的合法權(quán)益。

（六）強化產(chǎn)業(yè)扶持引領

在西部大開發(fā)企業(yè)所得稅政策、鼓勵類項目進口設備免稅政策、重大技術裝備進口稅收政策、加速折舊政策、首臺（套）設備推廣應用政策等國家和我市現(xiàn)行政策的基礎上，從智能制造重點項目庫中遴選市級相關專項資金支持時重點向智能工廠建設項目傾斜。強化政府對企業(yè)實施智能工廠改造培訓，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的積極性。