浅析工业4.0的三大主题与智能工厂的体系架构

随着2011年德国汉诺威工业博览会提出工业4.0概念之后，全球涌起了工业4.0风潮。据悉提出工业4.0这个概念的最开始的想法只是通过网络方式比如互联网，物联网等应用技术提高本国在制造业的生产水平。更是在德国工程院、协会、制造公司等不仅是各学术界更是商界的大力推动和促使下，工业4.0概念备受瞩目，终于在2013年纳入了德国《高技术战略2020》的十大未来项目中。

在风潮的推动下，德国首个工业4.0标准化路线图正式出炉，随后德国机械及制造商协会（VDMA）等设立了“工业4.0平台”。

“工业4.0”的三大主题：

智能工厂。主要注重于机器生产设备以及网络化分布式生产设施的实现等智能化的生产方式进行高效率，高质量的生产制造，从而最大限度减少成本的做法。简单的说就是有机器代替人工。

智能生产。主要涉及整个工厂或者企业之间的生产物流的管理，更是利用更科学更先进的技术尽心再加工应用，比如人机互动以及3D技术等。在此项计划中除了制造大企业之外，特别注重吸引中小企业参与，中小企业更容易成为先进工业生产技术的创造者和供应者，也是新一代智能化生产技术的使用者和受益者。

智能物流。顾名思义这个主题聚焦在物流领域，传统的物流方式已经不在适用如今，现在主要是通过互联网、物联网、物流网等网络方式进行物流资源的整合，在最大程度上发挥有物流资源供应方分配的效率，使得供求方和需求方在最短的时间内获得服务匹配，得到物流支持。

其实对于真正的工业4.0概念它的标准依然很模糊，但是朝着工业4.0去发展总能收获不一样的结果。

德国的工业4.0带来的效益，智能制造热潮席卷神州大地，催生了中国的智能制造计划《中国制造2025》，其中，智能工厂成为了中国智能制造的首要实践领域。不仅备受各大企业的关注，更是得到各级政府的高度重视。

智能工厂的体系架构

业务流程管理专家August-Wilhelm Scheer教授曾为此提出智能工厂的体系架构，August-Wilhelm Scheer教授在这个架构中强调了MES系统在智能工厂建设中的枢纽作用。

还为智能工厂架构分出了五个层级，分别是：

1.基础设施层。企业应建设一个具有网络服务的工厂网络系统，通过网络生成生产指令并自主下达命令，让产线信息自动采集。构造一个完全的集成化的车间联网环境，通过网络解决不同机器间的协议通讯，PLC、CNC、机器人、仪表等问题。

2.智能装备层。智能装备主要讲得是智能生产设备、智能检测设备和智能物流设备三四个部分。由机械装备到数控装备再到智能装备发展，这是一个必然的过程。智能化的工具可以实现边检测、边加工的程度，在最大程度上减少了人工的误差和时间。利用工业机器人技术准确识别工件，自主进行装配，自动避让人，实现人机协作。金属增材制造设备也可以自主进行产品的制造和组装。智能物流设备方面配备有自动化立体仓库、AGV、悬挂式输送链等为智能加工单元之间的物料传递工具。

3.智能产线层。通过传感器、数控系统或RFID等进行生产和装配的同时采集质量、能耗、设备绩效等数据，并在电子看板中显示当前状态。同时在某一台机器或者程序发生故障时他能提供及时的智能提醒。

4.智能车间层。对整个车间进行网络式的智能管控，应用人机界面（HMI），以及工业平板等移动终端，实现生产过程的无纸化。还可以利用VR技术打造一个VR（虚拟现实）车间环境，显示设备的实际状态，实现虚实融合。

5. 工厂管控层。实现车间与车间之间的生产过程的监控，通过生产指挥系统实时洞察工厂的运营，可能更加合理的分配多个车间之间资源的调度。并可以通过图像识别技术对工厂视频监控中异常进行自动报警。

在工业4.0的战略蓝图中，把智能生产描绘成工厂可以为单件小批量的单个客户提供个性化生产服务，而不是只能按照固定的生产流程生产。

智能工厂是未来智能制造的关键组成部分，智能化生产系统及过程以及网络化分布生产设施的实现将会是未来不可避免的过程。

智能工厂如何发展

智能工厂使各个生产步骤将实现无缝连接。机器和设备具备自我优化和自主决策的能力。从供应商到物流到产品的生命周期管理–跨越企业的各个部门紧密相连。

1.传感器的应用

不管“工业4.0”还是“中国制造2025”，传感器的使用都是智能化生产的关键组成部分，据悉传感器正处于传统型向新型传感器转型的发展阶段。微型化、数字化、系统化，集成化的新型传感器，以其技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。还可以建立新型工业，还可能是21世纪新的经济增长点。在智能制造的大背景下，我国传感器行业面临良好的发展前景，将迎来空前的市场需求。

2.工业机器人的使用

工业机器人作为高科技装备，在产业转型升级的过程中正发挥重要作用。过去传统的劳动密集型企业也可以通过工业机器人成功转型新型产业，在一般工业应用的新领域，如光伏产业、动力电池制造业，服装业，医药、冶金等领域都有工业机器人的应用空间。

3.智能化物流

虽然从短期看，智能化物流装备会带来高成本，但是随着渐渐步入正轨，从长远发展来看，在传统的物流模式下，新型的智能化物流更是给企业或者个人带来大的受益和最低的成本。

4.注重人机协作

智能工厂真正的意义并不是完全的无人工厂，而是进行生产思维的转换，将人放置在更高一层的位置，充分利用人的灵活性完成复杂多变的工作任务，并且利用人的判断能力和决策能力给制造带来更准确的方向，使用人机协作将成为智能工厂未来发展的主要趋势。

5.企业不宜盲目跟风

智能工厂浪潮涌动，切不可随波逐流，应该围绕企业的中长期发展战略，实事求是的合理规划智能工厂的建设蓝图中谋求科学，合理的可持续发展。