关于智能工厂建设从理念到实践的探索

传统制造企业生产以工人生产和车间设备生产运营为主，生产效率较低。随着智能化、信息化技术日益发展，化工企业对生产工艺、生产效率的要求不断提高，智能工厂建设成为当前化工企业的热点话题。通过对信息化系统的探索、应用和完善，智能工厂推进了化工行业的重大变革和创新，推进企业精细化生产，促进经营管理实现技术、产品和管理的全面融合，进一步促进资源优化利用，提高工厂的整体效益，从而建成安全可靠、高效生产、节能环保的可持续发展的智能工厂。

1 智能工厂的内涵

智能工厂是指通过信息化系统和自动化生产系统，智能工厂通过实现人与机器之间的协调合作，采用更加智能的生产设备和生产系统，实现工厂生产流程的智能化、智慧化。简单理解就是能够随时帮助企业对生产KPI进行动态调整，既能最大化产出，同时又能够兼顾效益。作为实现工业4.0和工业互联网的重要载体，智能工厂通过全方位建立网络化分布式生产格局和智慧型信息指挥系统，完成交互式生产的全过程。智能工厂以其强大的自我决策能力（包含研判、决策等多个过程）、具象化的模拟展示功能，在生产、维护以及性能扩展等多个方向实现了人机交互，可以说智能工厂就是未来。

2 智能工厂的具体建设标准及在化工行业中的具体应用

智能工厂的建设涉及企业生产的方方面面，具体来说，完成智能工厂的建设需要从以下几个方面的来考量。

①在产品设计阶段，要做到从设计方法到设计手段的数字模拟化、产品模型化和关键指标的量化，优化产品设计，从源头提高产品竞争力。

②在投产之前，要全链条实现数字化模拟，并能够智慧反馈、修正，实现智能化生产与监管。

③具有庞大的数据储存功能，用大数据、云计算的手段建立科学算法，实时提升生产效率，提高产品质量。

④生产过程要做到可回源、可追溯，每一件产品自带“DNA”，提高生产及检测的精确度。

⑤智慧化安排生产与物流，确保产能得到最大程度发挥。

⑥实现弹性生产，根据机器看得懂的“视觉系统”，结合现有的工艺路线数据库，实现智慧化和结构化生产。

⑦做到1+1+1>3的系统集成，即把产品的生命周期管理、企业的要素计划系统以及制造执行管理系统进行有机整合，并最终形成合力。

⑧各项新技术的应用，包括VR操作、可视化模拟、3D打印等。比如目前在一些工厂开始推广的Google眼镜，在帮助工人对一些特殊仪器进行操作时有很好的辅助。

⑨做到“零纸生产”，并将设备的绩效水平提升至百分之八十以上。

⑩通过各个节点的传感器传输数据，全方位采集并呈现实时生产动态，为智能决策和人工修正做好准备。

⑪机器人的运用将是大规模、集群化，并不局限于个别点位和关键环节，将机器人作为整个系统的一部分。

⑫大力推进物联网的应用，不仅仅体现在设计、生产的智慧化，更重要的是加大对后期生产设备的维护、生产产品的追溯上，做到实时观测、实时传输、实时反馈。

以上关于智能工厂设计、建设的种种标准在化工行业都能找到“影子”，简单举个例子，通过智慧物流的数据传输至工厂，弹性安排生产能力，目前在化工行业已经得到了普遍运用；还有提升设备绩效、大规模运用机器人生产，这都是在提高化工行业生产安全性和可靠性上做文章；数据存储和生产过程的可追溯也是作为化工企业一直以来追求的目标。

3 现阶段的世界各国的智能工厂建设实践

在世界制造业升级热潮中，包括工业互联网、3D打印、大数据在内的诸多新兴技术应用风起云涌，而把这些新技术应用结合的一个典型就是智能工厂的建设。举几个世界著名企业的例子：德国西门子公司安贝格工厂通过智能控制实现了跨品种的混线量产；发那克机电公司通过建立全自动化、智能化的物料堆叠、传递系统，创造了行业内720小时自动化生产新纪录；美国戴维森公司通过大力推广以传感器和机器人为核心的结构单元，实现智慧化、批量化生产；世界重型卡车生产商“男人”公司通过构建全方位的厂区物流体系，智慧化调整线路，建设“配件超市”，生产效率大幅提升；日本著名企业三菱公司旗下名古屋电机制造通过使用人机交互的新型智慧化生产线，从传统的半自动化、自动化生产过渡到智能生产，实现了企业的飞跃。

世界范围的变革也在催促着进一步加快制造业升级，这对于当前的中国具有更为紧迫的现实意义。第一个重要的原因在社会层面，就是当前全社会的工人劳动成本飞速上升、结构性的产能过剩、行业间同质竞争愈演愈烈、单体用户需求多样化等等因素，这些因素都在推动传统企业要从简单的产品力竞争走向全方位差异化竞争。

第二个原因在产业层面，当前很多制造业面临着用人难，特别是专业技能人才的缺口尤其庞大，企业往往面对着减员提效和扩大产能的双重矛盾，这也从反面印证了建设智能工厂的急迫性。第三个原因则是技术层面，随着产业机器人、工业互联网、视觉机器等高新技术的日渐成熟，智能工厂建设的客观技术条件也已经具备，这些都使得我国制造业企业，特别是大型龙头企业建设智能工厂的动力非常充足。同时，在大型企业中，特别是化工企业中我国的国有企业占据了大半壁江山，国有企业自身的资金和技术实力强劲，企业底蕴深厚，加上国家政策的引导，比起国外私人企业天然地具有更长远的生产力发展自觉，这就使得我国的智能工厂更有发展空间。

目前我国一些智能工厂的建造主要集中在诸如白色家电、交通制造、食品药品、机械制造、家居建材等科技、资金和技术密集型行业，这些行业企业，特别是龙头企业对生产线自动化、智能化改造的需求十分强烈，一些行业领头羊已经开始品尝第一口螃蟹。

海尔集团是我国著名家电品牌，公司旗下的佛山洗衣机生产基地目前已经采用高调度性的自动生产系统，广泛使用高精度机器人，配合使用全流程订单管理，并通过大数据、云计算系统实现全程回溯，做到了人机实时交互；东莞的劲胜公司是一家专业生产手机壳的市场细分龙头企业，企业全面使用国产工业生产软件、国产生产线等，通过先进智能系统，企业一拿到新机模型就能够通过数字建模完整映射出手机壳设计，建立了在该细分领域的领先地位。

4 现阶段国有化工企业建设智能工厂的主要问题和认知误区

4.1 单纯依靠技术，冲动型购置智能化生产设备和生产线，没有考虑企业实际运行情况

不仅仅在化工行业，大量制造业企业简单地认为推进智能工厂建设就是把原有生产线进行改造，做到自动化和机器人化就行了，一味追求“无人化”生产，强行推进机器换人工，甚至有的企业只注重提升硬件设备，连基本的配套软件都不愿采购，致使建设的智能工厂成了摆设，丝毫未能发挥应有作用。

4.2 没有实现数据采集、数据传输和数据应用

智能工厂建设一个很重要的方面就是建设工业互联网，推进信息化系统完善，而传统化工企业在购置相应的装备时没有应用数据、应用工业互联网的意识。一是没有提早留有数据接口，二是没有配套的数据网络，三是没有建成相应的数据平台。实际上，国际上一些制造业巨头在建设自己的智能化工厂时都建设有完整的数据传输协议，甚至有的还有专门的数据平台。

4.3 智能工厂建设仍然存在“数据黑箱”

化工企业在建设过程中，即便有了建设“数据库”的意识，但缺乏整体思维和系统性思维，在一些关键节点和控制性工程上缺少数据控制。这就导致很难形成系统的数据资源，一些后续的设备维护、升级也很难跟上，一旦出现问题，便难以妥善解决，极大地增加了运营成本和运营难度。

4.4 关键节点、重要环节的自动化和信息化水平有待提高

智能工厂的建设涉及的环节很多，比如自动化控制系统、数据传感器、工业互联软件等等领域，想一整套全部盘下来还是存在不小的难度。很多企业受限于自身的规模和资金实力，往往很难全盘自己掌握，外包又害怕商业机密的泄露，导致在一些关键环节上不敢全盘接受智能化，使得智能工厂的建设大打折扣。

5 建设智能工厂的未来方向

毫无疑问，建设智能工厂的前途是光明的，特别是对国有化工企业来说具有很强的现实意义。关于智能工厂建设的总体原则，一是要明确目标。它是一种事物内在发展的原生动力，当企业成长到一定规模，必然的一种需求，它不是“面子工厂”。

二是要尊重客观规律。每一个企业、每一个行业都有它的特殊性，作为一个在行业内打拼很久的企业应当有很深刻的认知，这就要求在建设智能工厂的时候要紧紧贴合实际，立足企业所在的市场地位，去匹配自己的需要。

三是要树立数据意识、技术意识、专利意识。很多企业在建设智能工厂的时候，仍然只注重自己本行业产品的生产，没有把智能工厂出产的数据、信息、技术、专利等等纳入企业财富的管理系统中，这往往是短视的表现。实际上，随着智能技术的应用和普及，数据、技术、信息、专利这些才是企业最大的财富。

5.1 标准化建设面向未来的智能化工厂

标准化建设是任何一个行业做大做强的必由之路，标准化做不好是很难行稳致远的，对于国有化工企业来说更是如此（化工企业涉及安全、度量、质检等多方面标准）。比如作业标准要是不统一，就会造成行业内产品良莠不齐，消费者信心丧失；设备管理的标准如果不统一，那么设备之间通讯就存在极大困难，工业互联网就是一句空话；工厂管理的标准如果不统一，上下级之间、平级之间沟通不畅，厂内管理就会出问题；而如果质量标准不统一，行业问题就会更大。

为此，在化工企业建设智能化工厂的过程中，首要的就是树立牢固的标准化意识，多向世界先进企业、行业头部企业学习，向国家有关主管部门咨询。比较重要的一些规范和技术标准是一定要掌握的，简单列举：生产全流程规范、设备检修规范、智能化厂房验收标准等等规范，技术标准包括信息化厂房建设标准、信息中心数据中心建设标准、数据通信协议等等。

5.2 全面加强智能化、智慧化单元建设

现阶段，智能化、智慧化单元的建设在我国国有企业中还处于摸索阶段，但毫无疑义，它会成为将来建设智能化、智慧化厂房的基础、重要模块。作为行业重要或者头部企业在建设智能化厂房的时候要把智慧化单元建设放在更加突出和重要的位置上，这是将来参与标准化制定和增加市场议价权的重要依据。

5.3 人机交互比简单使用机器人更加重要

很多国有企业在建设智能化工厂的过程中产生误区，简单地把有多么节省人力和多大程度上运用机器人作为一个“卖弄点”，实际上这是非常不科学的。智能化应当是在控制合理成本的基础上，最大程度的提高产出，追求的应当是企业的整体效益。比如一些岗位虽然看上去只是简单的机械维护，似乎是可有可无，但实际上长期看来这种岗位的设置是有多重意义的。它既可以维持机器必要的运转，也能够及时掌握传输的各项数据，更重要的是能够在“人机交互”的基础上实现信息的最大化利用，而这也恰恰是未来智能化工厂存在的最大意义。在这一点上看来，人机交互的意义远大于简单使用机器人的意义，毕竟未来是数据和信息的世界。

6 结束语

总而言之，随着市场竞争日益激烈，国有化工企业持续发展必须大力建设信息化系统，推进智能工厂建设，以完善工厂对员工的管理体系，实现控制系统的提升，提升资源利用效率，提高化工行业安全生产水平。智能工厂是实现化工企业智能化、数字化发展的必要手段，智能工厂建设贯通工业生产的所有重要流程，推动企业获得竞争新优势，实现企业竞争力的整体提升。

作者：南京化学工业有限公司 阮昆明

来源：《科学与信息化》2021年6月下