智慧工厂的概念.docx

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1、设备数字化人员数字化设施数字化过程数字化智慧工厂的概念第4章智慧工厂的定义及愿景4.1 智慧工厂的定义随着科学技术的进步，越来越多的高新技术用于工厂的建设中，工厂也变的逐渐智能起来。但人类的追求也永无止境，为了适应世界经济一体化的发展，人们需要一个更加智慧的工厂，以满足工厂内生产、生活、管理的更高要求。我院所理解的智慧工厂就是以智能技术、数字技术、信息技术为基础，通过物理基础设施和信息基础设施的融合，整合工厂内的人员、机器、设备和基础设施实施多系统之间实时的管理、协调和控制，在此基础上，可以以更加精细和动态的方式管理生产，达到“智慧”状态，从而提高工厂的管理效率和生产效率。现代通信技术网络技术

2、显示技术自动控制技术信息传输信息处理信息分析信息应用图4-1智慧工厂的定义就像人之所以拥有智慧，正是人可以凭借着视觉、触觉、嗅觉、听觉从外界感知信息，然后转化为大脑可以理解的信息，凭借着以前的知识、经验对信息进行整理、分析，然后决策，最后采取正确的反应和行动。所以智慧的工厂也是一样，通过智能化的感知系统采集信息，然后通过数字化转化为计算机可以理解的信息，通过信息系统的处理、分析，最后形成最优的决策，然后通过智能化系统中的自动化控制技术、显示技术以对事件做出最佳的动作。4.2 智慧工厂的特征智慧工厂是一个由企业不同园区间相互组成网络，包括智慧的创新网络、智慧的制造网络和智慧的管理网络，是建立在“

3、云计算”（更确切的是“云制造”）基础上的，其物理基础是互联网、无线网和物联网，应该具有更透彻的感知、更广泛的互联互通、更深入的智能化的特征。1、更透彻的感知更透彻的感知指的不仅仅是现在我们能从网络所获取到的数字信息，而是包括从射频识别（RFID）装置、传感器、摄像头、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备所能感知到的数字信息，也就是说，人们可以在任何时间、任何地点，通过多种方式感知、测量、捕获和传递信息。2、更广泛的互联互通更广泛的互联互通是指通过各种形式的高速的高带宽的通信网络工具，将个人电子设备、生产设备、建筑设施、和工厂信息系统中收集和储存的分散的信息及数据连接起来，进行交互和多方共享。

4、从而更好地对环境和业务状况进行实时监控，从全局的角度分析形势并实时解决问题，使得工作和任务可以通过多方协作来得以远程完成，从而彻底地改变了整个工厂的运作方式。3、更深入的智能化更深入的智能化是指深入分析收集到的数据，以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定问题。这要求使用先进技术（如数据挖掘和分析工具、科学模型和功能强大的运算系统）来处理复杂的数据分析、汇总和计算，以便整合和分析海量的跨地域、跨行业和职能部门的数据和信息，并将特定的知识应用到特定行业，特定的场景，特定的解决方案中以更好地支持决策和行动。4.3 智慧工厂的愿景企业园区主要由组织(人)、基础设施、生产设备、能源、通信以及业务等系

5、统组成，这些系统不是零散的，而是以一种协作的方式相互衔接。未来的智慧工厂，就是能够充分运用信息和通信技术手段感测、分析、整合工厂运行核心系统的各项关键信息，从而对于包括建造、运维管理、办公环境、沟通交流、能源管理、安全管理、生产设施管理等的各种需求做出智能的响应，为工厂提供一个高效、安全、节能、环保、舒适的生产、研发、销售和管理环境的绿色高科技、可持续发展工业园区。图4-1智慧工厂的未来未来的智慧工厂将会是一个信息物理融合的智慧工厂。它是一个计算机网络、通信网络、控制网络、物联网相互连接的，综合计算、网络、感知、控制、沟通的信息物理融合网络。通过计算(Computation)、通信(Commu

6、nication)感知（Sensor）和控制（COntrOI）的有机融合与深度协作，实现系统的实时感知、动态控制和信息服务。通过人机交互接口实现和物理进程的交互，使用网络化空间以远程的、可靠的、实时的、安全的、协作的方式操控一个物理实体。同时每一个单独的系统都是一个智能体，通过将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治的能力，系统之间紧密结合与协调，达到更加智慧的状态。未来的智慧工厂将是一个虚拟与现实相融合的智慧工厂。工厂的所有物理实体和行为活动均通过各种手段实现了数字化和虚拟化，形成一个伴随物理世界同步运转的可视化的智慧仿真工厂

7、。这个智慧仿真工厂通过即时的数据交互接口和现实工厂的实体对象之间保持动态联系，实时反映实体之间以及实体与外界间的信息交换活动与实体本身全生命周期中的状态变化，并能根据丰富的历史数据和专家知识预测工厂各项活动的发展趋势，为智慧工厂的管理提供一种可视的、动态的、及时的、准确的、智慧的管理。未来的智慧工厂将会是一个体现绿色云制造的智慧工厂。在“制造即服务”理念的基础上，通过将企业的制造全生命周期活动中的各类制造设备（如工业设备、计算设备）及制造过程中的各种模型、数据、软件、领域知识数字化，借助于信息物理融合网络形成可实时感知、动态控制的资源，实现制造资源的虚拟化、优化调度和协同互联，建立起共享制造资

8、源的服务平台，将巨大的制造资源池连接在一起,提供各种制造服务,实现制造资源与服务的开放协作、资源高度共享。我们将未来智慧工厂的愿景具体分为以下四个部分：1、智慧的建造智慧建造是综合利用信息技术、并行工程、系统仿真、项目管理、建筑生产管理等多种技术手段，以精益建造为核心目标的建设过程。可视化管理方面：基于工厂信息模型（PIM）进行设计和成品交付，一方面，工程相关参与方人员能够利用精确的PIM模型讨论施工安排和管理绩效；另一方面，施工人员能够在详细而准确的图纸指导下展开施工。同时针对管线复杂的区域，采用导出模型效果图现场张贴的办法，进行指导，由模型导出的效果图，其最大作用就是所见即所得，能有效地帮

9、助工人、管理人员、监理及业主直观的对照现场的实物，及早地发现问题和解决问题。在施工现场发生变更要求的时候,能够利用PIM模型进行变更方案可行性和变更影响模拟推敲，较好的控制变更带来的不确定性。在形象进度控制和安全建造生产管理方面，配合视频监控和模型多媒体资料关联技术，可以将现场画面直观的反馈给项目相关方管理人员，更好地实现管理控制。虚拟设计建造方面:在工厂建成之前即通过虚拟设计对预期的建成运行效果进行风、光、电、热、声及污染扩散等建筑性能仿真分析，结合分析结果评估方案能耗，优化设计方案，实现绿色工厂节能、环保和可持续发展；在施工建造开始之前对预期的施工方案进行建造工艺模拟，对场地、运输、施工顺

10、序等进行优化，并合理调度工序间衔接、减少材料缓冲库存、提高设备机具利用率，及时发现问题，实现精益施工管理。进度控制方面：应用PIM工具分析出施工难度大、作业时间长、交叉面较多的位置，便于进行机电的整体进度安排，模拟施工建造顺序，减少现场协调的工作量和难度和返工引起的进度延误。并通过建立节点形象进度模型进行仅对比对的方式，能有效地帮助管理人员、监理及业主直观的发现进度延误问题，及时调整计划，确保项目工期。成本控制方面：应用PIM工具对设计方案机电各管线的工程量、物料需求进行统计，便于实现管线的远程工厂化预制，最大限度减少损耗、缩短工期。利用三维管线综合优化管线设计方案、施工工艺，避免因错漏碰缺和

11、系统施工顺序失误引发的返工浪费。质量控制方面：利用PIM模型的可视化功能，可以对设计方案进行全方位审核，及时发现并排除不符合建设意图的设计，对设计质量进行控制；利用P1M模型的信息集成功能，一方面可以建立施工过程质量记录档案，另一方面可以将材料报验、阶段验收资料和模型关联，便于对比设计要求和覆盖范围，对施工质量进行控制关联。运维管理方面：通过无处不在的感知设备和自动识别技术，以及互相连接的网络，采用多层次的系统整合与信息传递，对建筑设施的设备、环境、能源、安全进行现场数据的自动采集、共享集成、管理和控制。在基于P1M模型的基础上，可以实现与工厂智能化集成系统、安防系统、MES系统、OA、ERP

12、等信息系统基于空间位置信息的集成，能够实现RFn）应用、固定资产管理、故障报修管理等应用中空间位置信息的自动定位；在故障运维中能够提供自动管路拓扑分析和影响范围分析，并通过二三维资料关联功能将相关设施设备的设计图纸、施工建设资料、备件资料、供应商资料等自动关联显示，根据历史维护工单记录自动提供维修建议，并借助统一通信平台向相关联系人自动发送报修申请、订货通知，向相关监控系统发送运维故障状态报告，并自动调用相应的视频监控画面。利用传感器和设备监控系统，自动监控设备运行状态，进行维护计划和基于运维专家库的故障预测提醒，保证生产设备设施资源及环境满足生产运营要求。2、智慧的建筑设施系统智慧的建筑设施

13、管理通过无处不在的感知设备，以及互相连接的网络，采用多层次的系统整合与信息传递，对建筑设施的设备、环境、能源、安全进行智慧的管理和控制，以及为办公、生产、管理提供智慧的手段。办公管理方面：通过统一的计算机网络、通信网络以及多媒体会议系统、广播系统、信息集成发布系统、一卡通集成系统、楼宇控制系统、智能照明系统等多种智能化系统的综合应用为企业工厂的工作人员提供良好的办公环境和高效的办公手段。例如，当有人在物业管理系统上预定了一间会议室举行会议，系统将自动通过统一通信系统的短消息系统发布到与会人员的手机上，同时通过集成的信息发布系统将会议通知发布到工厂内的信息发布平台上，当会议开始前，系统自动打开空

14、调控制系统将会议室温度调到合适的温度，将智能照明系统调到欢迎模式上，当会议开始后，通过集成的多媒体会议系统在讨论模式、演讲模式场景中自动切换，同时通过会议录播系统对会议进行录制、归档，以备后期查阅，当会议结束后，系统将转换到清扫模式，当清扫完成后，会议室被关闭后，门禁系统自动感知关闭空调、灯光。所以只有这些系统的深度集成和整合才能为工厂创造出智慧的办公环境和办公手段。沟通交流方面：把多种通信手段和方式（包括手机、固定电话、传真、短信、电子邮件、即时通信、视屏会议等）通过将语音，数据，视频和消息有效的整合在一起，使用户不受所处地点、时间、所使用终端类型、运营商网络条件、信息媒介类型等等条件限制，

15、都可以实现实时和有效的沟通，实现文字、语音、图像等各种媒介信息流的高效流动。还可以将通信系统作为IT系统的统一信息交换平台，通过开放的应用接口，实现通信资源和通信能力向其它业务应用的开放,实现各种信息媒介流在企业IT应用、办公系统、及生产系统之间的智能流动,实现各业务系统间信息流的自动交换，实现协同办公和移动办公。通过通信系统手段无缝的嵌入到各种企业IT信息化平台和业务流程的各个阶段之中，借助通信技术带来的高效沟通机制，减少业务延迟，提高工作效率，在降低成本的同时提高了生产力和灵活性，更好的为生产制造、运维管理、市场营销和客户服务。智慧的沟通交流使用户从关注通信方式到关注沟通效率，整合各种通信

16、手段，整合各种信息媒介，是通信系统具备了更有效、更人性化、更智慧的特点。安全管理方面：通过视频安防监控系统、门禁及出入口控制系统、防盗报警系统、巡更管理、消防报警系统、动力能源环境监控系统、访客管理系统、停车场管理系统进行深度的集成和充分的整合，并通过统一的软件界面实现视频、控制、报警、联动、数据的综合性应用处理，同时提供针对性的预案联动机制对整个工厂的人身财产安全、生产秩序保证提供一个综合性的安全管理平台。智慧的安全管理系统需要提供的不仅仅是简单的系统之间的硬集成，而是通过一个统一的平台，提供底层之间的基于业务之间的集成。能源管理方面:通过实时监视现有硬件设备的能源消耗及分析，同时提供水、电、汽等能源的虚拟数据。实现能耗可视化管理和效果评估，从而可以全面了解和掌握能源消耗的总体情况，精确记录各个环节和设备的能耗状况了解和分析能耗特性和趋势；发现能耗的异常消耗点,通过管