工业40智能制造内涵及其体系架构

一、工业4.0智能制造内涵

智能化制造作为工业4.0模式的核心，它可以通过智能设备更加合理与高效的使用制造设备，实现制造企业的价值最大化。智能制造会影响生产领域，让产品的研发、生产、渠道、销售、管理等实现一体化，并赋予产品定制化、可视化、低碳化特性。根据德国、美国等工业制造强国的实践经验得知，工业4.0智能制造主要包含：产品智能化、装备智能化、生产智能化、管理智能化和服务智能化。

第一，产品智能化。将现代通讯技术、传感技术应用到制造业，比如将传感器、存储器、传输器、处理器等设备装入到产品当中，使生产出的产品具有动态存储、通讯与分析能力，从而使产品具有可追溯、可追踪、可定位的特性；

第二，装备智能化。工业4.0模式下的工业生产装备需要与信息技术和人工智能等技术进行集成与融合，从而使传统生产装备具有感知、学习、分析与执行能力。生产企业在装备智能化转型过程中可以从单机智能化或者单机装备互联形成智能生产线或者智能车间两方面着手。但是值得注意的是，单纯地将生产装备智能化还不能算真正意义上的装备智能化，只有将市场和消费者需求融入到装备升级改造中，才算的上是真正实现全产业链装备智能化；

第三，生产智能化。在传统工业时代，产品的价值与价格完全由生产厂商主导，厂家生产什么消费者就只能购买什么，生产的主动权完全由厂家掌控。而在工业4.0时代，产品的生产方式不再是生产驱动，而是用户驱动，即生产智能化可以完全满足消费者的个性化定制需求，产品价值与定价不再是企业一家独大，而是由消费者需求决定；

第四，管理智能化。随着大数据、云计算等互联网技术、移动通讯技术以及智能设备的成熟，工业4.0模式管理智能化也成为可能。在整个智能生产系统中，企业管理者使用物联网、互联网等实现智能生产的横向集成，再利用移动通讯技术与智能设备实现整个智能生产价值链的数字化集成，从而形成完整的智能管理系统。此外，生产企业使用大数据或者云计算等技术可以提高企业搜集数据的准确性与及时性，使智能管理更加高效与科学；

第五，服务智能化。智能化服务作为智能制造系统的末端组成部分，起到间接连接消费者与生产企业之间的作用。工业4.0模式下的服务智能化最终特征体现在线上与线下的融合O2O服务，即一方面生产企业通过智能化生产不断拓展其业务范围与市场影响力，另一方面生产企业通过互联网技术、移动通讯技术将消费者连接到企业生产当中，通过消费者的不断反馈与意见提升产品服务质量。

二、工业4.0智能制造体系架构

由于我国的工业生产水平仍处于工业2.0时代，部分企业达到工业3.0水平。根据实际发展情况来看，中国的工业4.0智能制造体系架构应当是一个通用的制造体系架构模型，可以为工业4.0技术的发展提供开发、集成与运行功能，以形成制造业在研发、生产、服务等阶段智能化，并且通过互联网或者物联网技术建立制造业的价值网络，进而建成具有灵活性、持续发展性的智能制造体系。由于智能制造体系是一项集计算机原理与各种智能网络为一体的复杂性系统，因此在建设过程中需要做好以下准备：第一，重视智能制造体系的顶层设计规划，应将智能制造系统的主体和其它辅助要素统一标准化研究，尤其是管理、安全与评价等要素。同时，要协调好不同生产行业的标准，包括执行协议标准、通信标准、数据传输格式等，以防重复浪费建设；第二，智能制造体系架构应当以生产企业实际需求制定标准，与生产企业的实际生产能力紧密结合。最好先设立智能制造示范点，通过预先设定的标准进行实践，进而挖掘深层次的标准化需求，并通过智能制造架构评价体系对示范点的效果进行评价，完善智能制造体系架构；第三，加快制造业的信息物理系统铺设，将信息通讯技术渗入到制造业领域。通过信息物理网络改变传统的设备与人之间的联系，从根本上改变制造业劳动力结构，进而创造出新的商业模式。具体智能制造体系架构如图1所示。

（图1 智能制造体系架构 来源：中机院）

由图1智能制造体系架构图可知，智能制造系统分为三部分，分别为数字系统标准化、信息物理生产系统以及智能在线服务，其中信息物理生产系统为核心组成，具体又包含智能装备系统、智能执行系统与智能管理系统。具体而言：

第一，数字系统标准化。智能制造系统的标准化将贯穿整个价值网络，只有开发出一套单一而又简单的标准，才可以将不同的制造企业连接起来。智能制造标准化体系应当以制造企业为核心，按照A基础共性、B关键技术、C重点行业三个层次来综合制定标准。A基础共性作为标准化的最底层，应当包含安全标准、管理标准、评价标准、监测标准等基础性标准以支撑B关键技术层与C重点行业层。B关键技术层是连接A基础共性与C重点行业的关键层，起到承上启下的作用。C重点行业层作为标准化的顶层，要按照不同行业需求，有针对性地推进智能制造；

第二，信息物理生产系统，即CPS系统。信息物理生产系统是将计算机技术、通信技术、感知技术、自动化控制技术等技术融合，在物理空间中构建了人、机器、信息、环境等要素相互交互、协同与映射的复杂系统，通过不间断的数据交流与感知，实现了实时分析、科学决策、精准执行的高效系统。CPS系统的核心要素包含一硬、一软、一网、一平台四大要素。其中，一硬指的是智能自动控制系统硬件，一软指的是可以进行分析、策划、执行的工业软件，一网指的是可以将智能装备系一平台指的是可以进行数据搜集、分析的工业云平台或者工业服务平台；

第三，智能实时在线服务系统。智能服务系统处于智能制造体系架构的末端，具有连接消费者与生产者的作用。其技术核心为云计算与大数据技术。当消费者有问题，智能服务系统可以通过大数据技术搜集问题答案并及时反馈给消费者，如果智能服务系统不能解决客户的问题，那么服务系统会自动将存在的问题转接到专家以及时解决消费者问题。(作者：陈丽娟)

智能制造生产线由哪些部分组成？

智能制造生产线是由多个智能化设备和系统组成，其结构清晰，功能完善。以下是智能制造生产线的主要组成部分：

一、传感器网络：

用于采集各种生产数据和环境信息，如温度、湿度、压力等。

实时传输数据给后续的处理系统，为生产过程的监控和控制提供基础数据。

二、控制系统：

是智能制造生产线的核心部件，对生产过程进行监控、控制和优化。

根据传感器提供的数据进行计算和判断，控制设备的运行状态，确保生产过程的稳定性和高效性。

可以根据不同的需求进行编程和调整，实现自动化控制。

三、机器人系统：

用于完成自动化生产，代替人工完成重复性、繁琐的工作。

机器人系统可以提高生产效率，减少人力成本，并且能够保证生产质量。

四、机械设备：

是智能制造生产线中最基础的组成部分，用于完成产品加工、装配等工作。

在智能生产线中，机械设备被赋予了更高级别的功能和任务，如自适应性、自学习性等。

五、数据分析系统：

通过对传感器采集的数据进行分析处理，为制造过程提供数据支持和决策依据。

数据分析系统可以优化生产过程，提高生产效率，降低生产成本。

六、信息管理系统：

对生产过程中的信息进行汇总、管理和分发，保证各个环节的沟通和协作。

信息管理系统可以提高生产的透明度和可追溯性，降低生产风险。

七、人机交互界面：

是操作员与设备进行交互的接口，用于实时监测生产过程中的各项参数，并对设备进行控制。

人机交互界面可以提高生产的灵活性和可操作性，降低操作难度。

八、其他辅助系统：

智能制造生产线还可能包括其他辅助系统，如智能仓储系统、RFID读写器等，以实现更全面的智能化管理。

这些组成部分相互配合，共同实现智能制造生产线的智能化、自动化和高效化。随着技术的不断进步和发展，智能制造生产线的组成和功能也将不断得到完善和提升。

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