基于数字化交付的离散制造智能工厂规划设计路径研究

郑 奇，李凤岐，邹彦纯

（曼德产业协同创新设计院(天津)有限公司，天津 300350）

1 引言

智能制造的核心是智能工厂，智能工厂的核心是信息化与工业化深度结合，以信息化带动工业化，离散型制造业生产工艺复杂，对装备的智能化要求比较高，建设智能工厂是离散型制造业提质增效、节能降本的重要手段。

智能制造系统解决方案主要以建设智能产线、数字车间、智能工厂为目标，依托软件、硬件产品及服务系统的结合，实现离散型智能制造模式要素和人力、物料和机器等资源的信息交互、相互识别和系统集成，为制造业企业提供解决方案和提升改造服务，促进智能制造、绿色制造和工业互联网等新模式推广应用。

智能制造系统解决方案供应商应贴近行业发展实际，根据行业的特点及各企业的基础现状，为企业量身打造可落地、分阶段实施以及能有效解决问题的方案，同时形成可复制推广的模式，因此在为离散制造领域进行智能工厂规划设计时，要聚焦客户的可持续发展，通过需求满足，为企业打造对应的技术能力体系，助力企业、行业高质量发展，从咨询规划、方案设计和详细设计到数字化交付对系统解决方案技术路径进行规划设计。

2 研究与方法

（1）建设离散制造智能工厂，推动高质量发展

在《国民经济和社会发展“十四五”规划和二〇三五年远景目标》中，明确指出要坚定不移建设制造强国，智能制造是制造强国的发展途径，而智能工厂是实现智能制造的重要载体。

目前，我国离散型制造企业的智能化程度较低，智能制造的解决方案尚未形成体系，离散型智能制造系统解决方案商市场需求较大。依据智能工厂安全控制要求等标准，智能工厂应包括智能设计、智能生产、智能管理、智能物流和智能集成等关键技术。在充分考虑未来需求的基础上，结合企业的战略需要、生产需求以及智能工厂建设的要求，需要从规划设计、方案设计和详细设计到数字化交付建设出最合理的智能工厂，促进企业高质量发展，而系统解决方案在推进智能工厂建设过程中发挥着重要的作用，如图1所示。

图1 离散型制造企业高质量发展

（2）聚焦可持续发展，打造全过程咨询设计能力

智能制造系统解决方案包括软件、硬件以及系统服务能力等多方面的集成和管理，因此系统解决方案供应商在智能制造的推进过程中起着至关重要的作用。智能制造系统解决方案应聚焦于行业可持续发展的全过程咨询设计能力，将生产智能化与管理信息化想融合，从横向、纵向及端到端三方面进行集成，提供咨询规划、方案设计、详细设计及数字化交付四种服务，面向设备层、单元层、车间层、企业层及协同层五个层面进行管理，突破5G和工业物联网、人工智能、工业机器人、大数据、云计算以及面向服务的平台技术“6”种关键性技术，如图2所示。

图2 全过程咨询能力打造模型

3 打造离散型制造业智能工厂规划设计路径模型

系统解决方案商要考虑智能工厂的全过程管理，从智能设计、智能生产、智能物流和智能销售到智能服务等全生命周期涉及的关键技术，基于企业数字化交付来进行智能工厂建设规划过程分析，横向分为咨询规划、方案设计、详细设计及数字化交付四个阶段；纵向基于现状看方案的可持续性，从支撑条件看方案的安全性，从方案本身出发看方案的可靠性，从客户角度看方案的可信性。离散型制造业智能工厂规划设计路径模型如图3所示。

图3 离散型制造业智能工厂规划设计路径模型

（1）项目咨询规划

通过调查问卷、现场调研、座谈等方式，与企业研发、技术、生产、质量、管理、市场和财务等相关负责人员进行交流，对公司的基本情况及战略定位、需求、战略目标及方针等方面进行咨询、诊断分析，以智能化、数字化发展的总体思路，对智能工厂总体布局及架构设计、对智能制造系统及智能管理进行系统设计、对智能工厂风险进行分析，分析整体可行性后要明确智能工厂的资金预算、实施计划及评审结果。要以企业可实际投入的资金及未来可收益的预测为基础，以提质降本增效的原则对资金预算进行合理规划，并保证项目的可持续进行。项目咨询规划步骤如图4所示。

图4 项目咨询规划步骤

（2）方案设计

在以上项目咨询规划的基础上，基于公司的总体战略目标及阶段性目标的客户需求进行对标，同时基于精益生产理念及数字化设计，对智能工厂模型架构设计、工艺规划、物流规划、自动化系统规划、组织管理集成化设计、车间物联网系统规划以及信息化系统规划，制定出基于精益生产的实施路线图。方案设计步骤如图5所示。

图5 方案设计步骤

（3）详细设计

制定出实施路线图后，对智能工厂进行详细设计，要持续方案对标并持续优化，对工艺流程及布局设计、仓储物流设计、标识设计、三维信息建模及仿真优化、信息基础设施设计、智能装备与产线设计、生产过程数据采集和分析系统设计、车间物联网系统设计，最终进行信息化系统设计及总体集成设计。

根据企业实际需求，规划信息化实施的广度及深度，要基于目标有计划的加大智能装备的应用，并重点关注智能装备之间网络化、信息化协同。方案详细设计如图6所示。

图6 方案详细设计

（4）数字化交付

根据方案对标及持续设计和优化，在详细设计的基础上，基于最终的施工落地配合设计服务管理体系、辅助项目现场实施及配合服务、辅助采购招标服务及辅助交付验收服务，基于高质量交付的辅助培训和售后服务及智能工厂三维数字化交付服务，完成智能工厂的数字化交付，如图7所示。

图7 数字化交付

4 未来发展趋势

中国作为全球制造业大国，力图实现由制造大国向制造强国的转变，而智能制造作为制造业金字塔的顶端产业，其发展必将成为传统制造业产业转型升级的突破，而整个智能制造体系的综合呈现就是智能工厂，其标准化建设必将成为重中之重。按照国家《“十四五”智能制造发展规划》（征求意见稿），到 2025 年，建设1 000 个以上智能车间、100个以上引领行业发展的标杆智能工厂，因此打通智能工厂的生命周期管理，从智能设计、智能生产、智能物流和智能销售到智能服务等方面涉及的关键技术，系统解决方案供应商应加强与用户的供需互动，在充分理解用户需求的基础上，推进工艺、装备、软件、网络的系统集成和深度融合，提供专业化、高水平和一站式的集成服务。