什么是智能工廠？
發(fā)表時間：2022-12-14
顧名思義，智能工廠是……智能的。智能工廠是機器、通信機制和計算能力的互連網(wǎng)絡，是一個信息物理系統(tǒng)，它使用人工智能 (AI) 和機器學習等先進技術來分析數(shù)據(jù)、驅動自動化流程并隨時學習。
智能工廠和智能制造是被稱為 工業(yè) 4.0 或第四次工業(yè)革命的技術變革的一部分。前三次工業(yè)革命中的每一次都誕生于一種創(chuàng)新的新技術，它徹底改變了我們工作和制造商品的方式：即蒸汽機、裝配線和計算機的力量。今天，第四次革命是由數(shù)字化轉型和智能自動化驅動的。
在過去幾年中，企業(yè)領導者越來越明顯地認識到，數(shù)字化轉型是希望在 2020 年代具有競爭力和彈性的供應鏈和制造業(yè)務的當務之急。疫情進一步暴露了全球供應鏈薄弱環(huán)節(jié)和行業(yè)脆弱性?！陡２妓埂冯s志的一篇 文章 重申了這一點，稱“COVID-19 向世界展示了制造業(yè)應該已經(jīng)知道的事情。傳統(tǒng)的供應鏈和制造生態(tài)系統(tǒng)正在失敗，我們需要轉向適應性更強、更敏捷、完全數(shù)字化的解決方案?！?/span>
消費者的期望也有助于智能工廠技術和未來工廠的發(fā)展。被稱為亞馬遜效應的消費者對次日送達的需求一直在穩(wěn)步快速增長。根據(jù)《 企業(yè)家》雜志 2019 年的報道，“無論好壞，美國經(jīng)濟和全球經(jīng)濟都處于亞馬遜效應的陣痛之中。電子商務供應商承受著與亞馬遜的速度和效率相匹配的越來越大的壓力，而且沒有證據(jù)表明消費者的期望正在放松?！?nbsp;這種趨勢是對智能工廠技術需求不斷增長的一個主要因素，因為過時的系統(tǒng)證明無法滿足跟上這一現(xiàn)象所需的物流和倉儲能力規(guī)模。
制造商和供應鏈經(jīng)理在努力減少對國際合作伙伴的依賴時面臨進一步的風險和運營中斷。按需制造和虛擬庫存等智能工廠解決方案當然可以最大限度地減少對海外供應商和制造商的依賴。然而，正如《哈佛商業(yè)評論》在 2020 年的一篇文章中指出的那樣 ，將制造業(yè)帶回美國說起來容易做起來難 “制造商已經(jīng)求助于專家和分包商，他們只專注于一個領域——甚至這些專家也不得不依賴許多其他領域。正如世界已經(jīng)開始依賴不同地區(qū)的鐵礦石或鋰金屬等自然資源一樣，它也變得依賴于這些專家所在的地區(qū)。” 增加國內制造當然可以降低成本和供應鏈風險，但并不一定會消除對海外合作伙伴的需求，也不一定會減少供應鏈中的環(huán)節(jié)總數(shù)。因此，采用數(shù)字工廠技術來優(yōu)化效率和可見性比以往任何時候都更加重要。
我們經(jīng)常談論自動化流程，就好像它們是智能工廠所獨有的——然而自動化和機器人技術已經(jīng)在制造業(yè)務中使用了幾十年。許多傳統(tǒng)工廠在其運營的各個部分都使用自動化機器，例如條形碼掃描儀、相機和數(shù)字化生產(chǎn)設備。但這些設備并沒有相互連接。傳統(tǒng)工廠中的人員、資產(chǎn)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)都相互隔離運行，必須持續(xù)進行人工協(xié)調和集成。
智能數(shù)字工廠通過將機器、人員和大數(shù)據(jù)集成到一個數(shù)字連接的生態(tài)系統(tǒng)中來運作。智能工廠不僅整理和分析數(shù)據(jù)，而且實際上從經(jīng)驗中學習。它解釋數(shù)據(jù)集并從中獲得洞察力，以預測趨勢和事件，并推薦和實施智能制造工作流程和自動化流程。智能工廠通過不斷的程序改進來自我糾正和自我優(yōu)化——它可以教會自己（和人類）變得更有彈性、更有生產(chǎn)力和更安全。
智能工廠的基本結構可以大致概括為三個步驟：
1.數(shù)據(jù)采集： 人工智能和現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術允許在企業(yè)、供應鏈和世界范圍內管理和采集不同的有用數(shù)據(jù)集。通過傳感器和網(wǎng)關，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 允許連接的機器將數(shù)據(jù)收集到系統(tǒng)中。通過無數(shù)其他數(shù)據(jù)門戶，人工智能系統(tǒng)可以編譯與績效、市場趨勢、物流或任何其他潛在相關來源相關的數(shù)據(jù)集。
2.數(shù)據(jù)分析： 機器學習和智能業(yè)務系統(tǒng)使用高級分析和現(xiàn)代數(shù)據(jù)管理解決方案來理解收集到的所有不同數(shù)據(jù)。IoT 傳感器可以在機器需要維修或保養(yǎng)時發(fā)出警告?？梢詤R編市場和運營數(shù)據(jù)以發(fā)現(xiàn)機會和風險。可以隨著時間的推移研究工作流程效率，以優(yōu)化性能并根據(jù)需要自動更正。事實上，可以比較和分析的數(shù)據(jù)集呈現(xiàn)出幾乎無限的組合可能性，可為數(shù)字工廠優(yōu)化和供應鏈預測提供信息。
3.智能工廠自動化： 數(shù)據(jù)采集和分析完成后，工作流程就會建立起來，指令會發(fā)送到系統(tǒng)內的機器和設備。這些設備可能位于工廠的四壁之內，也可能位于供應鏈中物流或制造環(huán)節(jié)的遠處。智能工作流程和流程不斷受到監(jiān)控和優(yōu)化。如果新聞報道警告對某種產(chǎn)品的需求激增，則可以指示 3D 打印機工作流程提高該產(chǎn)品的生產(chǎn)優(yōu)先級。如果原材料運輸延遲，可以輪換庫存緩沖以消除任何中斷。
許多企業(yè)的供應鏈運營和系統(tǒng)幾十年來基本沒有改變。但是，由于消費者的期望和經(jīng)濟不確定性處于歷史最高水平，供應鏈經(jīng)理需要能夠提供可衡量的顯著收益并能夠迅速帶來收益的解決方案。據(jù) 《福布斯》雜志報道，2017 年只有 43% 的制造商正在實施智能工廠計劃。到 2019 年，其中 68% 的人做到了。對于投資于數(shù)字化轉型和智能工廠解決方案的公司而言，有可能獲得顯著的商業(yè)利益，包括：
生產(chǎn)力和效率： 縱觀其歷史，制造業(yè)一直主要是關于反應——觀察已經(jīng)發(fā)生的事件或趨勢，然后在事后嘗試將業(yè)務引向不同的方向。智能工廠技術旨在減少對反應性實踐的需求，并將供應鏈管理轉變?yōu)楦邚椥院晚憫缘哪Ｊ?。使用預測分析和大數(shù)據(jù)分析可以識別和實施優(yōu)化流程。即時庫存管理，準確的需求預測和提高上市速度是智能工廠帶來的一些效率優(yōu)勢。在數(shù)字洞察力的增強下，在智能工廠工作的人們也能夠簡化他們的工作，從而提高運營的整體生產(chǎn)力。在他們 2019 年的智能工廠 研究中，德勤告訴我們， “在投資智能工廠計劃后，公司在制造產(chǎn)出、工廠利用率和勞動生產(chǎn)率等領域報告了高達 12% 的收益。此外，到 2030 年，擁有智能工廠的制造商的凈勞動生產(chǎn)率可能會超過傳統(tǒng)工廠 30%。”
可持續(xù)性和安全性：消費者越來越愿意為他們知道使用對社會和環(huán)境負責的方法采購和制造的產(chǎn)品多花一點錢。現(xiàn)代智能工廠技術使企業(yè)比以往任何時候都更容易發(fā)現(xiàn)和實施更多綠色、安全和對社會負責的制造實踐的機會。智能工廠經(jīng)理可以使用區(qū)塊鏈和 RFID 傳感器等數(shù)字創(chuàng)新來確保所有材料和用品的無可辯駁的來源和質量控制——即使來自供應鏈中最遙遠的環(huán)節(jié)。在離家更近的地方，國際自動化學會 報告 機器人和自動化設備可以幫助減少或消除導致工傷的五個主要原因中的三個。
產(chǎn)品質量和客戶體驗： 就像孩子們的電話游戲一樣，傳統(tǒng)制造商通常很難確保他們的指令被其供應鏈中的低級供應商和制造商準確接收和遵循。在智能工廠中，智能工廠中的云連接和端到端可見性為制造過程的所有層級帶來實時洞察和建議?？焖俣ㄖ坪晚憫粩嘧兓内厔莸哪芰σ馕吨a(chǎn)品緊跟客戶需求。系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高級分析可以快速發(fā)現(xiàn)弱點或需要改進的地方。這會提高市場競爭力，改善產(chǎn)品評論，并減少代價高昂的退貨或召回。
智能工廠技術非常靈活。隨著數(shù)字化轉型計劃在企業(yè)中的興起，幾乎可以根據(jù)需要進行擴展、修改和調整。
云連接： 無論是公共云、私有云還是混合云， 云 都是智能工廠中所有數(shù)據(jù)和信息流動的管道。業(yè)務范圍和全球云連接確保業(yè)務的每個領域都使用實時數(shù)據(jù)運行，并且可以立即查看供應鏈中所有連接的資產(chǎn)和系統(tǒng)。
人工智能： 使用集成 人工智能 技術的操作系統(tǒng)具有速度、能力和靈活性，不僅可以收集和分析不同的數(shù)據(jù)集，還可以提供實時洞察和響應性建議。智能工廠內的自動化流程和智能系統(tǒng)通過人工智能不斷優(yōu)化和通知。
機器學習：機器學習為智能工廠帶來 的最有價值的好處之一 是它進行高級預測性維護的能力。通過監(jiān)控和分析制造過程，可以在系統(tǒng)故障發(fā)生之前發(fā)出警報。根據(jù)情況，可以進行自動維護，或者在必要時建議進行人工干預。
大數(shù)據(jù)： 強大的大型數(shù)據(jù)集允許在智能工廠中進行預測和高級分析。企業(yè)早就了解 大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)略價值， 但直到最近，還常常缺乏有效利用大數(shù)據(jù)所必需的系統(tǒng)。供應鏈和智能工廠的數(shù)字化轉型為企業(yè)利用大數(shù)據(jù)洞察力進行優(yōu)化和創(chuàng)新開辟了廣闊的天地。
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT)： 在智能工廠中，當設備和機器配備唯一標識符并能夠發(fā)送和接收數(shù)字數(shù)據(jù)時，它們就構成了 IIoT 網(wǎng)絡?，F(xiàn)代機器可能已經(jīng)擁有數(shù)字門戶，但即使是幾十年前的模擬機器也可以安裝 IIoT 網(wǎng)關設備，以加快速度。從本質上講， 從 設備發(fā)送的數(shù)據(jù)報告其狀態(tài)和活動，而發(fā)送 到 設備的數(shù)據(jù)控制和自動化其操作和工作流程。
數(shù)字孿生：機器或系統(tǒng)的精確虛擬復制品成為其數(shù)字孿生。它允許以最小的操作風險實現(xiàn)最大的創(chuàng)新和創(chuàng)造力。數(shù)字孿生可以被推到極限，以多種虛擬方式重新配置，或在現(xiàn)有系統(tǒng)中測試其兼容性——所有這些都不會在物理世界中產(chǎn)生風險或資源浪費。
增材打?。?/span>也稱為3D打印，它允許智能工廠使用智能自動化進行按需生產(chǎn)。這在供應鏈意外中斷或產(chǎn)品需求突然出現(xiàn)時尤為重要。但即使是在照常營業(yè)的情況下，虛擬庫存也可以通過允許及時制造而大大減少風險和浪費。
虛擬現(xiàn)實 (VR) 和增強現(xiàn)實 (AR)： 2019 年，Assembly Magazine 將 VR 可穿戴設備在智能工廠中的一些應用描述 為“能夠將環(huán)境條件、庫存水平、過程狀態(tài)、裝配錯誤數(shù)據(jù)、利用率聯(lián)系起來，以及以上下文相關的方式（你看或走的地方）的吞吐量指標。” 這種身臨其境的感官體驗讓用戶可以利用來自任何地點或時間點的實時數(shù)據(jù)來 增強他們的自然感官——從而暢通無阻地了解工廠狀態(tài)。
區(qū)塊鏈： 幸運的是，隨著智能工廠技術的進步，安全解決方案也在與時俱進。 區(qū)塊鏈 在供應鏈中有許多應用，從與供應商創(chuàng)建“智能合約”到跟蹤貨物來源和整個供應鏈流程的處理。在智能工廠中，區(qū)塊鏈對于管理整個企業(yè)對連接資產(chǎn)和機器的訪問特別有用——保護系統(tǒng)的安全性和這些設備所持有記錄的準確性。
現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫： 內存數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)代 ERP 系統(tǒng)是工業(yè) 4.0 以及所有智能工廠和智能供應鏈解決方案背后的“大腦”。推動傳統(tǒng)的、基于磁盤的數(shù)據(jù)庫——通常遠遠超出其限制——以跟上運行智能工廠和現(xiàn)代供應鏈所需 的復雜數(shù)據(jù)管理和分析功能。
2020 年為全球企業(yè)帶來了巨大的顛覆和運營風險。在 COVID-19 之前，德勤 2019 年 對 600 多名制造業(yè)高級管理人員進行的一項調查報告稱，86% 的人認為在未來五年內，“智能工廠計劃將成為制造業(yè)競爭力的主要驅動力?！?nbsp;如今，數(shù)字化轉型和供應鏈現(xiàn)代化比以往任何時候都更從長期目標轉變?yōu)闆Q心創(chuàng)新和競爭的公司的緊迫和當務之急。
如何開始智能工廠轉型將取決于您現(xiàn)在所處的位置以及哪些流程對您的業(yè)務最關鍵。初始系統(tǒng)審計將幫助您分析和盤點現(xiàn)有流程、資產(chǎn)和業(yè)務系統(tǒng)。在開始自動化工作流程和制造流程之前，您需要評估它們目前的情況。
在開始數(shù)字化轉型之旅時，請務必記住，智能工廠的“智能”來自其先進的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)管理能力?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)庫和 強大的 ERP 系統(tǒng) 是智能工廠背后的大腦。它們支持驅動系統(tǒng)的高級功能。任何智能工廠轉型成功的一個主要因素將是現(xiàn)有業(yè)務系統(tǒng)管理大數(shù)據(jù)和集成人工智能、機器學習和高級分析等技術的能力。
最后，關于智能工廠轉型的最好的事情之一是，要有效，它不必一下子發(fā)生。它也不需要中斷或暫停現(xiàn)有的業(yè)務活動。企業(yè)為實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)現(xiàn)代化和優(yōu)化而采取的每一項舉措都將使他們離完全集成的智能工廠更近一步。此外，就其本質而言，智能工廠技術會收集和分析數(shù)據(jù)。這意味著從安裝那一刻起，任何新數(shù)字技術的影響和投資回報率都可以被衡量和評估。
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