工藝4.0時(shí)代，智慧工廠已經成為(wèi)現(xiàn)代工廠信息化(huà)發展的必然方向。智慧工廠是在智慧工廠的基礎上(shàng)，利用物聯網的技術和設備監控技術加強信息管理(lǐ)和服務(wù)；清楚掌握産銷流程、提高生(shēng)産過程的可控性、減少生(shēng)産線上(shàng)人(rén)工的幹預、即時(shí)正确地采集生(shēng)産線數據，以及合理(lǐ)的生(shēng)産計劃編排與生(shēng)産進度并加上(shàng)綠(lǜ)色智能(néng)的手段和智能(néng)系統等新(xīn)興技術于一(yī)體(tǐ)，從而構建出來(lái)的高效、節能(néng)、智能(néng)可控且網絡化(huà)的工廠。而智慧工廠的核心基礎單元，正是智造單元。

           智造單元，是設計與實施智造工廠的有效組線模式。作(zuò)為(wèi)一(yī)個(gè)最小的數字化(huà)單元，提供了(le)一(yī)個(gè)完整的多品種小批量的解決方案。甚至可以在不影響産線運轉的情況下(xià)，實現(xiàn)多種設備的在線入列和出列的切換。簡單講，它可以針對裝備制造業的離散加工現(xiàn)場(chǎng)，把一(yī)組能(néng)力相近的加工設備和輔助設備進行模塊化(huà)、集成化(huà)、一(yī)體(tǐ)化(huà)，實現(xiàn)智慧工廠各項能(néng)力的相互接口，具備多品種少批量（單件）産品生(shēng)産能(néng)力輸出的組織模塊。它從資源軸、 管理(lǐ)軸和執行軸這(zhè)三個(gè)角度，來(lái)實現(xiàn)基本工作(zuò)單元的模塊化(huà)、自動化(huà)、信息化(huà)，從而實現(xiàn)工廠的數字化(huà)、高效率運轉。

           智造單元的工作(zuò)原理(lǐ)如(rú)圖1所示：

           智造單元可以由如(rú)上(shàng)示意圖的“一(yī)個(gè)現(xiàn)場(chǎng)，三個(gè)軸向”來(lái)說(shuō)明，包括：資源軸向、内向管理(lǐ)軸向和工作(zuò)執行軸向。

           資源軸上(shàng)，主要是對人(rén)員(yuán)、流程、産品、設備的管理(lǐ)。資源可以是任何活動的對象，也(yě)可以是執行這(zhè)些(xiē)活動的前瞻主題。特别值得注意的是，員(yuán)工是寶貴的資産。工廠工人(rén)在物理(lǐ)世界生(shēng)産産品，不管職務(wù)是不是管理(lǐ)者，都會做決定并給其他人(rén)下(xià)達指示。

           而管理(lǐ)軸則是質量、成本、交期、安全，是生(shēng)産過程中核心輸出的要素管控與運維；而在執行軸PDCA，則是标準的戴明環，也(yě)就(jiù)是計劃（Plan）、執行（Do）、檢查（Check）、糾正（Action）。

           在明确了(le)工廠現(xiàn)場(chǎng)的三大主軸之後，智能(néng)制造的建設路(lù)徑就(jiù)浮出水面。通過智造單元的組合，整個(gè)智能(néng)工廠的建設，就(jiù)可以通過模塊化(huà)、分(fēn)區化(huà)的方式，進行自由的升級組合，從而大大提高智能(néng)工廠的建設效率。

           智造單元的構成

           智造單元的模塊構成包括：現(xiàn)場(chǎng)自動化(huà)、信息化(huà)和智能(néng)化(huà)，如(rú)圖2所示。

           從體(tǐ)系機構上(shàng)看，包括模塊化(huà)、單元化(huà)、集成化(huà)和一(yī)體(tǐ)化(huà)四部分(fēn)。模塊化(huà)和單元化(huà)可以令産品快(kuài)速得到推廣，集成化(huà)服務(wù)于一(yī)條産線，一(yī)體(tǐ)化(huà)解決了(le)一(yī)個(gè)系統範疇的智造生(shēng)态環境。

           再從軟件體(tǐ)系看，它以MES為(wèi)核心，可以獨立運行，而智造單元的系統則可自由兼容工廠原有的軟件。向下(xià)跟MDC/DNC連接，或者通過物聯直接與設備相連；向上(shàng)連接至PLM、CAPP、ERP；橫向與倉儲管理(lǐ)系統WMS對接；而在生(shēng)産任務(wù)執行上(shàng)，則可以連接高級優化(huà)排産系統APS上(shàng)，實現(xiàn)自動優化(huà)排産，實現(xiàn)高效生(shēng)産。

           智造單元與數字工廠的落成，絕不是智能(néng)體(tǐ)系的完成，而隻是一(yī)個(gè)開始。因為(wèi)在戴明環PDCA中，需要有一(yī)種持續改善的推動力——而人(rén)是最為(wèi)重要的環節。物理(lǐ)實體(tǐ)和數字虛體(tǐ)的CPS場(chǎng)景建設，是系統集成商(shāng)可以完成的；但(dàn)人(rén)的經驗和判斷，必須有客戶在現(xiàn)場(chǎng)生(shēng)産線上(shàng)的參與才可以執行。所以說(shuō)，一(yī)個(gè)智能(néng)制造的現(xiàn)場(chǎng)循環往複升級一(yī)定是三者相加才可以運行，單純任何一(yī)方建造一(yī)個(gè)智能(néng)工廠都不是客觀的表達。

           PDCA中最為(wèi)核心的就(jiù)是推動改善的動力源和方向，隻有把人(rén)的因素考慮進來(lái)，那麽這(zhè)個(gè)戴明環才有了(le)運轉方向。這(zhè)種基于人(rén)的優化(huà)，将人(rén)放(fàng)在閉環之中，不斷循環，才能(néng)逐漸形成智能(néng)部分(fēn)，這(zhè)就(jiù)是智能(néng)制造的核心。

           智造單元最為(wèi)重要的地方，就(jiù)是将“人(rén)機網”一(yī)體(tǐ)化(huà)。“人(rén)機物”與“信息流、物流”緊密地融合在一(yī)起。與傳統的“智能(néng)制造”過于強調“智能(néng)”的自決策性不同，智造單元一(yī)開始就(jiù)将人(rén)納入閉環之中，使得成為(wèi)人(rén)機協作(zuò)的典範。這(zhè)就(jiù)非常有實效的适應了(le)實施智能(néng)制造初期的基礎環境。

           智造單元的基本價值觀是，工廠現(xiàn)有的投資，需要得到最大的保護與傳承。這(zhè)就(jiù)意味着，繼往投入的設備等各種資産在将來(lái)可以被重複使用。一(yī)方面生(shēng)産自動化(huà)的柔性大幅度提高，同時(shí)，智造單元的思想，可以把車間(jiān)人(rén)工作(zuò)業單元作(zuò)為(wèi)一(yī)個(gè)能(néng)力中心，一(yī)體(tǐ)化(huà)進入車間(jiān)或公司的智能(néng)生(shēng)态系統。由于重用性的提高，人(rén)工單元能(néng)力中心的一(yī)體(tǐ)化(huà)進入，對既有設備的投資，具有非常強的保護，同時(shí)，又在整體(tǐ)的智能(néng)生(shēng)态下(xià)最大化(huà)的實現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設備的效率和效能(néng)。這(zhè)種四代同堂設備的運維方式，正是通過智造單元得以實現(xiàn)，體(tǐ)現(xiàn)了(le)自動化(huà)、模塊化(huà)和數字化(huà)的疊加效果。

           有了(le)以上(shàng)的硬件、軟件和模塊化(huà)組合，那麽智能(néng)單元，就(jiù)可以完成自由的組合，實現(xiàn)分(fēn)扇區、分(fēn)階段、分(fēn)設備，對同一(yī)個(gè)工廠的不同設備、甚至同一(yī)條線的不同設備，進行“設備解列”與“設備入列”的在線切換模式。

           在現(xiàn)有的工廠中，往往存在各種不同型号、不同代級的設備，完全可以稱為(wèi)“設備世家 四世同堂”。現(xiàn)場(chǎng)有許多原來(lái)的老設備，維護得也(yě)很好(hǎo)(hǎo)；也(yě)有新(xīn)設備，包括機器(qì)人(rén)、自動機械手等。如(rú)何将跨年代、跨型号的設備有效連接和升級改造，而不是簡單地一(yī)刀切地淘汰，是一(yī)個(gè)頭疼的現(xiàn)場(chǎng)問題。實際上(shàng)，在這(zhè)些(xiē)裝備中，有些(xiē)是可以直接進産線的，有些(xiē)是可以通過改造後進入産線的。

           智造單元考慮到四代同堂設備的現(xiàn)狀，分(fēn)析不同設備的信息采集機制，通過靈活的信息收集方式，有些(xiē)設備不需要聯網通信，隻需采集信号；而有的設備，則可以采用多接口集成器(qì)，區别不同的數據采集方式，将各種設備集成進來(lái)。

           由于智造單元具有豐富的模塊化(huà)接口，在現(xiàn)場(chǎng)可以采用“空間(jiān)換時(shí)間(jiān)”的措施，實現(xiàn)多設備共線運行。例如(rú)在生(shēng)産現(xiàn)場(chǎng)，可能(néng)存在特别大型的設備，不便于搬運，那麽就(jiù)采用“空間(jiān)換時(shí)間(jiān)”的智能(néng)制造組合模式，通過智能(néng)物流采用AGV把各單元線無縫連起來(lái)。而對于單向鏈很長的産品，或者多個(gè)産品，則可以采用多個(gè)智造單元的陣列形式，其物資存取，可以是一(yī)個(gè)庫，也(yě)可以是多個(gè)庫。

           這(zhè)就(jiù)意味着“以人(rén)為(wèi)本、智造先行”的理(lǐ)念，将智慧工廠從大到小、自上(shàng)而下(xià)開始拆分(fēn)，從工廠到車間(jiān)、到産線、到生(shēng)産島、到單機設備的規劃布局；使用自下(xià)而上(shàng)的方式進行實施，單機設備、單元島、智造單元、智造産線、智慧工廠，逐漸嵌套式、單元化(huà)處理(lǐ)，體(tǐ)現(xiàn)了(le)智能(néng)制造的柔性，充分(fēn)發揮數字化(huà)、網絡化(huà)的特點。

           要實現(xiàn)智能(néng)制造，要兼顧投資和未來(lái)發展的需要，更為(wèi)重要的是，一(yī)定要兼容企業現(xiàn)有的軟件體(tǐ)系，傳遞和延續客戶沉澱的管理(lǐ)智慧以及原軟件體(tǐ)系的價值。這(zhè)種情況下(xià)，往往需要同線齊進（産線不斷實現(xiàn)設備解列升級）、多階段混合（半自動化(huà)、半數字化(huà)相混合）、設備四世同堂（各種不同年代的設備同時(shí)推進），則意味智能(néng)制造的落地，必然是由各種智造單元所組成。而智造單元，正是通向智能(néng)制造的必經之路(lù)。