物聯網時代下企業智能制造項目分類的思考

李鏵

摘要：隨著“中國制造2025”計劃的提出和國內企業產業升級的需要，越來越多的企業投身于智能制造的行列中。但由于企業自身視野的局限和智能制造行業起步時間較短，國內對于智能制造項目并沒有十分明確的分類，從而對企業智能制造改造產生了不利的影響。本文結合生產體系結構的設置，以工位、生產線和工廠所對應的項目應用，將智能制造分為自動化工位大類、智能生產線大類和工廠智慧大類，闡釋了其分類依據并對不同分類在企業智能制造項目的應用進行了探索。

關鍵詞：智能制造;智慧工廠;智能產線;自動化

中圖分類號：F424? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

隨著“智能制造”被列入國家戰略方向，圍繞著生產過程的智能制造項目正在各類企業中逐步推廣，但是智能制造項目所涉及的環節與企業眾多，沒有一個統一的標準，給企業、社會、政府機關在智能制造項目推廣應用方面造成了很大的困擾。為了使各行業對智能制造項目有一個清晰的認識，本文嘗試提出了一種以企業生產層次為依據的項目分類方式，并通過此種分類方式對目前市面上的智能制造項目進行分析，同時進行明確的層次劃分[1]。

1? 以生產過程應用為出發點的分類方法

企業在進行技術改造過程時，根據企業生產過程的組成，可以將智能制造的技術改造分為低、中、高三個類別。

1.1? 低端的自動化工位

工業企業在產品的生產過程中，將生產過程分解為多個具體生產工序，這樣的單個生產工序就是一個工位，一個具體工位完成一項具體的生產內容。在進行技術改造時，具體工位的技術改造是以代替人工勞動或減輕工人勞動強度而進行，在技術改造中所解決的問題是以機械代替人工的過程，技術改造實際完成的是一個生產自動化的過程，雖然中間會用到一些電子控制設備，但主要是以自動化機械的應用為主導[2]。當前許多企業將這部分技術改造納入智能制造范疇，將該類智能制造項目分類定義為低端的工位自動化項目類。從技術角度來看，自動化是最低端的智能制造范疇，工位自動化項目是企業后續智能制造項目開展的基礎。為了促進智能化技術在生產企業的應用，政府、企業等也將其納入了智能制造概念的范疇，所以，在這里我們也將其分類為低端的工位自動化項目類別。

1.2? 中端的智能生產線

生產線是在產品生產過程中，為完成某項產品生產，由多個工位構成的整體。一條生產線負責某種產品或某個部件生產的全過程，生產線由多個工位按照設計好的生產工藝順序完成產品的生產。生產線是工位的組合，當每一個工位都實現自動化生產后，需要將這些分散獨立的自動化生產工位進行有序的整合，形成一條具有智能控制每個生產工位的體系，這就是智能化生產線。智能化生產線的改造和應用，是目前企業智能制造技術應用的主要方向[3]。

車間智能化和生產線智能化需要建立在工位自動化的基礎上。在主要工位自動化完成后，進行產線的智能化改造。智能化生產線也是智慧工廠建設的基礎，沒有完成智能化生產線或智能化生產車間改造的企業，想要直接進行智慧工廠的建設是一件非常困難的事情。

1.3? 高端的智慧工廠

當企業逐步實現了智能化生產線和智能化車間的建設后，針對企業的后續智能化改造，是將獨立運轉的智能化生產線與工廠的生產管理、原材料管理、生產計劃管理甚至是市場管理等獨立系統進行進一步整合。利用云計算技術、大數據技術、5G通信技術來建立智慧工廠，統一控制各系統的運轉，實現整個工廠的高端技術革新。智慧工廠是智能制造未來的應用方向。

2? 三大類型的技術特點

本文所提及的分類中各類技術特點是指不同分類中的主導技術。比如，自動化工位是只會干固定活不會變通的機器，智能產線是有感覺神經的機器，而智慧工廠是有大腦的智慧機器。

2.1? 工位自動化的特點

工位自動化是一項圍繞具體生產過程的技術改造，主要特點如下。

2.1.1? 以機械為主、電控為輔

工位自動化是以代替人工、降低勞動強度為目標，工作內容單一，主要方式是采用機械設備來實現，應用到的電控設備、感應設備等（即使采用高端機器人來），也是其機械工作的實現過程。因此，工位自動化是以機械設備為主，電控為輔。機械為主的方式能夠降低改造成本的投入，提供系統運行的穩定性。

2.1.2? 以標準設備為主，針對性設計為輔

對于目前生產工位設備，大部分已經實現了自動化，在進行工位自動化改造時，采購已有的自動化設備為主，能夠降低成本，具有設備穩定、維護方便等特點。對于極其特殊的生產工位在沒有完全匹配的設備情況下，采取針對性設計專用設備的方式，實現技術改造。

2.1.3? 電子設備針對生產設備為主，提供信息為輔

在自動化工位中使用的電子設備，有些具有數據輸出功能，這只是設備對外提供的一個數據接口，這些電子設備的主要功能是為自動化設備提供控制參數，保證自動化設備的運轉。

2.2? 智能化生產線的特點

智能化生產線將智能控制概念引入系統，就像給系統連接了神經系統，使生產線中的各個工位能夠統一協調運轉。主要特點如下。

2.2.1? 數據控制與機械輸送并舉

智能化生產線系統，首先是收集各個工位工作數據，協調整個生產過程，給每個工位發出工作指令，協調各工位的同步運行。在數據協調同步的同時，要建立起一條連接各個工位的輸送線，完成對各個工位的自動上下料過程，物理上實現產品從一個工位到另一個工位的自動傳輸。智能生產線上是數據在生產過程的體現，數據傳輸與產品輸送同步并舉。

2.2.2? 針對性設計是核心，標準設備是實現

智能化生產線要體現整個生產工藝過程，生產線包含了生產過程的管理，各個企業管理模式都不相同，每個企業的每條生產線都將是不同的控制系統，實現智能生產線要針對每個企業的不同情況進行個性化的設計，不能照搬其他企業的應用。對于生產線的產品輸送和自動上下料中的獨立環節，在統一設計的基礎上采用標準設備進行二次開發。針對性進行生產線的設計是智能產線技改的核心，單一功能標準設備的使用是功能實現的需要。

2.2.3? 數據傳輸控制是目的，信息應用是依據

智能化產線建設的目的是對各個自動化工位的同步統一控制，實現同步控制的依據是采集各個自動化設備的數據，為自動化設備提供控制信息和數據，通過這些數據實現系統的統一控制設定，完成整個產線的同步運行。

2.3? 智慧工廠的技術特點

智慧工廠的概念是給整個工廠建立一個大腦，通過從各方面得到的信息，實現整個工廠自動完成全部生產過程。主要特點如下。

2.3.1? 以高級軟件為主，輔助以需要的硬件

智慧工廠的建立就是建立起一套軟件應用體系，其中包括數據采集系統軟件、數據通訊系統軟件、數據分析系統軟件、云計算軟件、數據決策系統軟件等，智慧工廠是在智能產線的基礎上，應用這些軟件實現整個工廠的智慧化運行。在建設過程中需要進行全廠區互聯網或5G網絡系統建設、控制中心建設、控制系統網絡建設、服務器集群建設或租用等硬件體系建設，這些硬件體系的建設是為了輔助軟硬件系統建設。

2.3.2? 通用型軟件，針對性二次開發

各個工廠有著自己的管理和運營體系，沒有任何兩個工廠的管理運營體系是相同的。因此，建設的各個軟件系統都要針對應用企業進行二次開發，簡單地購買一套所謂成熟的現成軟件無法實現智慧工廠的建設。例如現在許多地方利用一套EMS系統推廣所有企業的做法，是根本不可能實現智慧工廠的建設，也不可能采集到企業經營的完整數據，對智慧工廠的建設有害且無益。

2.3.3? 數據運算為核心，下達指令為目標

智慧工廠也叫數字工廠，整個數字工廠采集生產過程中的數據、管理方面的數據、公司產品市場數據、公司客戶數據、公司運營數據、企業環境數據等，對這些數據采用云計算方式進行大數據運算，對智能化產線下達生產控制指令，使整個工廠圍繞核心開展生產，各個環節反饋生產過程數據給系統，系統再進行分析，調整生產過程，周而復始，實時監測控制[4]。

3? 目前制造企業智能化改造的狀況

在明確了以上提到的分類方法后，現在國內企業的狀況表現在以下方面。

3.1? 中低端生產企業處在自動化改造階段

由于國內勞動力便宜，國內大多數的中低端中小企業都存在用工量大的問題。隨著國家各方面的發展，用工成本提高、工人難招的問題越來越嚴重，同時國家對企業的技改加大了投入，在這些因素的刺激下，企業逐步開始進行智能制造方面的技術改造，這些企業都處在智能制造技術改造的起步階段，主要的改造項目是圍繞生產工位自動化，這些企業的技改屬于初級的自動化工位改造范疇，以具有代表性的民營生產企業和生產過程簡單、勞動強度大的制造業企業為主。

3.2? 中型以上企業和外資企業需要進行智能產線改造

國內中等規模的企業和新建生產工廠的設備已實現自動化，需要進一步提升生產能力，進行智能化生產線的改造。具有代表性的企業主要是國有大中型企業、上市公司投資建設的生產企業、大規模資本投資新建生產企業、外資生產企業。這些企業在國內比較分散，但基本都是各地的支柱企業。

3.3? 高技術企業正在朝智慧工廠方向邁進

由于高技術企業的產品技術含量較高，對生產環節的技術要求也非常高，因此在企業建立時，生產過程和生產線的建設要按照智能化系統進行建設，在今后的發展中將率先向智慧化工廠邁進。目前這類企業并不多，是未來實現“中國制造2025”目標的關鍵。

4? 企業智能制造的提升要統一規劃分步實施

企業智能制造項目的分類已經明確了各類技改之間的關系，也說明了技改工作的步驟關系和他們之間的內在聯系。因此，企業在推進技術改造過程中應遵循以下步驟。

4.1 進行整體規劃

由于三大類的分類也是智能制造項目的3個層次與階段，相互之間有著多方面的聯系，所以，在開展智能制造項目前，首先要做好企業智能制造的整體規劃。智能制造項目規劃的主要內容包括生產過程再設計、場地布局規劃、生產線調整規劃、工位位置布局規劃、數據選型規劃等。只有做好整體規劃，才能為今后項目實施打下基礎，降低整體建設成本投入，減少重復投資，避免影響企業發展。

4.2? 逐層進行實施

在實施具體項目時一定要循序漸進，從重要工位的自動化改造開始，在主要工位的自動化改造超過70%后，再開展自動化產線的建設，在建設的同時，解決剩余的30%工位的自動化改造。

4.3? 關鍵工位作為突破口

項目開展是從關鍵部位開始進行改造，通過突破關鍵工位的改造，為整個項目的實現打下基礎。

關鍵工位包括對生產過程有舉足輕重的工位、改造過程中技術含量較高的工位、用工量較大的工位、出現產能瓶頸的、生產技能要求較高的工位。

5? 各類成本投入測算方法

針對不同類型的項目實施，成本測算采用不同的測算方式，以此來確定項目的價值與投資預算。

5.1 自動化工位改造預算以節約人力資源支出進行測算

自動化工位的技改是以節約勞動力成本為目的，可采用年節約勞動力成本計算。按照企業一個工人一年整體費用支出（約10萬元）為計算基數，乘以這個崗位自動化改造節省的人數（日8小時工作計算）為項目投入的基本預算，在對照項目的難易進行相應的上下浮動調整。

5.2? 智能化產線項目預算以增加產能收入進行測算

智能化產線的升級改造預算的測算需考慮以下4個部分的內容，由這4個部分測算的和作為項目預算的基礎。（1）產能提高增加的收益，對于年產能提高增產部分的利潤作為預算的主要部分。（2）人員節省的人員費用成本，各個獨立工位節省的操作工和人工運輸工一年的人力資源成本計入項目建設預算。（3）減少原材料損耗節約的成本，一年內降低原材料的用量節約成本費用納入項目建設預算。（4）考慮項目實施后的新增費用，項目運行將會產生新的費用支出，新增費用要在項目收益計算時進行考慮。

5.3? 智慧工廠項目預算以增加企業整體收入進行測算

根據智慧工廠建設的目標要求，費用預算要考慮以下幾個部分：（1）未來五年企業整體效益提升增加部分的平均值作為智慧工廠項目經費預算的主要依據。（2）企業未來五年整體運營費用降低部分的平均值作為智慧工廠項目經費預算的另一部分。（3）系統運行后每年的新增費用，在計算未來公司費用支出時需要考慮進去。

6? 結語

文章在“中國制造2025”的戰略背景下，對智能制造項目進行探索性的分類，旨在幫助政府、企業以一種較為簡單的方式來對現階段的智能制造項目進行分析，從而找到未來進行產業升級、智能化改造的前進方向，提高政府和企業對智能制造項目的管理，提升企業的綜合競爭力。

（責任編輯：侯辛鋒）

參考文獻：

[1]李廉水，石喜愛，劉軍.中國制造業40年：智能化進程與展望[J].中國軟科學，2019（1）：6-14+35.

[2]胡江川.關于智能制造中機電一體化技術的應用[J].價值工程，2020（1）：286-287.

[3]陶昌隆.智能制造背景下機械制造企業的信息化建設[J].設備管理與維修，2019（11）：9-10.

[4]朱婭.智能制造驅動傳統產業轉型升級邏輯理路與策略研究[J].河南社會科學，2019（12）：61-66.