流程型制造智能工廠 課件 第一章流程型制造智能工廠的基本概念

第一章流程型制造智能工廠的基本概念演講人2024-06-2701流程型制造智能工廠的定義02目錄03流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程1流程型制造智能工廠的定義1.流程工業(yè)流程型生產(chǎn)通過混合、分離、粉碎、加熱等物理或化學方法對原材料進行加工，可使原材料得以增值。常見的流程型生產(chǎn)行業(yè)包括化工、治金、煉油、電力、造紙等，其生產(chǎn)過程具有設(shè)備大型化、自動化程度較高、生產(chǎn)周期較長、過程連續(xù)或批處理等特征。與離散工業(yè)相比，由于生產(chǎn)原料狀態(tài)、生產(chǎn)配方和工藝條件等復雜多變，生產(chǎn)線中設(shè)備的運行狀態(tài)難以控制、產(chǎn)品質(zhì)量難以穩(wěn)定是流程工業(yè)遇到的主要問題，需要采用合理的調(diào)控策略使得設(shè)備運行狀態(tài)和產(chǎn)品質(zhì)量保持穩(wěn)定。例如，在水泥生產(chǎn)過程中，由于礦石大小、硬度等不同，如何實時調(diào)整研磨壓力、研磨速度和入磨量等工藝參數(shù)，將立磨設(shè)備的振動值、產(chǎn)品質(zhì)量等控制在一個合理范圍內(nèi)是水泥企業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。1流程型制造智能工廠的定義1.流程工業(yè)目前，雖然大多數(shù)流程型生產(chǎn)過程都已經(jīng)具備了比較完善的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)，但是在生產(chǎn)過程中，對成組設(shè)備調(diào)控策略的制定、對實際工藝運行參數(shù)等的設(shè)定仍然主要依賴于中控人員的經(jīng)驗的。如圖1-1-1所示，中控人員根據(jù)中控系統(tǒng)的監(jiān)控模塊所呈現(xiàn)的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)，在上位機的調(diào)控模塊中調(diào)節(jié)相關(guān)控制參數(shù)后，上位機發(fā)出命令給下位機，下位機將此命令解釋成時序信號，直接控制相應(yīng)設(shè)備?；谌斯そ?jīng)驗的調(diào)控過程主要存在以下不足：(1)生產(chǎn)系統(tǒng)運行狀態(tài)直接取決于中控人員的經(jīng)驗；(2)人工操作對生產(chǎn)狀態(tài)的變化難以做到實時響應(yīng)；(3)由于參數(shù)之間的耦合性，基于人工方式調(diào)控很難使得生產(chǎn)系統(tǒng)快速穩(wěn)定。圖1-1-1流程工業(yè)控制流程圖1流程型制造智能工廠的定義1.流程工業(yè)為了避免人工操控的不足，越來越多的工廠引入了智能化管控思想。借助該思想，企業(yè)希望計算機完全代替或部分代替中控人員制定實時控制策略，例如：能夠?qū)崿F(xiàn)工藝控制參數(shù)的自動選擇、生產(chǎn)計劃的自動調(diào)度可、生產(chǎn)故障預警的自動響應(yīng)等目標。如圖所示，通過對歷史生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理、分析和挖掘，可以建立歷史數(shù)據(jù)模型，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中蘊含的故障預警、調(diào)控規(guī)則等知識；因此，基于實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，計算機可以對系統(tǒng)工況做出預測、自動調(diào)節(jié)相關(guān)工藝參數(shù)、預警等。圖1-1-2流程工業(yè)新型智能管控流程1流程型制造智能工廠的定義1.流程工業(yè)對流程工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的應(yīng)用大致可以分為以下幾個層次：(1)數(shù)據(jù)采集：在流程工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，數(shù)據(jù)的采集可通過DCS(DistributedControlSystem,分布式控制系統(tǒng))，PLC(ProgrammableLogicController,可編程邏輯控制器)系統(tǒng)，傳感器技術(shù)，智能檢測儀表等對數(shù)據(jù)進行采集。(2)數(shù)據(jù)存儲：采集的數(shù)據(jù)通過HTTP協(xié)議進行傳輸，并存儲到服務(wù)器的MySQL數(shù)據(jù)庫中。(3)離線數(shù)據(jù)預處理：數(shù)據(jù)在采集、傳輸及存儲過程中，會有一定的數(shù)據(jù)存在不規(guī)范或缺失。通過離線對數(shù)據(jù)進行預處理，可以提高后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和挖掘的準確性和處理效率。(4)離線數(shù)據(jù)分析與挖掘：根據(jù)一定的統(tǒng)計或機器學習的算法，對預處理后的數(shù)據(jù)進行分析與挖掘，可以構(gòu)建故障預警規(guī)則、穩(wěn)定調(diào)控規(guī)則、能耗調(diào)控規(guī)則等。(5)數(shù)據(jù)應(yīng)用：基于專家系統(tǒng)和生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以對未來工況進行預測，并做出適當?shù)姆磻?yīng)，例如對異常進行預警、調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)等。1流程型制造智能工廠的定義2.流程型制造概述流程型制造也稱過程工業(yè)(ProcessIindusty)，是利用物質(zhì)的物理變化和化學變化應(yīng)用于大型原料型工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工、供應(yīng)、服務(wù)的一種工業(yè)；其原料和產(chǎn)品多為均一（液或氣)的物料，而非零部件和組裝成的產(chǎn)品；其產(chǎn)品質(zhì)量多由純度和各種物理、化學性質(zhì)表征。流程型制造主要包括石化、冶金、電力、輕工、食品、制藥、造紙等在國民經(jīng)濟中占重要地位的行業(yè)，是形成人類物質(zhì)文明的基礎(chǔ)工業(yè)，其發(fā)展狀況將直接影響國家的經(jīng)濟基礎(chǔ)。與離散制造等生產(chǎn)過程相比，流程型制造在以下方面具有行業(yè)的特點。（1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)流程企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與離散制造行業(yè)有較大的不同。上級物料和下級物料之間的數(shù)量關(guān)系可能隨溫度、壓力、濕度、季節(jié)、人員技術(shù)水平、工藝條件不同而有差異。在每個工藝過程中，相伴產(chǎn)出的不只是產(chǎn)品或中間產(chǎn)品，可能還細分為主產(chǎn)品、副產(chǎn)品(在生產(chǎn)主要產(chǎn)品過程中附帶生產(chǎn)出的非主要產(chǎn)品)、協(xié)產(chǎn)品(主要指用相同的原料，經(jīng)過相同生產(chǎn)過程，生產(chǎn)出兩種或兩種以上的不同性質(zhì)和用途的產(chǎn)品)、回流物和廢物等，描述這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配方有批量、有效期等方面的要求。1流程型制造智能工廠的定義2.流程型制造概述（2）工藝流程與生產(chǎn)設(shè)備流程型制造生產(chǎn)的另一特點是產(chǎn)品品種、工藝流程相對固定批量往往較大，生產(chǎn)設(shè)備成本較高，而且按照產(chǎn)品進行布置，設(shè)備通常是專用的，不易改做其他用途：生產(chǎn)線上各工藝流程的設(shè)備的維護特別重要，一旦發(fā)生故障，損失嚴重。（3）物料存儲流程型制造企業(yè)的原材料和產(chǎn)品通常是液休、氣休、粉狀等，常采用罐、柜、桶等進行存儲。（4）自動化水平流程型制造企業(yè)一般采用較大規(guī)模的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)工藝較成熟，控制生產(chǎn)工藝條件的自動化設(shè)備相對完善。不少企業(yè)已利用DCS、PLC等進行生產(chǎn)過程自動化控制，生產(chǎn)車間人員主要負責管理、監(jiān)視和設(shè)備檢修等工作。（5）生產(chǎn)計劃管理流程型制造企業(yè)主要進行大批量生產(chǎn)，訂單跟生產(chǎn)往往無直接關(guān)聯(lián)大多情況下，企業(yè)只有滿負荷生產(chǎn)，才能將成本降下來，提高市場競爭力。在流程型制造企業(yè)的生產(chǎn)計劃中，年度計劃很重要，物料采購計劃受年度生產(chǎn)計劃和銷售計劃影響。不少企業(yè)按月份簽訂供貨合同及結(jié)算貨款；每日、每周生產(chǎn)計劃的物料平衡則主要依靠原材料庫存來保證和調(diào)節(jié)。1流程型制造智能工廠的定義2.流程型制造概述（6)批號管理在流程型制造的生產(chǎn)工藝過程中，會產(chǎn)生各種協(xié)產(chǎn)品、副產(chǎn)品、廢品、回流物等，對這些產(chǎn)品和其他物資的管理需要有嚴格的批號。例如，在制藥業(yè)的藥品生產(chǎn)過程中，有十分嚴格的批號記錄要求，對從原材料、供應(yīng)商、中間品到銷售給用戶的產(chǎn)品，都需要記錄，在出現(xiàn)問題時，可以通過批號反查出是誰的原料，由哪個部門在何時生產(chǎn)的，直到查出問題。由上可見，流程型制造生產(chǎn)過程總體具有物流和能量流連續(xù)、產(chǎn)品相對穩(wěn)定、生產(chǎn)周期長、工藝流程相對固定等特點。生產(chǎn)過程涉及各種物理及化學變化，具有機理復雜、數(shù)據(jù)信息量大、處理難度較大等難點。傳統(tǒng)流程型制造企業(yè)一直面臨能耗、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)過程工藝、自動化水平、管理水平、信息集成度、綜合競爭力等諸多方面的挑戰(zhàn)，而且要求越來越高，競爭日趨激烈。流程型工業(yè)企業(yè)如何運用先進的工藝裝備技術(shù)、控制與優(yōu)化技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)等，將生產(chǎn)過程作為一個整體進行控制與管理，實現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)化運行、優(yōu)化控制、優(yōu)化管理和科學決策，是提高流程型工業(yè)企業(yè)核心競爭力的關(guān)鍵所在，也是流程型智能制造的主攻方向。1流程型制造智能工廠的定義3.流程型制造業(yè)組成部分流程型制造業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分,是以各類自然資源為原料，通過包含物理化學反應(yīng)的氣、液、諸多相共存的連續(xù)化生產(chǎn)過程，為下游制造業(yè)提供原材料和能源的基礎(chǔ)工業(yè)。流程型制造業(yè)是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，主要包括化學工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、有色工業(yè)、建材工業(yè)、電力工業(yè)等重工業(yè)，以及造紙印染等輕工業(yè)。（1）化學工業(yè)包括石油化工(簡稱石化)農(nóng)業(yè)化工、化學醫(yī)藥化工材料等。石化一般指以石油和天然氣為原料的化學工業(yè)，用于生產(chǎn)汽油、柴油、煤油等燃料油以及乙烯、丙烯、丁烯等基礎(chǔ)原材料；農(nóng)業(yè)化工包括氨和尿素等化肥的生產(chǎn),氮、磷、鉀復合肥料的開發(fā),塑料薄膜的生產(chǎn)；化學醫(yī)藥包括各類化學合成藥、人工合成維生素以及各種臨床化學試劑的生產(chǎn)；化工材料包括無機非金屬材料和聚合物材料的生產(chǎn)。圖1-1-3化工工業(yè)1流程型制造智能工廠的定義3.流程型制造業(yè)組成部分(2)鋼鐵工業(yè)是以鐵、銘、等黑色金屬礦物采選和黑色金屬冶煉加工的行業(yè)。黑色金屬礦物采選包括鐵礦、錳礦、鉻礦、釩礦等鋼鐵工業(yè)黑色金屬的采礦、選礦活動；黑色金屬冶煉加工包括煉鐵業(yè)、煉鋼業(yè)、鋼加工業(yè)、鐵合金治煉業(yè)等細分行業(yè)。鋼鐵工業(yè)是全球工業(yè)化的支柱產(chǎn)業(yè)之一。(3)有色工業(yè)是指除鐵、錳、鉻構(gòu)成的黑色金屬以外的有色金屬的采選和冶煉加工的行業(yè)。與黑色金屬相比，有色金屬具有更好的耐蝕性、耐磨性、導電性、導熱性、韌性，以及高強度性、放射性、易延性、可塑性、易壓性和易軋性等性能，是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的戰(zhàn)略物資。圖1-1-4鋼鐵工業(yè)圖1-1-5有色工業(yè)1流程型制造智能工廠的定義3.流程型制造業(yè)組成部分(4)建材工業(yè)是包括建筑材料及制品、非金屬礦及制品、無機非金屬新材料三大門類產(chǎn)品的行業(yè)。建材產(chǎn)品主要有水泥、玻璃、陶瓷、石材和墻體材料等，廣泛應(yīng)用于建筑、軍工、環(huán)保、生活等領(lǐng)域。建材產(chǎn)品是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)原材料，特別是水泥，長期以來一直是人類社會的主要建筑材料。圖1-1-6建材工業(yè)(5)電力工業(yè)是將煤炭、石油、天然氣、核燃料、水能、海洋能、風能、太陽能、生物質(zhì)能等次能源經(jīng)發(fā)電設(shè)施轉(zhuǎn)換成電能，再通過輸電、變電與配電系統(tǒng)供給用戶作為能源的行業(yè)。電力生產(chǎn)包括發(fā)電、輸電、變電、配電等環(huán)節(jié)，就發(fā)電環(huán)節(jié)而言，包括火力發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電、風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等諸多方式。圖1-1-7電氣工業(yè)1流程型制造智能工廠的定義3.流程型制造業(yè)組成部分（6）輕工業(yè)是直接或間接以農(nóng)產(chǎn)品或工業(yè)品為原料，產(chǎn)品為消費資料的工業(yè)，分為流程型工業(yè)和離散型工業(yè)。造紙、印染、日化是典型的流程型輕工業(yè)。造紙工業(yè)是制造各種紙張及紙板的行業(yè)，包括用木材、蘆葦、棉秸等制造紙漿的紙漿制造業(yè)，制造紙和紙板以及生產(chǎn)涂層、上光、上膠、層壓等加工紙及字型用紙版的加工紙制造業(yè)。印染行業(yè)是紡織品深加工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，工藝流程包括染色、印花、溢流等，印染產(chǎn)品為下游服裝生產(chǎn)制造企業(yè)提供面料。日化行業(yè)是指生產(chǎn)日常生活中需要的化工產(chǎn)品的工業(yè)，產(chǎn)品涵蓋洗滌劑、肥皂、香料、化妝品等。圖1-1-7輕工業(yè)1流程型制造智能工廠的定義3.流程型制造業(yè)組成部分流程型制造業(yè)生產(chǎn)過程結(jié)構(gòu)如圖1-1-9所示，將原料加工成為成品材料的流程型制造過程的本質(zhì)是物質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程，它是包含物理化學反應(yīng)的氣、液、固多相共存的連續(xù)過程。原料進人生產(chǎn)線的不同裝備，在信息流與能源流作用下，經(jīng)過物質(zhì)流變化形成合格產(chǎn)品。圖1-1-9流程型制造業(yè)生產(chǎn)過程結(jié)構(gòu)1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成與任務(wù)智能制造是基于先進制造技術(shù)與新一代信息技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期，具有自感知、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)、自學習等特征，旨在提高制造業(yè)質(zhì)量、效率效益和柔性的先進生產(chǎn)方式。智能制造系統(tǒng)架構(gòu)從生命周期、系統(tǒng)層級和智能特征等3個維度對智能制造所涉及的要素、裝備、活動等內(nèi)容進行描述，主要用于明確智能制造的標準化對象和范圍。智能制造系統(tǒng)架構(gòu)如下圖1-1-10所示。圖1-1-10智能制造系統(tǒng)架構(gòu)1.智能工廠系統(tǒng)架構(gòu)1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成與任務(wù)(1)生命周期生命周期涵蓋從產(chǎn)品原型研發(fā)到產(chǎn)品回收再制造的各個階段，包括設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售、服務(wù)等一系列相互聯(lián)系的價值創(chuàng)造活動。生命周期的各項活動可進行迭代優(yōu)化，具有可持續(xù)性發(fā)展等特點，不同行業(yè)的生命周期構(gòu)成和時間順序不盡相同。1）設(shè)計是指根據(jù)企業(yè)的所有約束條件以及所選擇的技術(shù)來對需求進行實現(xiàn)和優(yōu)化的過程；2）生產(chǎn)是指將物料進行加工、運送、裝配、檢驗等活動創(chuàng)造產(chǎn)品的過程；3）物流是指物品從供應(yīng)地向接收地的實體流動過程；4）銷售是指產(chǎn)品或商品等從企業(yè)轉(zhuǎn)移到客戶手中的經(jīng)營活動；5）服務(wù)是指產(chǎn)品提供者與客戶接觸過程中所產(chǎn)生的一系列活動的過程及其結(jié)果。1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成與任務(wù)1）設(shè)備層是指企業(yè)利用傳感器、儀器儀表、機器、裝置等，實現(xiàn)實際物理流程并感知和操控物理流程的層級；3）車間層是實現(xiàn)面向工廠或車間的生產(chǎn)管理的層級；系統(tǒng)層級是指與企業(yè)生產(chǎn)活動相關(guān)的組織結(jié)構(gòu)的層級劃分，包括設(shè)備層、單元層、車間層、企業(yè)層和協(xié)同層。2）單元層是指用于企業(yè)內(nèi)處理信息、實現(xiàn)監(jiān)測和控制物理流程的層級；4）企業(yè)層是實現(xiàn)面向企業(yè)經(jīng)營管理的層級；5）協(xié)同層是企業(yè)實現(xiàn)其內(nèi)部和外部信息互聯(lián)和共享，實現(xiàn)跨企業(yè)間業(yè)務(wù)協(xié)同的層級。010203040506（2）系統(tǒng)層級1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成與任務(wù)01020304智能特征是指制造活動具有的自感知、自決策、自執(zhí)行、自學習、自適應(yīng)之類功能的表征，包括資源要素、互聯(lián)互通、融合共享、系統(tǒng)集成和新興業(yè)態(tài)等5層智能化要求。2）互聯(lián)互通是指通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)、通信協(xié)議與接口，實現(xiàn)資源要素之間的數(shù)據(jù)傳遞與參數(shù)語義交換的層級；054）系統(tǒng)集成是指企業(yè)實現(xiàn)智能制造過程中的裝備、生產(chǎn)單元、生產(chǎn)線、數(shù)字化車間、智能工廠之間，以及智能制造系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和功能互連的層級；1）資源要素是指企業(yè)從事生產(chǎn)時所需要使用的資源或工具及其數(shù)字化模型所在的層級；3）融合共享是指在互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，利用云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息通信技術(shù)，實現(xiàn)信息協(xié)同共享的層級；5）新興業(yè)態(tài)是指基于物理空間不同層級資源要素和數(shù)字空間集成與融合的數(shù)據(jù)、模型及系統(tǒng)，建立的涵蓋了認知、診斷、預測及決策等功能，且支持虛實迭代優(yōu)化的層級。06（3）智能特征1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成與任務(wù)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)是實現(xiàn)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、轉(zhuǎn)型升級的三項關(guān)鍵技術(shù)。對應(yīng)到制造工廠層面，體現(xiàn)為從數(shù)字工廠、數(shù)字互聯(lián)工廠到智能工廠的演變。數(shù)字化是實現(xiàn)自動化制造和互聯(lián)，實現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)化是使原來的數(shù)字化孤島連為一體，并提供制造系統(tǒng)在工廠范圍內(nèi)，乃至全社會范圍內(nèi)實施智能化和全局優(yōu)化的支撐環(huán)境。智能化則充分利用這一環(huán)境，用人工智能取代了人對生產(chǎn)制造的干預，加快了響應(yīng)速度，提高了準確性和科學性，使制造系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、安全地運行。（4）智能制造工廠范式維1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成數(shù)字工廠是工業(yè)化與信息化融合的應(yīng)用體現(xiàn)。它借助于信息化和數(shù)字化技術(shù)，通過集成、仿真、分析、控制等手段，為制造工廠的生產(chǎn)全過程提供全面管控的整體解決方案。它不限于虛擬工廠，更重要的是實際工廠的集成，如圖1-1-11所示。其內(nèi)涵包括產(chǎn)品工程、工廠設(shè)計與優(yōu)化、車間裝備建設(shè)及生產(chǎn)運作控制等。數(shù)字工廠圖1-1-11數(shù)字工廠1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成數(shù)字互聯(lián)工廠是指將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全面應(yīng)用于工廠運作的各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)工廠內(nèi)部人、機、料、法、環(huán)、測的泛在感知和萬物互聯(lián)，互聯(lián)的范圍甚至可以延伸到供應(yīng)鏈和客戶環(huán)節(jié)。通過工廠互聯(lián)化，一方面可以縮短時空距離，為制造過程中“人一人”，“人一機”，“機一機”之間的信息共享和協(xié)同工作奠定基礎(chǔ)，另一方面還可以獲得制造過積更為全面的狀態(tài)數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策支持與優(yōu)化成為可能。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是通過各種信息傳感設(shè)備，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等各種信息，其目的是實現(xiàn)物與物、物與人、所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)采用M2M(MachinetoMachine)的通信模式，實現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)間的通信，而物聯(lián)網(wǎng)通過ThingstoThings的通信方式實現(xiàn)人、設(shè)備和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無縫連接。（2）數(shù)字互聯(lián)工廠1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成制造工廠層面的兩化深度融合，是數(shù)字工廠、互聯(lián)工廠和自動化工廠的延伸和發(fā)展，通過將人工智能技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、工藝、生產(chǎn)等過程，使得制造工廠在其關(guān)鍵環(huán)節(jié)或過程中能夠體現(xiàn)出一定的智能化特征，即自主性的感知、學習、分析、預測決策、通信與協(xié)調(diào)控制能力，能動態(tài)地適應(yīng)制造環(huán)境的變化，從而實現(xiàn)提質(zhì)增效、節(jié)能降本的目標。通過建設(shè)智能工廠，促進制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實時監(jiān)測和自適應(yīng)控制，進而實現(xiàn)整個過程的智能管控。在機械、汽車、電子信息等離散制造行業(yè)，企業(yè)發(fā)展智能制造的核心目的是拓展產(chǎn)品價值空間，側(cè)重從單臺設(shè)備自動化和產(chǎn)品智能化入手，基于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品效能的提升實現(xiàn)價值增長。因此，其智能工廠建設(shè)模式為推進生產(chǎn)設(shè)備(生產(chǎn)線)智能化，通過引進各類符合生產(chǎn)所需的智能裝備，建立基于制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的車間級智能生產(chǎn)單元、提高精準制造、敏捷制造、透明制造的能力。（3）制造工廠1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成MES在實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化、智能化、數(shù)字化等方面發(fā)揮著巨大作用。首先，MES借助信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理，減少企業(yè)內(nèi)部無附加值活動，有效地指導工廠生產(chǎn)運作過程，提高企業(yè)及時交貨能力。其次，MES在企業(yè)和供應(yīng)鏈間以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動的基礎(chǔ)信息，使計劃、生產(chǎn)、資源三者密切配合，從而確保決策者和各級管理者可以在最短的時間內(nèi)掌握生產(chǎn)現(xiàn)場的變化，做出準確的判斷并制定快速的應(yīng)對措施，保證生產(chǎn)計劃得到合理而快速的修正、生產(chǎn)流程暢通、資源充分有效地得到利用、進而最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)效率。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，還可以對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程建立虛擬模型，仿真并優(yōu)化生產(chǎn)流程，當所有流程和績效數(shù)據(jù)都能在系統(tǒng)中重建時，這種透明度將有助于制造企業(yè)改進其生產(chǎn)流程。再如、在能耗分析方面，在設(shè)備生產(chǎn)過程中利用傳感器集中監(jiān)控所有的生產(chǎn)流程，能夠發(fā)現(xiàn)能耗的異?；蚍逯登樾?、由此便可在生產(chǎn)過程中優(yōu)化能源的消耗，對所有流程進行分析將會大大降低能耗。1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成參照IEC/IS062264國際標準，智能工廠的信息系統(tǒng)架構(gòu)如下圖1-1-13所示，從下到上依次為制造設(shè)施層、信息采集與控制層、制造運營層、工廠運營層、決策分析層。決策分析層依靠互聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)決策生產(chǎn)模式、制造任務(wù)的廠內(nèi)外分配，制造設(shè)施層和信息采集與控制層之間通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)總線建立連接，其余各層之間則通過局域網(wǎng)連接。按照所執(zhí)行功能不同，企業(yè)綜合網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的層次，自下而上包括現(xiàn)場層、控制層、執(zhí)行層和計劃層給出了符合該層次模型的一個智能工廠/數(shù)字化車間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的典型結(jié)構(gòu)。計劃層實現(xiàn)面向企業(yè)的經(jīng)營管理，如接收訂單，建立基本生產(chǎn)計劃(如原料使用、交貨、運輸)。圖1-1-12智能工廠生產(chǎn)流程1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成確定庫存等級，保證原料及時到達正確的生產(chǎn)地點以及遠程運維管理等。企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)、客戶關(guān)系管理(CRM)、供應(yīng)鏈關(guān)系管理(SCM)等管理軟件都在該層運行。執(zhí)行層：實現(xiàn)面向工廠/車間的生產(chǎn)管理，如維護記錄、詳細排產(chǎn)、可靠性保障等。制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)在該層運行。監(jiān)視控制層：實現(xiàn)面向生產(chǎn)制造過程的監(jiān)視和控制，包括組態(tài)/工程HMI、SCADA等?；究刂茖樱喊≒LC、DCSIPC、其他專用控制器等?，F(xiàn)場層：實現(xiàn)面向生產(chǎn)制造過程的傳感和執(zhí)行，包括各種傳感器、智能變送器執(zhí)行器、RTU(遠程終端設(shè)備)、條碼、射頻識別，以及數(shù)控機床、工業(yè)機器人、工藝裝備、AGV(自動引導車)、智能倉儲等制造裝備，這些設(shè)備統(tǒng)稱為現(xiàn)場設(shè)備。圖1-1-13智能工廠的信息系統(tǒng)架構(gòu)1流程型制造智能工廠的定義智能工廠組成圖1-1-14智能工廠庫存等級1流程型制造智能工廠的定義智能工廠的特征智能工廠的特征如圖1-1-15所示，可以從三個角度來描述。從建設(shè)目標和愿景角度來看智能工廠具備五大特征:敏捷、高生產(chǎn)率、高質(zhì)量產(chǎn)出、可持續(xù)、舒適人性化。從技術(shù)角度來看，智能工廠具備五大特征：全面數(shù)字化、制造柔性化、工廠互聯(lián)化、高度人機協(xié)同和過程智能化(實現(xiàn)智能管控)。從集成角度來看，智能工廠具備三大特征：產(chǎn)品生命周期端到端集成、工廠結(jié)構(gòu)縱向集成和供應(yīng)鏈橫向集成，這與“工業(yè)4.0”的三大集成理念是一致的。圖1-1-15智能工廠的基本特征1流程型制造智能工廠的定義智能工廠任務(wù)在智能工廠的建設(shè)中，會應(yīng)用到大數(shù)據(jù)技術(shù)來采集和存儲大量的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)從全廠各角落通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綑C房，需要搭建合理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；全廠高清數(shù)字化視頻的應(yīng)用建設(shè)，也對網(wǎng)絡(luò)提出了更高的帶寬要求；同時為保障各信息系統(tǒng)的應(yīng)用安全性和可靠性，必須采取相應(yīng)的保障措施。為支撐企業(yè)智能工廠應(yīng)用運行，必須完善基礎(chǔ)信息平臺建設(shè)，基礎(chǔ)信息平臺建設(shè)包括標準體系建設(shè)、數(shù)據(jù)中心建設(shè)、私有云建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化升級和信息安全。（1）網(wǎng)絡(luò)、安全等基礎(chǔ)建設(shè)（2）生產(chǎn)全流程數(shù)字化管控針對行業(yè)的特點建設(shè)生產(chǎn)全流程數(shù)字化、智能化管控系統(tǒng)。1流程型制造智能工廠的定義智能工廠任務(wù)智能制造環(huán)境下滿足企業(yè)廠內(nèi)、廠外物流關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的要求，實現(xiàn)原料進廠前運輸過程的動態(tài)追蹤和風險預警并提供可視化運輸監(jiān)管；優(yōu)化企業(yè)場內(nèi)物料運輸方式和路徑規(guī)劃來提高運輸效率，降低企業(yè)物流成本；建立車輛進出廠物流智能調(diào)度平臺，對進出廠車輛智能調(diào)度管理，實現(xiàn)運輸精益化管控。智能物流管理智能物質(zhì)流管理針對行業(yè)的特點，管理當前各工序有價元素的分布情況；包括原料庫、各工序存量物料，以及槽存（倉）、臨時堆場、成品庫等物料有價元素的分布情況。生產(chǎn)過程管理生產(chǎn)過程管理是對企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進行有效管控，以公司生產(chǎn)計劃和作業(yè)計劃為主線建立全工序生產(chǎn)過程管控，有效整合PCS系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)，將生產(chǎn)與業(yè)務(wù)流程統(tǒng)一協(xié)調(diào)起來，包括訂單、排產(chǎn)、生產(chǎn)單元分配、資源分配、生產(chǎn)過程管控、質(zhì)量控制、能源管理、人力資源管理等。1流程型制造智能工廠的定義智能工廠任務(wù)設(shè)備管理智能化是以設(shè)備周期費用和設(shè)備效能最高為目標，充分利用虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)等新興信息技術(shù)，完成設(shè)備與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，實時采集生產(chǎn)工藝相關(guān)的各關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，全面提升設(shè)備健康狀態(tài)感知、預測、協(xié)同和分析優(yōu)化能力。同時，在數(shù)字化的基礎(chǔ)上充分顯示設(shè)備基本參數(shù)，在信息化的過程中充分展示設(shè)備運行狀況和性能，并結(jié)合設(shè)備運行揭示設(shè)備管理基本規(guī)律，制定行之有效的設(shè)備管理策略，實現(xiàn)設(shè)備管理的智能化，其內(nèi)容包含設(shè)備檔案資料、設(shè)備維修記錄、設(shè)備備件庫存和工單等情況。設(shè)備管理能源管理企業(yè)能耗居高不下，是長期以來困擾企業(yè)發(fā)展的難題。要在保證工況條件下，利用高科技信息技術(shù)，新工藝、人工智能和管理措施等，對標企業(yè)、行業(yè)視角，對能源進行管理、平衡、分析、監(jiān)控等，尋求實現(xiàn)綜合能耗最低的目標。在幫助企業(yè)擴大生產(chǎn)的同時，合理計劃和利用能源，降低單位產(chǎn)品能耗，降低碳排放，以提高企業(yè)經(jīng)濟效益。1流程型制造智能工廠的定義智能工廠任務(wù)安環(huán)系統(tǒng)應(yīng)用自動控制技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)對企業(yè)安環(huán)監(jiān)管核心對象實施全覆蓋管控，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)安全環(huán)保監(jiān)管的數(shù)字化、可視化和生產(chǎn)安全風險多級預警，以此保障公司生產(chǎn)安全、可持續(xù)運行。主要功能包括生產(chǎn)安全與風險管控、安環(huán)監(jiān)測預警、安全答題等。安環(huán)管理安防管理安防管理智能化主要目標是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、5G、視頻分析定位、人員身份識別技術(shù)等信息技術(shù)，通過系統(tǒng)集成，實現(xiàn)企業(yè)廠區(qū)安全保衛(wèi)、消防設(shè)備等安防管理數(shù)字化、工作協(xié)同化、實時狀態(tài)可視化。2流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的生產(chǎn)特點流程型制造企業(yè)的原材料和產(chǎn)品通常是液體、氣體、粉狀等。因此，存儲通常采用罐、箱、柜、桶等進行存儲。并且多數(shù)存儲的數(shù)量可以用能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅鬟M行計量。流程型制造主要包括：食品、造紙、化工、原油、橡膠、陶瓷、塑料、玻璃、治金、能源、制藥等行業(yè)。流程型制造行業(yè)生產(chǎn)主要有以下特點：1、資源密集、技術(shù)密集、生產(chǎn)規(guī)模大、流程連續(xù)且生產(chǎn)過程復雜，對生產(chǎn)過程控制要求較高流程型制造生產(chǎn)的工藝過程，是連續(xù)進行不能中斷的；工藝過程的加工順序是固定不變的，生產(chǎn)設(shè)施按照工藝流程布置：物料按照固定的工藝流程，連續(xù)不斷地通過一系列設(shè)備和裝置被加工處理成為成品。這類生產(chǎn)一般是經(jīng)過混合、分離、成型或化學反應(yīng)使材料增值。生產(chǎn)過程通常需要嚴格的過程控制和大量的投資資本。2流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的生產(chǎn)特點流程型制造企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)首先上級物料和下級物料之間的數(shù)量關(guān)系可能隨溫度、壓力、濕度、季節(jié)、人員技術(shù)水平、工藝條件不同而不同。例如，發(fā)酵液與微生物的代謝物--青霉素的關(guān)系就不是一個完全確定的關(guān)系。在流程ERP中，采用配方的概念來描述這種關(guān)系，其含義除了進行物料計劃之外，還可用作企業(yè)的考核技術(shù)指標。其次,在每個工藝過程中，伴隨產(chǎn)出的不只是產(chǎn)品或中間產(chǎn)品，可能細分為主產(chǎn)品、副產(chǎn)品、協(xié)產(chǎn)品、回流物和廢物。描述這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的配方還應(yīng)具有批量、有效期等方面的要求。對于流程型工業(yè)生產(chǎn)，保證連續(xù)供料科和確保每一生產(chǎn)環(huán)節(jié)在工作期聞?wù)＿\行是管理的重點，任何一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都會引起整個生產(chǎn)過程的癱瘓。由于這類產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝相對穩(wěn)定，有條件采用各種自動化裝置，以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。流程型制造具有設(shè)備大型化、自動化程度較高、生產(chǎn)周期較長、過程連續(xù)或批處理等特征，故中期生產(chǎn)計劃十分關(guān)鍵。2流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的生產(chǎn)特點流程型企業(yè)只有滿負荷生產(chǎn)，才能將成本降下來，在市場上具有競爭力。因此，在流程型制造企業(yè)的生產(chǎn)計劃中，年度計劃更具有重要性。年度生產(chǎn)計劃和銷售計劃，決定了企業(yè)的物料平衡，即物料采購計劃。一般情況下，企業(yè)按月份簽訂供貨合同以及結(jié)算貨款。每日、每周生產(chǎn)計劃的物料平衡依靠原材料庫存來保證和調(diào)節(jié)。2、大批量生產(chǎn)，品種固定，訂單通常與生產(chǎn)無直接關(guān)系3、生產(chǎn)的工藝過程連續(xù)進行且不能中斷流程型制造的產(chǎn)品比較固定，而且一生產(chǎn)就是十幾年、幾十年不變，而機械制造等行業(yè)的產(chǎn)品壽命相對要小得多。因此，體現(xiàn)在生產(chǎn)設(shè)備上，流程企業(yè)的設(shè)備是一條固定的生產(chǎn)線，設(shè)備投資比較大，工藝流程固定。生產(chǎn)能力有一定的限制，生產(chǎn)線上的設(shè)備維護特別重要，不能發(fā)生故障。只要一發(fā)生故障，就損失嚴重。2流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的生產(chǎn)特點流程型制造的產(chǎn)品比較固定，而且一生產(chǎn)就是十幾年、幾十年不變，而機械制造等行業(yè)的產(chǎn)品壽命相對要小得多。因此，體現(xiàn)在生產(chǎn)設(shè)備上，流程企業(yè)的設(shè)備是一條固定的生產(chǎn)線，設(shè)備投資比較大，工藝流程固定。生產(chǎn)能力有一定的限制，生產(chǎn)線上的設(shè)備維護特別重要，不能發(fā)生故障。只要一發(fā)生故障，就損失嚴重。3、生產(chǎn)的工藝過程連續(xù)進行且不能中斷4、生產(chǎn)過程通常需要嚴格的過程控制和大量的投資資本流程型制造生產(chǎn)的工藝過程，是連續(xù)進行不能中斷的：工藝過程的加工順序是固定不變的，生產(chǎn)設(shè)施按照工藝流程布置；物料按照固定的工藝流程，連續(xù)不斷地通過一系列設(shè)備和裝置被加工處理成為成品。這類生產(chǎn)一般是經(jīng)過混合、分離、成型或化學反應(yīng)使材料增值。生產(chǎn)過程通常需要嚴格的過程控制和大量的投資資本。2流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的生產(chǎn)特點5、設(shè)備大型化、自動化程度較高、生產(chǎn)周期較長、過程連續(xù)或批處理,生產(chǎn)設(shè)施按工藝流程固定使用流程型制造企業(yè)采用大規(guī)模生產(chǎn)方式，生產(chǎn)工藝技術(shù)成熟，控制生產(chǎn)的工藝條件的自動化設(shè)備比較成熟，例如DCS、PLC,因此，生產(chǎn)過程多數(shù)是自動化，生產(chǎn)車間的人員主要是管理、監(jiān)視和設(shè)備檢修。流程型制造（如化工、治金、煉油、電力、造紙等）具有設(shè)備大型化、自動化程度較高、生產(chǎn)周期較長、過程連續(xù)或批處理等特征，故中期生產(chǎn)計劃十分關(guān)鍵。但中期生產(chǎn)計劃的時間跨度大，難以直接在作業(yè)計劃層得到落實和執(zhí)行，故需要進一步分解成主生產(chǎn)計劃(MasterProducfioilSchedule,MPS),從而安排詳細的作業(yè)進度計劃。MPS是描述相對短期的時段內(nèi)（如年、周、日等）、具體產(chǎn)品品種和批量的計劃，它將生產(chǎn)計劃與作業(yè)計劃銜接起來，起到了承上啟下的作用。而離散型工業(yè)，由于產(chǎn)品品種的多變性和生產(chǎn)工藝過程及工藝路線的多變性，其計劃重點卻是相對短期的主生產(chǎn)計劃和車間作業(yè)計劃與作業(yè)排序。2流程型制造智能工廠的特點生產(chǎn)過程通常需要嚴格的過程控制和大量的投資資本6、產(chǎn)品種類繁多且結(jié)構(gòu)復雜，生產(chǎn)環(huán)境要求苛刻，需要克服純滯后非線性、多變量等影響具體地說，流程型生產(chǎn)過程的物理化學反應(yīng)時間，會隨著物料質(zhì)量、外界溫度、濕度、壓力等的變化而變化，實際的MPS時段長度是不確定的；生產(chǎn)連續(xù)或批處理的特性，會使物料停于一定的設(shè)備容器或裝置之中，在制品盤存十分困難，實際完成的產(chǎn)品批量也是不確定的；生產(chǎn)過程中的設(shè)備、質(zhì)量等隨機事故，都會導致非計劃停車，最終會對實際的MPS時段長度及產(chǎn)品批量產(chǎn)生較大影響。2流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的生產(chǎn)特點7、建立原材料跟蹤追溯體系(特別是食品和醫(yī)藥行業(yè))，并提高產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性施行批號政策，流程型制造的生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生有各種協(xié)產(chǎn)品、副產(chǎn)品、廢品、回流物等，而且對物資的管理需要有嚴格的批號。例如，制藥業(yè)中的藥品生產(chǎn)過程要求有十分嚴格的批號記錄，從原材料、供應(yīng)商、中間品以及銷售給用戶的產(chǎn)品，都需要記錄，當出現(xiàn)問題，可以通過批號反查出是誰的原料、哪個部門、何時生產(chǎn)的，直到查出問題所在。而離散制造業(yè)卻不存在這種要求。正是由于流程型制造企業(yè)獨有的特點，決定了流程行業(yè)對ERP的特殊需求。流程型制造的生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生有各種協(xié)產(chǎn)品、副產(chǎn)品、廢品、回流物等，而且對物資的管理需要有嚴格的批號。例如，制藥業(yè)中的藥品生產(chǎn)過程要求有十分嚴格的批號記錄，從原材料、供應(yīng)商、中間品以及銷售給用戶的產(chǎn)品都需要記錄，當出現(xiàn)問題，可以通過批號反查出是誰的原料、哪個部門、何時生產(chǎn)的，直到查出問題所在。而離散制造業(yè)卻不存在這種要求。正是由于流程型制造企業(yè)獨有的特點，決定了流程行業(yè)對ERP的特殊流程企業(yè)隨著生產(chǎn)計劃的下達，同時也將下達質(zhì)量檢測計劃和設(shè)備維修計劃。2流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的生產(chǎn)特點8、物流流向復雜性對于流程型制造這樣的擁有復雜生產(chǎn)流程產(chǎn)業(yè)來說，其內(nèi)部產(chǎn)品的流向非常復雜，物流順序不只是單的前向順序，還有可能出現(xiàn)后向的順序。一套低壓合成甲醇裝置中的各種產(chǎn)品，除了某些直接作為最終產(chǎn)品之外，其余產(chǎn)品均作為其它生產(chǎn)裝置的進料。其它裝置的產(chǎn)品有的作為成品直接存儲，而有的則作為其它裝置的進料。如催化裝置的某產(chǎn)品是焦化裝置的原料，而焦化裝置的某產(chǎn)品又作為催化裝置的原料，因此要計算焦化裝置的產(chǎn)品成本需要先計算催化裝置的生產(chǎn)成本，而催化裝置的生產(chǎn)成本又依賴于焦化裝置的產(chǎn)品成本。成本信息形式多樣，信息量十分龐大，過程的復雜性決定了成本計算的復雜性。9、成本構(gòu)成的關(guān)聯(lián)性在流程型制造過程中包含較多的過程變量，而且過程變化量之間相互關(guān)聯(lián)、相互耦合，上下工序、交叉工序存在質(zhì)量和消耗的關(guān)系，一道工序發(fā)生變化，一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)不協(xié)調(diào)，都可能會引起其他所有量發(fā)生變化，從而使流程型制造產(chǎn)品成本來源錯綜復雜，增加成本耗算的困難程度生產(chǎn)過程中的聯(lián)產(chǎn)品：對于流程企業(yè)來說，往往一個生產(chǎn)裝置不僅僅生產(chǎn)一種產(chǎn)品，而是有多種聯(lián)產(chǎn)品，這使得動態(tài)成本計算過程需要考慮在不同產(chǎn)品中的生產(chǎn)成本分配。另外，在不同的生產(chǎn)方案下，各裝置的產(chǎn)品也會有所不同，即使同一種產(chǎn)品，其生產(chǎn)動態(tài)信息，如收率等也往往不相同，導致生產(chǎn)成本發(fā)生變化。這些都增加了動態(tài)成本核算系統(tǒng)實現(xiàn)的難度。2流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的生產(chǎn)特點10、物耗變化的隨機性眾所周知，流程型制造生產(chǎn)過程并不十分穩(wěn)定，生產(chǎn)原料成分、蒸汽壓力、環(huán)境條件、生產(chǎn)負荷隨時都在變化，這些生產(chǎn)條件的變化都會影響到物耗，從而影響生產(chǎn)成本。11、不確定性因素工業(yè)過程存在多種多樣的干擾，許多干擾不僅嚴重而且機理復雜。大多數(shù)干擾無法測量，也無法消除。流程型制造成本核算系統(tǒng)所建立的數(shù)學模型是整個工藝的簡單近似，忽略了許多復雜的產(chǎn)品成本干擾因素。2流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的生產(chǎn)特點12、人工因素的能動性化工過程的物料和公用工程消耗是通過操作者調(diào)節(jié)非價值性參數(shù)（溫度、壓力、流量、液位等）來實現(xiàn)，操作者的水平跟物耗，從而跟成本存在一定關(guān)系。由于流程型制造生產(chǎn)過程的上述(8)-(12)特點，導致動態(tài)成本核算過程比較復雜，增加了動態(tài)成本核算系統(tǒng)開發(fā)、實施難度。目前我國流程型制造的現(xiàn)實狀況是三高兩低，即能耗高、成本高、污染高和勞動生產(chǎn)率低、資源利用率低。造成這種狀況的原因主要有以下方面。一方面我國在產(chǎn)品、工藝和技術(shù)等方面的創(chuàng)新能力仍需提高，另一方面對于生產(chǎn)運行技術(shù)而言，我們需要提高生產(chǎn)控制、計劃、調(diào)度、優(yōu)化、供應(yīng)鏈管理等方面的能力，以改變相對落后的現(xiàn)狀。2流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的管理特點流程管理關(guān)注于流程，一方面確保流程的合理性和完整性，而且被正確的執(zhí)行，另一方面要確保流程能朝著正確的方向特續(xù)優(yōu)化。通過優(yōu)化流程來提升企業(yè)的總體的管理水平、生產(chǎn)效率、以及經(jīng)濟效益。2流程型制造智能工廠的特點流程型制造智能工廠的管理特點（1）流程管理能夠提高項目的效率。裝備制造的項目相關(guān)方除了企業(yè)自身外，還有客戶和供應(yīng)商，而且企業(yè)內(nèi)部也涉及很多業(yè)務(wù)部門，所以若項目各方都能按照標準規(guī)范的流程來執(zhí)行項目工作內(nèi)容，這將大大減少項目內(nèi)外部的無效溝通，增強項目的協(xié)同性，進而提高項目整體效率。12（3）流程管理將加強項目管控能力。流程管理是實現(xiàn)項目規(guī)范化管理的重要工具，是項目執(zhí)行力形成的基礎(chǔ)，離開了流程，就等于沒有了管理控制系統(tǒng)的建立和優(yōu)化手段和方法，項目的執(zhí)行將會是“一盤散沙”。3（2）流程管理有利于對項目的監(jiān)控。由于裝備制造的產(chǎn)品一般結(jié)構(gòu)復雜、流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)多、生產(chǎn)周期長，在制造的過程中充滿著變化。對制造項目全過程的流程進行嚴格執(zhí)行，增加了流程各環(huán)節(jié)運行的透明度，將能有效地監(jiān)控項目的動態(tài)變化以及項目風險預警能力。流程管理的價值有效地管理和優(yōu)化業(yè)務(wù)流程，可以大大提高企業(yè)的競爭力和市場生存能力，從而幫助企業(yè)在激烈的市場競爭中更快速地為客戶提供產(chǎn)品和服務(wù)，并靈活地應(yīng)對市場變化。而流程管理對裝備制造在項目管理方面的提升主要有以下幾個方面：2流程型制造智能工廠的特點流程管理特點流程型智慧工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)支持多工廠、多項目、企業(yè)級信息化管理，集成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、管理流程、決策分析等信息，實現(xiàn)不同層級的高效協(xié)同和可視化管理，提高公司多層級管理能力，具備基于工廠層面和公司層面（多工廠）的決策支持和分析預警。基于生產(chǎn)過程進行流程化管理，實現(xiàn)庫存管控、物料管控、進度管控、質(zhì)量管控和成本管控，促進工廠精細化管理，規(guī)范化管理裝配式項目的合同、設(shè)計、生產(chǎn)、堆場、施工、進度、質(zhì)量、安全、成本和風險，實現(xiàn)流程優(yōu)化和標準化，優(yōu)化項目管理和業(yè)務(wù)管理。多工廠、多項目、多層級信息化管理實現(xiàn)基于BM的深化設(shè)計、生產(chǎn)管理集成流程型智慧工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)直接接收BM設(shè)計數(shù)據(jù)，如構(gòu)件類型和數(shù)量，以及構(gòu)件的基礎(chǔ)信息和各種詳圖，包括構(gòu)件的鋼筋、預埋件等組成信息，自動匯總生成構(gòu)件BOM清單，快速統(tǒng)計物資需求計劃。2流程型制造智能工廠的特點流程管理特點基于SOA框架，實現(xiàn)業(yè)務(wù)構(gòu)件、接口組件和其他異構(gòu)系統(tǒng)的集成，具有較強的擴展性和兼容性，車間智能化設(shè)備統(tǒng)一集成聯(lián)網(wǎng)接入流程型智慧工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)車間智能化設(shè)備的單機智能控制、多機協(xié)調(diào)聯(lián)動控制。同時，管理系統(tǒng)支持用戶二次研發(fā)，滿足企業(yè)在不同階段對精細化管理的需求，支持和其他系統(tǒng)的集成，如財務(wù)系統(tǒng)等，實現(xiàn)公司層面的信息化集成應(yīng)用，便于公司內(nèi)部的信息化管理。集成性、擴展性、兼容性流程型智慧工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)信息共享流程型智慧工廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)對PC構(gòu)件工廠全生產(chǎn)流程和裝配式項目全生命周期進行管理，實現(xiàn)基于BM的裝配式建筑全流程集成應(yīng)用，BM模型在建筑的全生命周期和多參與方之間共享，實現(xiàn)在裝配式項目的設(shè)計、生產(chǎn)、物流等階段之間信息共享。3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程傳統(tǒng)工廠(HPS）傳統(tǒng)工廠經(jīng)歷了從人手工操作到人操作機械的階段。制造業(yè)起始于手工制造，由眾多的勞動者完全靠手工進行。流程型制造過程中的原料輸送、物質(zhì)化學反應(yīng)過程等均要人力完成，通常是作坊式，難以大規(guī)模生產(chǎn)，需要眾多小作坊。該種生產(chǎn)方式人工勞動強度大，產(chǎn)品穩(wěn)定性差、質(zhì)量難以保證。隨著社會的進一步發(fā)展和人口的增長，農(nóng)民在農(nóng)村開始集體生產(chǎn)，并逐漸形成農(nóng)業(yè)合作社。這種形式的工廠生產(chǎn)，雖然規(guī)模較大，但仍然局限于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。傳統(tǒng)工廠的特點包括：①手工操作：傳統(tǒng)工廠通常依賴人力進行生產(chǎn)操作，包括物料搬運、加工組裝等工序。②生產(chǎn)線標準化：生產(chǎn)線通常以固定的順序和流程進行生產(chǎn)，產(chǎn)品規(guī)格相對單一，生產(chǎn)過程較為標準化。③低自動化程度：傳統(tǒng)工廠的自動化程度相對較低，生產(chǎn)設(shè)備多為普通機械設(shè)備，缺乏自動化控制系統(tǒng)。④批量生產(chǎn)：傳統(tǒng)工廠通常以大批量生產(chǎn)為主，利用標準化生產(chǎn)流程提高效率。⑤專業(yè)化分工：生產(chǎn)過程中存在明確的專業(yè)化分工，不同崗位負責不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。⑥較低的靈活性：傳統(tǒng)工廠在應(yīng)對市場需求變化時的調(diào)整能力相對較弱，轉(zhuǎn)換生產(chǎn)線需要較長時間。3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程傳統(tǒng)工廠(HPS）隨著第一次工業(yè)革命的發(fā)展，工業(yè)裝備技術(shù)也不斷發(fā)展，人工操作逐漸被機械設(shè)備（如電動機、風機、加熱爐）替代。就鋼鐵生產(chǎn)而言，逐漸使用機械如空氣錘等代替人工鍛打，工廠通常配備多個空氣錘，人工操作空氣錘實現(xiàn)中等規(guī)模的生產(chǎn)。傳統(tǒng)的流程制造過程為人工操作的運行控制系統(tǒng)，是一種HPS。例如，軋制任務(wù)通過烘爐、風箱、空氣錘完成，擊打位置、擊打次數(shù)、擊打力量等決策均由具有一定技藝的操作者憑經(jīng)驗完成，并通過經(jīng)驗積累傳承軋制知識。傳統(tǒng)工業(yè)包括以下幾個方面的內(nèi)容：①數(shù)控設(shè)備：數(shù)控機床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床等數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用，大大提高了加工精度和效率。②自動化生產(chǎn)線：采用輸送帶、機器人、傳感器等設(shè)備組成的生產(chǎn)線，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的自動化運作。③自動化控制系統(tǒng)：使用PLC（可編程邏輯控制器）等自動化控制系統(tǒng)，對生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)流程進行程序控制。④自動化倉儲系統(tǒng)：自動堆垛機、輸送機等設(shè)備的應(yīng)用，使得原材料和成品的存儲和搬運過程實現(xiàn)自動化。⑤自動化檢測與質(zhì)量控制：利用傳感器、圖像識別等技術(shù)，對產(chǎn)品進行自動化檢測和質(zhì)量控制。⑥傳統(tǒng)工業(yè)自動化的發(fā)展為工業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大的變革，使得生產(chǎn)過程更加高效、精密和可控，為工業(yè)企業(yè)的發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程傳統(tǒng)工廠(HPS）圖1-3-1傳統(tǒng)工廠圖1-3-2基于HPS的流程型制造3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化工廠(HCPS1.0)20世紀中葉以后，隨著制造業(yè)對于技術(shù)進步的強烈需求，以及計算機、通信和數(shù)字控制等信息化技術(shù)的發(fā)明和廣泛應(yīng)用，制造系統(tǒng)進入了數(shù)字化制造（digitalmanufacturing）時代，以數(shù)字化為標志的信息革命引領(lǐng)和推動了第三次工業(yè)革命。圖1-3-3數(shù)字化制造變化3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化工廠(HCPS1.0)傳統(tǒng)制造相比，數(shù)字化制造最本質(zhì)的變化是在人和物理系統(tǒng)之間增加了一個信息系統(tǒng)（cybersystem）——C，從原來的“人-物理”二元系統(tǒng)發(fā)展成為“人-信息-物理”三元系統(tǒng)（HPS進化成了HCPS），如圖所示1-19。信息系統(tǒng)是由軟件和硬件組成的系統(tǒng)，其主要作用是對輸入的信息進行各種計算分析，并代替操作者去控制物理系統(tǒng)完成工作任務(wù)。例如，與上述傳統(tǒng)手工操作機床加工系統(tǒng)對應(yīng)的是數(shù)控機床加工系統(tǒng)，它在人和機床之間增加了計算機數(shù)控系統(tǒng)這個信息系統(tǒng)，操作者只需根據(jù)加工要求，將加工過程中需要的刀具與工件的相對運動軌跡、主軸速度、進給速度等按規(guī)定的格式編成加工程序，計算機數(shù)控系統(tǒng)即可根據(jù)該程序控制機床自動完成加工任務(wù)。圖1-3-4數(shù)字化制造變化3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化工廠(HCPS1.0)流程型制造業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的工藝需求、計算機和通信技術(shù)的發(fā)展催生了一種專門的控制系統(tǒng)——可編程邏輯控制器(PLC)。1969年，美國Modicon公司推出了084PLC，并逐漸發(fā)展為現(xiàn)代的PLC控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以將多個回路的傳感器和執(zhí)行機構(gòu)通過設(shè)備網(wǎng)與控制系統(tǒng)連接起來，可以方便地進行多個回路的控制、設(shè)備的順序控制和監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)的廣泛應(yīng)用使得傳統(tǒng)工廠向數(shù)字化工廠邁進。與傳統(tǒng)制造相比，數(shù)字化工廠在人和物理系統(tǒng)之間增加了一個信息系統(tǒng)，用于替代人重復性的操作行為，減少人力和勞動強度、提高生產(chǎn)效率，從“人-物理”二元系統(tǒng)發(fā)展成為“人-信息-物理”系統(tǒng)。信息系統(tǒng)包括生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)和生產(chǎn)管理信該系統(tǒng)通過數(shù)字儀表對過程變量和工藝參數(shù)進行息化系統(tǒng)。是由軟件和硬件組成的系統(tǒng)檢測?？刂葡到y(tǒng)和管理系統(tǒng)對從生產(chǎn)過程采集的數(shù)字化信息進行計算、分析、閉環(huán)控制和管理。數(shù)字化工廠由操作者通過生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)和生產(chǎn)管理信息化系統(tǒng)來操控物理系統(tǒng)完成工作任務(wù)。3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化工廠(HCPS1.0)圖1-3-5基于人—信息—物理系統(tǒng)（HCPS1.0）的數(shù)字化制造數(shù)字化工廠以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。數(shù)字化工廠是現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計算機仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，同時具有其鮮明的特征。它的出現(xiàn)給基礎(chǔ)制造業(yè)注入了新的活力，主要作為溝通產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品制造之間的橋梁。3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化工廠(HCPS1.0)數(shù)字化制造可定義為第一代智能制造，故而面向數(shù)字化制造的HCPS可定義為HCPS1.0。與HPS相比，HCPS1.0通過集成人、信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的各自優(yōu)勢，其能力尤其是計算分析、精確控制以及感知能力等都得到極大的提高，其結(jié)果是：一方面，制造系統(tǒng)的自動化程度、工作效率、質(zhì)量與穩(wěn)定性以及解決復雜問題的能力等各方面均得以顯著提升；另一方面，不僅操作人員的體力勞動強度進一步降低，更重要的是，人類的部分腦力勞動也可由信息系統(tǒng)完成，知識的傳播利用以及傳承效率都得以有效提高。下圖表示了HCPS1.0的原理簡圖。圖1-3-6HCPS1.0的原理簡圖3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化工廠(HCPS1.0)從二元系統(tǒng)HPS到三元系統(tǒng)HCPS，由于信息系統(tǒng)的引入，制造系統(tǒng)同時增加了人-信息系統(tǒng)——HCS和信息-物理系統(tǒng)——CPS。美國學術(shù)界在21世紀初提出了CPS的理論，德國工業(yè)界將CPS作為“工業(yè)4.0”的核心技術(shù)。此外，從“機器”的角度看，信息系統(tǒng)的引入也使機器的內(nèi)涵發(fā)生了本質(zhì)變化，機器不再是傳統(tǒng)的一元系統(tǒng)，而變成了由信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)構(gòu)成的二元系統(tǒng)，即信息-物理系統(tǒng)，因此，第三次工業(yè)革命可以看作第二次機器革命的開始。在HCPS1.0中，物理系統(tǒng)仍然是主體；信息系統(tǒng)成為主導，信息系統(tǒng)在很大程度上取代了人的分析計算與控制工作；而人依然起著主宰的作用：首先，物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)都是由人設(shè)計制造出來的，其分析計算與控制的模型、方法和準則等都是在系統(tǒng)研發(fā)過程中由研發(fā)人員通過綜合利用相關(guān)理論知識、經(jīng)驗、實驗數(shù)據(jù)等來確定并通過編程等方式固化到信息系統(tǒng)中的，同時，這種HCPS1.0的使用效果在很大程度上依然取決于使用者的知識與經(jīng)驗。例如，對于上述數(shù)控機床加工系統(tǒng)，操作者不僅需要預先將加工工藝知識與經(jīng)驗編入加工程序中，同時還需要對加工過程進行監(jiān)控和必要的調(diào)整優(yōu)化。3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化工廠(HCPS1.5)在流程型制造工廠的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展中，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線技術(shù)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)、可編程邏輯控制器(PLC)的發(fā)展，由原來僅能實現(xiàn)單變量控制的自動控制系統(tǒng)，演變成了由設(shè)備網(wǎng)、控制網(wǎng)和管理網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)組成的自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。典型的代表是1975年Honeywell和Yokogawa公司研制了用于大型工業(yè)過程的DCS,隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，從初期不開放的獨立網(wǎng)絡(luò)，逐漸發(fā)展為通過工業(yè)以太網(wǎng)形成局域網(wǎng)連接各個生產(chǎn)單元，為網(wǎng)絡(luò)化的早期階段。以組態(tài)軟件為基礎(chǔ)的控制軟件、過程監(jiān)控軟件的廣泛應(yīng)用使得生產(chǎn)線的自動化程度更高。隨著流程制造業(yè)逐步向綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展，變成了由過程控制系統(tǒng)(PCS)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)和企業(yè)資源計劃(ERP)三層結(jié)構(gòu)組成的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。近年來，流程制造業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)得到了長足的發(fā)展，積累了大量工業(yè)數(shù)據(jù)，為流程型制造業(yè)向智能化發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。圖1-3-7數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化工廠(HCPS1.5)大多數(shù)先進的流程型制造企業(yè)走向數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化(HCPS1.5),實現(xiàn)了部分操作工作的自動化、部分管理與決策工作的信息化。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造(HCPS1.5)仍人參與的信息-物理系統(tǒng)。相比較數(shù)字化制造(HCPS1.0)而言,數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造(HCPS1.5）是在數(shù)字化的基礎(chǔ)上，通過企業(yè)內(nèi)的局域網(wǎng)實現(xiàn)多單元的協(xié)同生產(chǎn)，通過企業(yè)內(nèi)的局域網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)的互聯(lián)實現(xiàn)生產(chǎn)管理的信息化。①在生產(chǎn)過程自動化方面，在多個生產(chǎn)單元的執(zhí)行機構(gòu)指令和傳感器信號數(shù)字化的基礎(chǔ)上，隨著DCS、PLC的出現(xiàn)，通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)生產(chǎn)線全流程的分布式控制，實現(xiàn)了多個生產(chǎn)單元之間的邏輯控制和多單元的協(xié)同優(yōu)化流程型制造走向數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。顯著提高了程型制造的效率和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性水平。②在資源計劃系統(tǒng)和制造執(zhí)行系統(tǒng)方面，將通過數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)獲得的生產(chǎn)信息市場信息及需求信息，提供給根據(jù)利潤和環(huán)保的企業(yè)目標進行經(jīng)營決策的人，再將決策結(jié)果通過信息系統(tǒng)執(zhí)行。3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化工廠(HCPS1.5)流程型制造工廠的目標是最終產(chǎn)品質(zhì)量和運行性能的優(yōu)化，不僅要求回路控制層的輸出很好地跟蹤控制回路設(shè)定值，更應(yīng)使反映該加工過程的運行指標在目標值范圍內(nèi)，使產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率盡可能高，使資源消耗和加工成本盡可能低，而且要使生產(chǎn)全流程與各工序?qū)崿F(xiàn)協(xié)同優(yōu)化，從而實現(xiàn)全流程的優(yōu)化控制。目前，流程型制造盡管生產(chǎn)單元可以實現(xiàn)自動控制，但是回路設(shè)定值多數(shù)企業(yè)仍通過人工決策，且各個工序間尚未實現(xiàn)協(xié)同生產(chǎn)。因此，在當前人工智能、大數(shù)據(jù)和5G等新興技術(shù)發(fā)展條件下以實現(xiàn)流程型制造生產(chǎn)全流程優(yōu)化為主要特征的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化是流程型制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主攻方向。圖1-3-8基于人—信息—物理系統(tǒng)（HCPS1.5）的流程型制造3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化工廠(HCPS2.0)從幾次工業(yè)革命發(fā)展歷程可以看出，數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造(HCPS2.0)是流程型制造工廠的未來發(fā)展之路，是新一輪工業(yè)革命的重要突破點。數(shù)字化和智能化工廠的建設(shè)和應(yīng)用，能夠大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和競爭力。數(shù)字化工廠能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過程的透明化和可視化，幫助企業(yè)快速了解和掌握生產(chǎn)情況，及時進行調(diào)整和決策。智能化工廠則進一步提升了生產(chǎn)過程的智能和自主性，能夠根據(jù)市場需求快速響應(yīng)和調(diào)整生產(chǎn)計劃，提供個性化和定制化的產(chǎn)品和服務(wù)。通過數(shù)字化和智能化工廠的建設(shè)和運營，企業(yè)能夠更好地適應(yīng)市場變化和客戶需求，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和風險，增強市場競爭力。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和工業(yè)人工智能技術(shù)融合，部分人工完成的操作和決策功能在未來將通過智能系統(tǒng)實現(xiàn),智能系統(tǒng)將使生產(chǎn)流程運行決策與控制模式發(fā)生顛覆性改變,將傳統(tǒng)人工感知和開環(huán)決策、事后校正轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r智能感知,以及在此基礎(chǔ)上的智能分析、優(yōu)化決策與控制。這是流程型制造邁向智能制造和工業(yè)4.0的重要途徑。3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化工廠(HCPS2.0)圖1-3-9流程型智能制造的人—信息—物理系統(tǒng)（HCPS2.0）1、面向新一代智能制造HCPS2.0的內(nèi)涵面向新一代智能制造的HCPS2.0既是一種新的制造范式，也是一種新的技術(shù)體系，是有效解決制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級各種問題的一種新的普適性方案，其內(nèi)涵可以從系統(tǒng)和技術(shù)等視角進行描述。3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化工廠(HCPS2.0)從系統(tǒng)構(gòu)成看，面向新一代智能制造的HCPS2.0是為了實現(xiàn)一個或多個制造價值創(chuàng)造目標，由相關(guān)的人、信息系統(tǒng)以及物理系統(tǒng)有機組成的綜合智能系統(tǒng)。其中，物理系統(tǒng)是主體，是制造活動能量流與物質(zhì)流的執(zhí)行者，是制造活動的完成者；擁有人工智能的信息系統(tǒng)是主導，是制造活動信息流的核心，幫助人對物理系統(tǒng)進行必要的感知、認知、分析決策與控制，使物理系統(tǒng)以盡可能最優(yōu)的方式運行；人是主宰，一方面，人是物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的創(chuàng)造者，即使信息系統(tǒng)擁有強大的“智能”，這種“智能”也是人賦予的，另一方面，人是物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的使用者和管理者，系統(tǒng)的最高決策和操控都必須由人牢牢把握。從根本上說，無論物理系統(tǒng)還是信息系統(tǒng)都是為人類服務(wù)的。總而言之，對于新一代智能制造，制造是主體，智能是主導，人是主宰。面向新一代智能制造的HCPS2.0需要解決各行各業(yè)各種各類產(chǎn)品全生命周期中的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)、管理等所有環(huán)節(jié)及其系統(tǒng)集成的問題，極大提高質(zhì)量、效率與競爭力?；蛘呖梢哉f，新一代智能制造的實質(zhì)就是構(gòu)建與應(yīng)用各種不同用途、不同層次的HCPS2.0，并最終集成為一個有機的、面向整個制造業(yè)的HCPS2.0網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使社會生產(chǎn)力得以革命性提升。（1）系統(tǒng)視角3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化工廠(HCPS2.0)因此，面向新一代智能制造的HCPS2.0從總體上呈現(xiàn)出智能性、大系統(tǒng)和大集成等三大主要特征：第一，智能性是面向新一代智能制造的HCPS2.0的最基本特征，即系統(tǒng)能不斷自主學習與調(diào)整以使自身行為始終趨于最優(yōu)。第二，面向新一代智能制造的HCPS2.0是一個大系統(tǒng)，由智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)及智能服務(wù)三大功能系統(tǒng)以及智能制造云和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)兩大支撐系統(tǒng)集合而成。其中，智能產(chǎn)品是主體，智能生產(chǎn)是主線，以智能服務(wù)為中心的產(chǎn)業(yè)模式變革是主題，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智能制造云是支撐智能制造的基礎(chǔ)。第三，面向新一代智能制造的HCPS2.0呈現(xiàn)出前所未有的大集成特征：企業(yè)內(nèi)部研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務(wù)、管理過程等實現(xiàn)動態(tài)智能集成，即縱向集成；企業(yè)與企業(yè)之間基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能云平臺，實現(xiàn)集成、共享、協(xié)作和優(yōu)化，即橫向集成；制造業(yè)與金融業(yè)、上下游產(chǎn)業(yè)的深度融合形成服務(wù)型制造業(yè)和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)共同發(fā)展的新業(yè)態(tài)；智能制造與智能城市、智能交通、智能醫(yī)療、智能農(nóng)業(yè)等交融集成，共同形成智能生態(tài)大系統(tǒng)——智能社會。3流程型制造智能工廠的發(fā)展歷程數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化工廠(HCPS2.0)(2)技術(shù)視角從技術(shù)本質(zhì)看，面向新一代智能制造的HCPS2.0主要是通過新一代人工智能技術(shù)賦予信息系統(tǒng)強大的“智能”，從而帶來三個重大技術(shù)進步：第一，最關(guān)鍵的是，信息系統(tǒng)具有了解決不確定性、復雜性問題的能力，解決復雜問題的方法從“強調(diào)因果關(guān)系”的傳統(tǒng)模式向“強調(diào)關(guān)聯(lián)關(guān)系”的創(chuàng)新模式轉(zhuǎn)變，進而向“關(guān)聯(lián)關(guān)系”和“因果關(guān)系”深度融合的先進模式發(fā)展，從根本上提高制造系統(tǒng)建模的能力，有效實現(xiàn)制造系統(tǒng)的優(yōu)化。第二，最重要的是，信息系統(tǒng)擁有了學習與認知能力，具備了生成知識并更好地運用知識的能力，使制造知識的產(chǎn)生、利用、傳承和積累效率均發(fā)生革命性變化，顯著提升知識作為核心要素的邊際生產(chǎn)力。第三，形成人機混合增強智能，使人的智慧與機器智能的各自優(yōu)勢得以充分發(fā)揮并相互啟發(fā)地增長，極大釋放人類智慧的創(chuàng)新潛能，極大提升制造業(yè)的創(chuàng)新能力。總體而言，HCPS2.0目前還處于“弱”人工智能技術(shù)應(yīng)用階段，新一代人工智能還在極速發(fā)展的過程中，將繼續(xù)從“弱”人工智能邁向“強”人工