物联网时代下企业智能制造项目分类的思考

李铧

摘要：随着“中国制造2025”计划的提出和国内企业产业升级的需要，越来越多的企业投身于智能制造的行列中。但由于企业自身视野的局限和智能制造行业起步时间较短，国内对于智能制造项目并没有十分明确的分类，从而对企业智能制造改造产生了不利的影响。本文结合生产体系结构的设置，以工位、生产线和工厂所对应的项目应用，将智能制造分为自动化工位大类、智能生产线大类和工厂智慧大类，阐释了其分类依据并对不同分类在企业智能制造项目的应用进行了探索。

关键词：智能制造;智慧工厂;智能产线;自动化

中图分类号：F424            文献标识码：A

随着“智能制造”被列入国家战略方向，围绕着生产过程的智能制造项目正在各类企业中逐步推广，但是智能制造项目所涉及的环节与企业众多，没有一个统一的标准，给企业、社会、政府机关在智能制造项目推广应用方面造成了很大的困扰。为了使各行业对智能制造项目有一个清晰的认识，本文尝试提出了一种以企业生产层次为依据的项目分类方式，并通过此种分类方式对目前市面上的智能制造项目进行分析，同时进行明确的层次划分[1]。

1  以生产过程应用为出发点的分类方法

企业在进行技术改造过程时，根据企业生产过程的组成，可以将智能制造的技术改造分为低、中、高三个类别。

1.1  低端的自动化工位

工业企业在产品的生产过程中，将生产过程分解为多个具体生产工序，这样的单个生产工序就是一个工位，一个具体工位完成一项具体的生产内容。在进行技术改造时，具体工位的技术改造是以代替人工劳动或减轻工人劳动强度而进行，在技术改造中所解决的问题是以机械代替人工的过程，技术改造实际完成的是一个生产自动化的过程，虽然中间会用到一些电子控制设备，但主要是以自动化机械的应用为主导[2]。当前许多企业将这部分技术改造纳入智能制造范畴，将该类智能制造项目分类定义为低端的工位自动化项目类。从技术角度来看，自动化是最低端的智能制造范畴，工位自动化项目是企业后续智能制造项目开展的基础。为了促进智能化技术在生产企业的应用，政府、企业等也将其纳入了智能制造概念的范畴，所以，在这里我们也将其分类为低端的工位自动化项目类别。

1.2  中端的智能生產线

生产线是在产品生产过程中，为完成某项产品生产，由多个工位构成的整体。一条生产线负责某种产品或某个部件生产的全过程，生产线由多个工位按照设计好的生产工艺顺序完成产品的生产。生产线是工位的组合，当每一个工位都实现自动化生产后，需要将这些分散独立的自动化生产工位进行有序的整合，形成一条具有智能控制每个生产工位的体系，这就是智能化生产线。智能化生产线的改造和应用，是目前企业智能制造技术应用的主要方向[3]。

车间智能化和生产线智能化需要建立在工位自动化的基础上。在主要工位自动化完成后，进行产线的智能化改造。智能化生产线也是智慧工厂建设的基础，没有完成智能化生产线或智能化生产车间改造的企业，想要直接进行智慧工厂的建设是一件非常困难的事情。

1.3  高端的智慧工厂

当企业逐步实现了智能化生产线和智能化车间的建设后，针对企业的后续智能化改造，是将独立运转的智能化生产线与工厂的生产管理、原材料管理、生产计划管理甚至是市场管理等独立系统进行进一步整合。利用云计算技术、大数据技术、5G通信技术来建立智慧工厂，统一控制各系统的运转，实现整个工厂的高端技术革新。智慧工厂是智能制造未来的应用方向。

2  三大类型的技术特点

本文所提及的分类中各类技术特点是指不同分类中的主导技术。比如，自动化工位是只会干固定活不会变通的机器，智能产线是有感觉神经的机器，而智慧工厂是有大脑的智慧机器。

2.1  工位自动化的特点

工位自动化是一项围绕具体生产过程的技术改造，主要特点如下。

2.1.1  以机械为主、电控为辅

工位自动化是以代替人工、降低劳动强度为目标，工作内容单一，主要方式是采用机械设备来实现，应用到的电控设备、感应设备等（即使采用高端机器人来），也是其机械工作的实现过程。因此，工位自动化是以机械设备为主，电控为辅。机械为主的方式能够降低改造成本的投入，提供系统运行的稳定性。

2.1.2  以标准设备为主，针对性设计为辅

对于目前生产工位设备，大部分已经实现了自动化，在进行工位自动化改造时，采购已有的自动化设备为主，能够降低成本，具有设备稳定、维护方便等特点。对于极其特殊的生产工位在没有完全匹配的设备情况下，采取针对性设计专用设备的方式，实现技术改造。

2.1.3  电子设备针对生产设备为主，提供信息为辅

在自动化工位中使用的电子设备，有些具有数据输出功能，这只是设备对外提供的一个数据接口，这些电子设备的主要功能是为自动化设备提供控制参数，保证自动化设备的运转。

2.2  智能化生产线的特点

智能化生产线将智能控制概念引入系统，就像给系统连接了神经系统，使生产线中的各个工位能够统一协调运转。主要特点如下。

2.2.1  数据控制与机械输送并举

智能化生产线系统，首先是收集各个工位工作数据，协调整个生产过程，给每个工位发出工作指令，协调各工位的同步运行。在数据协调同步的同时，要建立起一条连接各个工位的输送线，完成对各个工位的自动上下料过程，物理上实现产品从一个工位到另一个工位的自动传输。智能生产线上是数据在生产过程的体现，数据传输与产品输送同步并举。

2.2.2  针对性设计是核心，标准设备是实现

智能化生产线要体现整个生产工艺过程，生产线包含了生产过程的管理，各个企业管理模式都不相同，每个企业的每条生产线都将是不同的控制系统，实现智能生产线要针对每个企业的不同情况进行个性化的设计，不能照搬其他企业的应用。对于生产线的产品输送和自动上下料中的独立环节，在统一设计的基础上采用标准设备进行二次开发。针对性进行生产线的设计是智能产线技改的核心，单一功能标准设备的使用是功能实现的需要。

2.2.3  数据传输控制是目的，信息应用是依据

智能化产线建设的目的是对各个自动化工位的同步统一控制，实现同步控制的依据是采集各个自动化设备的数据，为自动化设备提供控制信息和数据，通过这些数据实现系统的统一控制设定，完成整个产线的同步运行。

2.3  智慧工厂的技术特点

智慧工厂的概念是给整个工厂建立一个大脑，通过从各方面得到的信息，实现整个工厂自动完成全部生产过程。主要特点如下。

2.3.1  以高级软件为主，辅助以需要的硬件

智慧工厂的建立就是建立起一套软件应用体系，其中包括数据采集系统软件、数据通讯系统软件、数据分析系统软件、云计算软件、数据决策系统软件等，智慧工厂是在智能产线的基础上，应用这些软件实现整个工厂的智慧化运行。在建设过程中需要进行全厂区互联网或5G网络系统建设、控制中心建设、控制系统网络建设、服务器集群建设或租用等硬件体系建设，这些硬件体系的建设是为了辅助软硬件系统建设。

2.3.2  通用型软件，针对性二次开发

各个工厂有着自己的管理和运营体系，没有任何两个工厂的管理运营体系是相同的。因此，建设的各个软件系统都要针对应用企业进行二次开发，简单地购买一套所谓成熟的现成软件无法实现智慧工厂的建设。例如现在许多地方利用一套EMS系统推广所有企业的做法，是根本不可能实现智慧工厂的建设，也不可能采集到企业经营的完整数据，对智慧工厂的建设有害且无益。

2.3.3  数据运算为核心，下达指令为目标

智慧工厂也叫数字工厂，整个数字工厂采集生产过程中的数据、管理方面的数据、公司产品市场数据、公司客户数据、公司运营数据、企业环境数据等，对这些数据采用云计算方式进行大数据运算，对智能化产线下达生产控制指令，使整个工厂围绕核心开展生产，各个环节反馈生产过程数据给系统，系统再进行分析，调整生产过程，周而复始，实时监测控制[4]。

3  目前制造企业智能化改造的状况

在明确了以上提到的分类方法后，现在国内企业的状况表现在以下方面。

3.1  中低端生产企业处在自动化改造阶段

由于国内劳动力便宜，国内大多数的中低端中小企业都存在用工量大的问题。随着国家各方面的发展，用工成本提高、工人难招的问题越来越严重，同时国家对企业的技改加大了投入，在这些因素的刺激下，企业逐步开始进行智能制造方面的技术改造，这些企业都处在智能制造技术改造的起步阶段，主要的改造项目是围绕生产工位自动化，这些企业的技改属于初级的自动化工位改造范畴，以具有代表性的民营生产企业和生产过程簡单、劳动强度大的制造业企业为主。

3.2  中型以上企业和外资企业需要进行智能产线改造

国内中等规模的企业和新建生产工厂的设备已实现自动化，需要进一步提升生产能力，进行智能化生产线的改造。具有代表性的企业主要是国有大中型企业、上市公司投资建设的生产企业、大规模资本投资新建生产企业、外资生产企业。这些企业在国内比较分散，但基本都是各地的支柱企业。

3.3  高技术企业正在朝智慧工厂方向迈进

由于高技术企业的产品技术含量较高，对生产环节的技术要求也非常高，因此在企业建立时，生产过程和生产线的建设要按照智能化系统进行建设，在今后的发展中将率先向智慧化工厂迈进。目前这类企业并不多，是未来实现“中国制造2025”目标的关键。

4  企业智能制造的提升要统一规划分步实施

企业智能制造项目的分类已经明确了各类技改之间的关系，也说明了技改工作的步骤关系和他们之间的内在联系。因此，企业在推进技术改造过程中应遵循以下步骤。

4.1 进行整体规划

由于三大类的分类也是智能制造项目的3个层次与阶段，相互之间有着多方面的联系，所以，在开展智能制造项目前，首先要做好企业智能制造的整体规划。智能制造项目规划的主要内容包括生产过程再设计、场地布局规划、生产线调整规划、工位位置布局规划、数据选型规划等。只有做好整体规划，才能为今后项目实施打下基础，降低整体建设成本投入，减少重复投资，避免影响企业发展。

4.2  逐层进行实施

在实施具体项目时一定要循序渐进，从重要工位的自动化改造开始，在主要工位的自动化改造超过70%后，再开展自动化产线的建设，在建设的同时，解决剩余的30%工位的自动化改造。

4.3  关键工位作为突破口

项目开展是从关键部位开始进行改造，通过突破关键工位的改造，为整个项目的实现打下基础。

关键工位包括对生产过程有举足轻重的工位、改造过程中技术含量较高的工位、用工量较大的工位、出现产能瓶颈的、生产技能要求较高的工位。

5  各类成本投入测算方法

针对不同类型的项目实施，成本测算采用不同的测算方式，以此来确定项目的价值与投资预算。

5.1 自动化工位改造预算以节约人力资源支出进行测算

自动化工位的技改是以节约劳动力成本为目的，可采用年节约劳动力成本计算。按照企业一个工人一年整体费用支出（约10万元）为计算基数，乘以这个岗位自动化改造节省的人数（日8小时工作计算）为项目投入的基本预算，在对照项目的难易进行相应的上下浮动调整。

5.2  智能化产线项目预算以增加产能收入进行测算

智能化产线的升级改造预算的测算需考虑以下4个部分的内容，由这4个部分测算的和作为项目预算的基础。（1）产能提高增加的收益，对于年产能提高增产部分的利润作为预算的主要部分。（2）人员节省的人员费用成本，各个独立工位节省的操作工和人工运输工一年的人力资源成本计入项目建设预算。（3）减少原材料损耗节约的成本，一年内降低原材料的用量节约成本费用纳入项目建设预算。（4）考虑项目实施后的新增费用，项目运行将会产生新的费用支出，新增费用要在项目收益计算时进行考虑。

5.3  智慧工厂项目预算以增加企业整体收入进行测算

根据智慧工厂建设的目标要求，费用预算要考虑以下几个部分：（1）未来五年企业整体效益提升增加部分的平均值作为智慧工厂项目经费预算的主要依据。（2）企业未来五年整体运营费用降低部分的平均值作为智慧工厂项目经费预算的另一部分。（3）系统运行后每年的新增费用，在计算未来公司费用支出时需要考虑进去。

6  结语

文章在“中国制造2025”的战略背景下，对智能制造项目进行探索性的分类，旨在帮助政府、企业以一种较为简单的方式来对现阶段的智能制造项目进行分析，从而找到未来进行产业升级、智能化改造的前进方向，提高政府和企业对智能制造项目的管理，提升企业的综合竞争力。

（责任编辑：侯辛锋）

参考文献：

[1]李廉水，石喜爱，刘军.中国制造业40年：智能化进程与展望[J].中国软科学，2019（1）：6-14+35.

[2]胡江川.关于智能制造中机电一体化技术的应用[J].价值工程，2020（1）：286-287.

[3]陶昌隆.智能制造背景下机械制造企业的信息化建设[J].设备管理与维修，2019（11）：9-10.

[4]朱娅.智能制造驱动传统产业转型升级逻辑理路与策略研究[J].河南社会科学，2019（12）：61-66.