导读：随着物联网、大数据和移动应用等新一轮信息技术的发展，全球化工业革命开始提上日程，工业转型开始进入实质阶段。为了实现国家层面工业化转型与升级，各国纷纷推出了相应的制造业战略，德国推出了“工业4.0”，美国推出了“工业互联网”，我国推出了“中国制造2025”，这三者本质内容是一致的，都指向一个核心，就是智能制造。工信部和中国工程院把中国版的工业4.0的核心目标定义为智能制造，由智能制造再延伸到具体的工厂，就是智能工厂，智能工厂也是工业4.0的主要目标之一。
当前，智能制造热度高企，石化、钢铁、机械装备制造、汽车制造、航空航天、飞机制造等行业纷纷开始探索建设智能工厂。《中国制造2025》明确提出要推进制造过程智能化，在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间，这必将加速智能工厂在工业行业领域的应用推广。预计未来3-5年，全国将涌现出一批智能工厂。
德国工业4.0战略要点及“三个集成”
智能工厂是实现智能制造的载体。在智能工厂中通过生产管理系统、计算机辅助工具和智能装备的集成与互操作来实现智能化、网络化分布式管理，进而实现企业业务流程、工艺流程及资金流程的协同，以及生产资源（材料、能源等）在企业内部及企业之间的动态配置。
智能工厂的四个典型应用场景
智能工厂的特点包括状态感知、实时分析、自主决策和精准执行，从企业产品的全生命周期来看， 可以分为生产设备智能化、生产智能化、供应链仓储智能化和产品与服务智能化等几个方面。
智能工厂的四大构成
从智能工厂的总体框架来看，可以从下往上分成智能车间设备智能化、生产与运营管理流程智能化、产品服务智能化三层，每一层分别通过一系列系统的组合来实现该层的功能。总体实现的路线建议首先实现设备及生产信息联网并进行数据采集与监控，进而基于此实现信息整合及数据关联分析及增值应用服务，然后实现生产及商业信息的全面整合，甚至可以实现智能调整设备及生产条件。
智能工厂的总体框架
接下来，
我们将重点介绍其中的几个重要系统。
智能工厂
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一、现场数据采集与监控系（SCADA）
SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制。设备联网和数据采集是智能制造实施第一步，也是实现纵向集成的必要条件。
智能工厂：设备联网是智能制造实施的第一步
SCADA系统可以通过多种协议接口对接各种生产设备，从而收集手机产品制造过程中的即时信息，并向中层的制造执行管理系统传递和处理，然后把处理结果根据需要传递给ERP系统，同时也可以接受上层传递下来的控制数据信息，并把精准数据传送于监控设备上。
智能工厂：现场数据采集和监控管理（SCADA）
常用的数据采集包括通讯采集和IO采集两种方式，前者主要是按照指定通讯协议通过物理接口（RS232/RS485、以太网或其它通讯接口）对接设备控制器来进行数字化采集，后者常用于无开放通讯接口的一些设备，将通过传感器来对三色灯等模拟状态指示进行采集，两者采集后的数据将通过设备采集服务器向上层传递，中间可能通过光纤、NB-IOT等通讯技术来传输数据。
智能工厂：两种设备数据的采集方式
智能工厂
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二、制造执行系统（MES）
ERP生产管理模块（MPS、MRP、MOM、SFC）提供的就是一个非常粗略的计划与生产过程数据采集统计功能，无法满足用户实际的生产流程控制。因此，必须有一个计划层和控制层之间的执行环节，于是，生产管理的任务当然地由MES（制造执行系统）来完成了。
MES系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。
MES系统是对整个车间制造过程的优化，而不是单一的解决某个生产瓶颈；MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并作出相应的分析和处理；MES还需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。
智能工厂：制造执行系统（MES）
智能工厂
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三、高级排程系统（APS）
ERP的最大弱点在于详细计划排程 ，为了克服ERP无法解决的问题，一个新的基于有限资源能力的理论在九十年代初开始应用，这就是APS（Advanced Planning and Scheduling，高级计划排程）。 它解决了ERP无法解决的动态过程管理问题。它是基于有限资源能力的优化计划，它将企业资源能力、时间、产品、约束条件、逻辑关系等生产中的真实情况同时考虑，在满足资源约束条件下，均衡生产过程中各种生产资源，在不同的生产瓶颈阶段给出最优的生产排程计划，实现快速排程并对需求变化做出快速反应。
智能工厂：高级排程系统（1）
提升企业订单交付能力的关键在于优化计划排程过程，高级计划排程系统（APS）可以将生产流程与环境中发生的所有变动都考虑在内，解决多方面产能计划难题，并能最大限度地利用实际产能。系统支持紧急订单、设备故障、原材料交付延迟、人员请假和效率等异常情况出现，对这些扰动进行实施滚动排程，最大程度降低它们对生产计划影响；同时支持以最佳方式对生产订单进行拆分合并，从而保证利润最大化，减少浪费和成本，满足客户订单交付需求。
智能工厂：高级排程系统（2）
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四、仓储管理系统（WMS）
仓储管理系统（WMS）通过入库业务、出库业务、仓库调拨、库存调拨等功能，对批次管理、物料对应、库存盘点、质检管理和即时库存管理等功能综合运用的管理系统，有效控制并跟踪仓库业务的物流和成本管理全过程，实现或完善的企业仓储信息管理。该系统可以独立执行库存操作，也可与其他系统的单据和凭证等结合使用，可为企业提供更为完整企业物流管理流程和财务管理信息。
智能工厂：仓储管理系统（WMS）
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五、供应链管理系统（SCM）
为使加盟供应链的企业都能受益，并且使每个企业都有比竞争对手更强的竞争实力，就必须加强对供应链的构成及运作的研究，由此形成了供应链管理系统（简称SCM）。SCM实现的过程是把产品的原材料供应商、制造商、分销商、零售商等联系起来进行整体优化，使得生产资料以最快的速度、最低成本、最佳的配合通过生产、分销环节而变成增值、让消费者满意商品。系统包括了供需协同制造、终端客户定制、供应链金融、APQP全程质量管理和供应链仿真等功能模块，其中供需协同制造也是实现全程自动化智能生产，让真正满足客户需求的智能化制造称为可能的核心模块。
智能工厂：仓储管理系统（WMS）
智能工厂
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六、其它生产与运营管理智能化系统
除了上述系统外，还有可以用于生产情况视频监控的生产监控系统、实现设计、布局、工艺、生产和供应链仿真的仿真管理系统、实现当物料消耗至安全库存时能及时得到补充，满足生产需求，达到精确的信息拉动的物流执行系统以及可以对各生产设备进行能耗监控、计划和优化的能源管理系统等，这些系统可以更好地实现生产与运营管理过程中相关环节的智能化。
智能工厂：其他生产与运营管理智能化系统
智能工厂
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七、定制化平台
用户可以通过个性化定制平台，在进行必配的配置选择之上，还可以灵活地进行个性化的选择配置，比如说一些选配的增值服务等，并形成订单，传递给后台生产系统来完成生产和交付。
智能工厂：定制化平台
智能工厂
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八、移动APP
工业APP移动端是面向工业领域的一款生产管理统计用的移动端软件。它颠覆了传统的固定服务器客户端模式，采用手机或PAD作为用户的操作终端，极大的提高了用户的使用方便性，更是把精益管理实时的理念达到了极致。APP采用智能控制实现全网设备无缝对接，使用智能移动终端（手机、平板电脑）作为管理工具；突破传统方案中PC客户端或短信平台的被动管理、缺乏互动、固定办公等缺点，以客户需求为基准，定制开发相应系统中的功能。
智能工厂：移动APP
智能工厂
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九、大数据平台
当大量数据从产品生产销售等各个环节收集上来的同时，对这些数据利用大数据处理分析技术又可以形成不同的应用，这些应用将贯穿产品的全生命周期，不但可以促使营销、生产、物流流程进一步优化，提供基于大数据技术的决策，还可以支撑实现大规模定制生产新模式，以及发挥对工业设备的节能降耗、提高寿命的作用。
智能工厂：产品全生命周期的大数据管理
智能工厂
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十、系统部署
利用云部署具有整体高效、资源共享、按需分配、均衡统筹、互联互通、数据统一等作用，整体系统将以云的方式进行部署，所有的数据在云平台上进行大量的数据运算，通过这些数据理出在整个生产、运营过程中出现的问题，把出现的问题提取出来并加以分析总结，而对于好的数据也把它们提取剥离出来，在这个基础上进行进一步的提升。
智能工厂：大数据平台总体系统架构
智能工厂是智能制造的载体，利用物联网、大数据、云计算等先进技术建设智能工厂，可以有效地提高制造企业的生产效率和灵活性，为后续实现智能制造打下坚实基础，其中实现设备联网和数据采集则是打造智能工厂关键的第一步。
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