智慧工廠

數字化工廠以產品全生命週期的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，並進一步擴展到整個產品生命週期的新型生產組織方式。數字化工廠主要解決產品設計和產品製造之間的“鴻溝”，實現產品生命週期中的設計，製造、裝配、物流等各個方面的功能，降低設計到生產製造之間的不確定性，在虛擬環境下將生產製造過程壓縮和提前，並得以評估與檢驗，從而縮短產品設計到生產的轉化的時間，並且提高產品的可靠性與成功率。

無線感測器將是未來實現智慧工廠的重要利器

智慧感測是基本構成要素，但如果要讓製造流程有智慧判斷的能力，儀器、儀表、感測器等控制系統的基本構成要素，仍是關注焦點。儀器儀表的智慧化，主要是以微處理器和人工智慧技術的發展與應用為主，包括運用神經網路、遺傳演算法、進化計算、溷沌控制等智慧技術，使儀器儀表實現高速、高效、多功能、高機動靈活等性能。

如專家控制系統(expert control system；ECS)就是一種而具有大量的專門知識與經驗的程式系統。它運用人工智慧技術和電腦技術，根據某領域一個或多個專家提供的知識和經驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，解決那些需要人類專家才能解決好的複雜問題。

此外，模塊控制器(FC-Fuzzy Controller)，也稱模塊邏輯控制器(FLC-Fuzzy Logic Controller)，也是智慧工廠相關技術的關注焦點。由於模塊控制技術具有處理不確定性、不精確性和模塊資訊的能力，對無法建造數學模型的被控過程，能進行有效的控制，能解決一些用常規控制方法不能解決的問題，也讓模塊控制在工業控制領域得到了廣泛的應用。

隨着工廠製造流程連接的嵌入式設備越來越多，透過雲端架構部署控制系統，無疑已是當今最重要的趨勢之一。

在工業自動化領域，隨着應用和服務向雲端運算轉移，資料和運算位置的主要模式都已經被改變了，由此也給嵌入式設備領域帶來顛覆性變革。如隨着嵌入式產品和許多工業自動化領域的典型IT元件，如製造執行系統(manufacturing execution systems；MES)以及生產計劃系統(production planning systems；PPS)的智慧化，以及連線程度日漸提高，雲端運算將可提供更完整的系統和服務，生產設備將不再是過去單一而獨立的個體。但將孤立的嵌入式設備接入工廠製造流程，甚至是雲端，其實具有高度的顛覆性，必定會對工廠製造流程產生重大的影響。一旦完成連線，一切的製造規則都可能會改變。

包括體系結構、控制方法以及人機協作方法等，都會因為控制系統網路化，而產生變化，如控制與通信的耦合、時間延遲、資訊調度方法、分散式控制方式與故障診斷等，都使得自動控制理論在網路環境下的控制方法和演算法，都需要不斷地創新。

此外，由於影像、語音信號等大資料量、高速率傳輸對網路頻寬的要求，對控制系統網路化，更構成嚴厲的挑戰。因為工業生產流程不容許一點點差錯，網路傳遞的封包資訊不能有一點點漏失，而且網路上傳遞的資訊非常多樣化，哪些資料應該先傳(如設備故障訊息)，哪些資料可以晚點傳(如電子郵件)，都要靠控制系統的智慧能力，進行適當的判斷才能得以實現。

工業通信無線化也是當前智慧工廠探討比較熱烈的問題。根據專家分析，到2013年，全球工廠自動化中的無線通訊系統應用，將每年增加約40%。隨着無線技術日益普及，各家供應商正在提供一系列軟硬體技術，協助在產品中增加通信功能。這些技術支援的通信標準包括藍牙、Wi-Fi、GPS、LTE以及WiMax 。

然而，在增加無線連網功能時，晶片及相關軟體的選擇極具挑戰性，包括優化性能、功耗、成本和規模，都必須加以考慮，更重要的是，由於工廠需求不像消費市場一樣的標準化，必須適應生產需求，有更多彈性的選擇，最熱門的技術未必是最好的通信標準和客户需要的技術。

此外，無線技術雖然在布建便利性方面，對比有線顯然有相當的優勢，但無線技術的完善、可靠性、確定性與即時性、相容性等還有待加強。因此，工業無線技術的定位，仍應是傳統有線技術的延伸，多數儀表以及自動化產品雖會嵌入無線傳輸的功能，但要捨棄有線技術，還言之過早。 ^[1] 

“智慧工廠”的發展，是智能工業發展的新方向。特徵在製造生產上體現為：

一、系統具有自主能力：可採集與理解外界及自身的資訊，並以之分析判斷及規劃自身行為

二、整體可視技術的實踐：結合訊號處理、推理預測、仿真及多媒體技術，將實境擴增展示現實生活中的設計與製造過程。

三、協調、重組及擴充特性：系統中各組承擔為可依據工作任務，自行組成最佳系統結構。

四、自我學習及維護能力：透過系統自我學習功能，在製造過程中落實資料庫補充、更新，及自動執行故障診斷，並具備對故障排除與維護，或通知對的系統執行的能力。

五、人機共存的系統：人機之間具備互相協調合作關係，各自在不同層次之間相輔相成。

^[2] 

智能倉儲：自動備料，自動上料；

智能車間：自動生產，組裝，包裝；

智能品質管控：自動品質管控；

集成其他系統：與ERP,MES系統集成；

追溯管理:對材料，生產環節，品質管控等各個環節的追溯。

一、智慧工廠就是機械地把主加工工藝設備聯起來

在實際生產中， 在製品在機械地聯結下寸步難行，其原因就是忽視了智慧工廠的精髓：生產節拍。每個主加工設備的節拍都不一樣，只有經過專業設計、規劃，並在ERP、MES系統的統籌調度下，才能實現真正的智慧化生產。

二、智慧工廠完全不用人工

智慧工廠依然需要人工，但是所需人工少、素質要求高。根據實際測算，年產能80-100萬平米的建築玻璃智慧工廠，用工人數比傳統工廠減少15-20人左右，主要省去了玻璃上片工、調運工等重複性工種。

三、智慧工廠的工藝佈局可以模仿複製

智慧工廠的設計原則應遵循產品生產工藝，合理利用、配置自動化設備，將主加工工藝設備聯結起來，並進行統籌管理。但實際進行工藝設計時，會根據客户產品比例、產品特點、銷售模式（內銷or外銷）、產能要求、電力負荷等一系列因素綜合考慮。可以説，每一個智慧工廠都是獨特的。 ^[3]