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工藝4.0時代，智慧工廠已經成為現代工廠信息化發展的必然方向。智慧工廠是在智慧工廠的基礎上，利用物聯網的技術和設備監控技術加強信息管理和服務；清楚掌握產銷流程、提高生產過程的可控性、減少生產線上人工的干預、即時正確地采集生產線數據，以及合理的生產計劃編排與生產進度并加上綠色智能的手段和智能系統等新興技術于一體，從而構建出來的高效、節能、智能可控且網絡化的工廠。而智慧工廠的核心基礎單元，正是智造單元。
智造單元，是設計與實施智造工廠的有效組線模式。作為一個最小的數字化單元，提供了一個完整的多品種小批量的解決方案。甚至可以在不影響產線運轉的情況下，實現多種設備的在線入列和出列的切換。簡單講，它可以針對裝備制造業的離散加工現場，把一組能力相近的加工設備和輔助設備進行模塊化、集成化、一體化，實現智慧工廠各項能力的相互接口，具備多品種少批量（單件）產品生產能力輸出的組織模塊。它從資源軸、 管理軸和執行軸這三個角度，來實現基本工作單元的模塊化、自動化、信息化，從而實現工廠的數字化、高效率運轉。
智造單元的工作原理如圖1所示：
智造單元可以由如上示意圖的“一個現場，三個軸向”來說明，包括：資源軸向、內向管理軸向和工作執行軸向。
資源軸上，主要是對人員、流程、產品、設備的管理。資源可以是任何活動的對象，也可以是執行這些活動的前瞻主題。特別值得注意的是，員工是寶貴的資產。工廠工人在物理世界生產產品，不管職務是不是管理者，都會做決定并給其他人下達指示。
而管理軸則是質量、成本、交期、安全，是生產過程中核心輸出的要素管控與運維；而在執行軸PDCA，則是標準的戴明環，也就是計劃（Plan）、執行（Do）、檢查（Check）、糾正（Action）。
在明確了工廠現場的三大主軸之后，智能制造的建設路徑就浮出水面。通過智造單元的組合，整個智能工廠的建設，就可以通過模塊化、分區化的方式，進行自由的升級組合，從而大大提高智能工廠的建設效率。
智造單元的構成
智造單元的模塊構成包括：現場自動化、信息化和智能化，如圖2所示。
從體系機構上看，包括模塊化、單元化、集成化和一體化四部分。模塊化和單元化可以令產品快速得到推廣，集成化服務于一條產線，一體化解決了一個系統范疇的智造生態環境。
再從軟件體系看，它以MES為核心，可以獨立運行，而智造單元的系統則可自由兼容工廠原有的軟件。向下跟MDC/DNC連接，或者通過物聯直接與設備相連；向上連接至PLM、CAPP、ERP；橫向與倉儲管理系統WMS對接；而在生產任務執行上，則可以連接高級優化排產系統APS上，實現自動優化排產，實現高效生產。
智造單元與數字工廠的落成，絕不是智能體系的完成，而只是一個開始。因為在戴明環PDCA中，需要有一種持續改善的推動力——而人是最為重要的環節。物理實體和數字虛體的CPS場景建設，是系統集成商可以完成的；但人的經驗和判斷，必須有客戶在現場生產線上的參與才可以執行。所以說，一個智能制造的現場循環往復升級一定是三者相加才可以運行，單純任何一方建造一個智能工廠都不是客觀的表達。
PDCA中最為核心的就是推動改善的動力源和方向，只有把人的因素考慮進來，那么這個戴明環才有了運轉方向。這種基于人的優化，將人放在閉環之中，不斷循環，才能逐漸形成智能部分，這就是智能制造的核心。
智造單元最為重要的地方，就是將“人機網”一體化。“人機物”與“信息流、物流”緊密地融合在一起。與傳統的“智能制造”過于強調“智能”的自決策性不同，智造單元一開始就將人納入閉環之中，使得成為人機協作的典范。這就非常有實效的適應了實施智能制造初期的基礎環境。
智造單元的基本價值觀是，工廠現有的投資，需要得到最大的保護與傳承。這就意味著，繼往投入的設備等各種資產在將來可以被重復使用。一方面生產自動化的柔性大幅度提高，同時，智造單元的思想，可以把車間人工作業單元作為一個能力中心，一體化進入車間或公司的智能生態系統。由于重用性的提高，人工單元能力中心的一體化進入，對既有設備的投資，具有非常強的保護，同時，又在整體的智能生態下最大化的實現現場設備的效率和效能。這種四代同堂設備的運維方式，正是通過智造單元得以實現，體現了自動化、模塊化和數字化的疊加效果。
有了以上的硬件、軟件和模塊化組合，那么智能單元，就可以完成自由的組合，實現分扇區、分階段、分設備，對同一個工廠的不同設備、甚至同一條線的不同設備，進行“設備解列”與“設備入列”的在線切換模式。
在現有的工廠中，往往存在各種不同型號、不同代級的設備，完全可以稱為“設備世家 四世同堂”。現場有許多原來的老設備，維護得也很好；也有新設備，包括機器人、自動機械手等。如何將跨年代、跨型號的設備有效連接和升級改造，而不是簡單地一刀切地淘汰，是一個頭疼的現場問題。實際上，在這些裝備中，有些是可以直接進產線的，有些是可以通過改造后進入產線的。
智造單元考慮到四代同堂設備的現狀，分析不同設備的信息采集機制，通過靈活的信息收集方式，有些設備不需要聯網通信，只需采集信號；而有的設備，則可以采用多接口集成器，區別不同的數據采集方式，將各種設備集成進來。
由于智造單元具有豐富的模塊化接口，在現場可以采用“空間換時間”的措施，實現多設備共線運行。例如在生產現場，可能存在特別大型的設備，不便于搬運，那么就采用“空間換時間”的智能制造組合模式，通過智能物流采用AGV把各單元線無縫連起來。而對于單向鏈很長的產品，或者多個產品，則可以采用多個智造單元的陣列形式，其物資存取，可以是一個庫，也可以是多個庫。
這就意味著“以人為本、智造先行”的理念，將智慧工廠從大到小、自上而下開始拆分，從工廠到車間、到產線、到生產島、到單機設備的規劃布局；使用自下而上的方式進行實施，單機設備、單元島、智造單元、智造產線、智慧工廠，逐漸嵌套式、單元化處理，體現了智能制造的柔性，充分發揮數字化、網絡化的特點。
要實現智能制造，要兼顧投資和未來發展的需要，更為重要的是，一定要兼容企業現有的軟件體系，傳遞和延續客戶沉淀的管理智慧以及原軟件體系的價值。這種情況下，往往需要同線齊進（產線不斷實現設備解列升級）、多階段混合（半自動化、半數字化相混合）、設備四世同堂（各種不同年代的設備同時推進），則意味智能制造的落地，必然是由各種智造單元所組成。而智造單元，正是通向智能制造的必經之路。
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