印刷包装智能工厂

　　智能工厂的建设充分融合了信息技术、先进工艺技术、自动化技术、通信技术和人工智能等技术。企业在建设智能工厂时，应该考虑如何有效融合这五大领域的新兴技术，并与企业的产品特点和制造工艺紧密结合，确定自身的智能工厂推进方案。

　　当前，我国印刷包装业呈现四大特点：1.产业规模越来越大。2016年总产值已经达到世界第二。2.企业数量多。全国拥有印包企业10万多家，单个企业规模小，分布广。3.企业参差不齐，水平差距较大。有的已经达到国际一流的水准，也有的仍在使用落后的机器。4.占地面积大，消耗资源多，多属于劳动力密集型企业，人均产出效益低。

　　“中国制造2025”提出后，印刷包装企业面临着巨大的转型压力，而且时间紧迫，不能等待，必须寻求突破。面对产能过剩、劳动力成本大幅攀升、企业招工难、环保政策越来越严苛、客户个性化需求日益增长、市场竞争逐渐从国内转向国际竞争等因素的挑战，企业要想生存必须从低成本竞争策略转向建立差异化竞争优势，寻求特色发展。

　　移动互联技术、信息技术、物联网、大数据与云计算、协作机器人、3D打印、预测性维护、机器视觉等新兴技术的迅速兴起，为企业实施智能制造，推进智能工厂建设提供了良好的技术支撑。

　　国家工信部从2015年开始推进智能制造和智能工厂示范基地建设，经过两年的探索，2017年逐渐进入快速推进期，工信部和各地方政府相继出台政策，大力扶持。各行业中越来越多的大中型企业开启了智能工厂建设的征程，印刷包装企业也要搭上这趟转型列车。

　　内涵与特征

　　1.智能制造内涵。智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。

　　目前我国制造业尚处于机械化、电气化、自动化、数字化并存，不同地区、不同行业、不同企业发展不平衡的阶段。发展智能制造面临关键共性技术和核心装备受制于人，智能制造标准/软件/网络/信息安全基础薄弱，智能制造新模式成熟度不高，系统整体解决方案供给能力不足，缺乏国际性的行业巨头企业和跨界融合的智能制造人才等突出问题。相对工业发达国家，推动我国制造业智能转型，环境更为复杂，形势更为严峻，任务更加艰巨。我们必须遵循客观规律，立足国情、抓住全球制造业分工调整和我国智能制造快速发展的战略机遇期，走出一条具有中国特色的发展道路。

　　2.智能工厂的内涵。智能工厂是实施智能制造的组织形式，其目标是提高产品质量、提高产品精度、减轻员工劳动强度、减少劳动力、节约资源等。狭义上，智能工厂是移动通信网络、数据传感监测、信息交互集成、高级人工智能等智能制造相关技术、产品及系统在工厂层面的具体应用，以实现工厂级生产系统的智能化、网络化、协同化、柔性化、绿色化。广义上，智能工厂是以制造为基础，向产业链上下游同步延伸，涵盖了产品全生命周期智能化实施与实现的组织载体。

　　德国“工业4.0”和“中国制造2025”，都是根据本国国情提出的，各有侧重。各国对智能工厂理解不同。例如，美国的IBM公司认为智能工厂是：“智慧地球”概念在制造业的延伸，在数字化工厂的基础上实现智能系统、绿色制造和物联网的综合集成应用；德国的西门子公司认为智能工厂是：基于工业4.0，将互联网技术与网络物理系统相结合，实现研发设计、生产制造、过程管理各个环节的全方位信息覆盖及优化；中国部分企业认为：实现智能工厂，立足行业转型升级，推动设备网络化、柔性化、智能化改造，以机器人、在线检测、远程诊断、工艺数据库管理、智能挖掘为着力点。

　　3.智能工厂的主要特征。根据目前对智能工厂的各种理解，可综合归纳为以下六个方面的特征。

　　①物物相联。将工业传感器、智能控制系统、嵌入式系统、网络通信设施等融合形成信息物理系统，使得人、设备、产品、系统等在网络环境下持续进行信息交流与数据共享，由SCADA（数据采集与监控系统）实时采集设备的状态，生产完工的信息、质量信息，并通过应用RFID（无线射频技术）、条码等技术，实现生产过程的可追溯。

　　②移动互联。移动互联技术逐渐深入研发设计、生产制造、过程管理等环节，完成对CAD、ERP、CRM等的移动化改造以及对生产车间机器、产品等数据的实时采集，广泛应用MES（制造执行系统）、APS（先进生产排程）、能源管理、质量管理等工业软件，实现生产现场的可视化和透明化，实现生产、运营、管理模式创新。

　　③整体可视，充分结合精益生产理念。通过可视化软件、移动互联等技术和产品的应用，将生产状态、工业视频等信息高度集成和融合，加强对空间信息的管理，使生产管理者、运营者、操作者等不同角色人员能够实时准确把握其需要的信息，以便及时发现问题、解决问题，能够实现按订单驱动，拉动式生产，尽量减少在制品库存，消除浪费。

　　④绿色节能。能够及时采集设备和生产线的能源消耗，实现能源高效利用。在危险和存在污染的环节，优先用机器人替代人工，能够实现废料的回收和再利用。智能工厂的制造过程持续优化，原材料、电力、水资源、机械运转和人员等各种形式的浪费不断降低。

　　⑤开放易扩展。智能生产设备依托网络化的开放环境实现较强的扩展性，同时智能工厂内的生产及控制系统采用网络化分布的组合形式，系统具有较高的兼容性，能够通过计算机网络远程共享数据资源。小批量、多品种的企业则应当注重少人化、人机结合，不要盲目推进自动化，应当特别注重建立智能制造单元。工厂的自动化生产线和装配线应适当考虑冗余，避免由于关键设备故障而停线；同时，应当充分考虑如何快速换模，适应多品种的混线生产。

　　⑥可持续演进。信息网络技术升级速度快、更新空间大的特性，决定了智能工厂的形态与功能必然不会一成不变，而是表现出明显的持续演进特征，主要体现在人机交互创新、实时分析规划、自主学习维护三方面。

　　实施智能工厂的可行性分析

　　智能工厂的建设充分融合了信息技术、先进工艺技术、自动化技术、通信技术和人工智能等技术。企业在建设智能工厂时，应该考虑如何能够有效融合这五大领域的新兴技术，并与企业的产品特点和制造工艺紧密结合，确定自身的智能工厂推进方案。

　　笔者认为从技术成熟度来分析，实施印刷包装智能工厂的可行性。本方法从管理水平、业务水平、硬件水平、软件水平、人才水平、绿色环保水平去评价，将企业分为高、较高、中等、较低四个等级。管理水平包括：管理理念是否先进，是否以人为本，是否快速响应等；业务水平包括：应用网络信息能力、业务流程是否科学等；硬件水平包括：设备是否数字化，智能设备配套情况；软件水平包括：就否采用的软件是否统一，是否智能化，是否采用大数据和云计算等；人才水平包括：人员学历、专业方向，是否有专门人员，培训教育等；绿色环保水平包括：绿色认证、绿色设计、绿色回收等（样表见上表）。根据上表分值高低判断实施智能工厂的可行性：企业处于高水平的可以率先实施智能工厂，较高水平的可以尽快考虑，而处于中等及以下的则需要好好补课。

　　存在的问题

　　智能制造和智能工厂的推进目前处于起步阶段，许多企业在推进智能工厂建设方面，还存在一些误区，综合分析如下。

　　1.对自己企业了解不深、了解不透。数字化、信息化是智能工厂建设的基础。数字化不是停留在口头上，业务数据、商务流程数据、管理、调度、生产数据、客户关系数据、技术参数等是否数字化，流程再造方面是否需要优化等都要考虑。

　　设备互联互通是软硬件基础。目前的设备是否具备数字化，是否可以联网，是否可以改造，等等。

　　2.对智能工厂的架构系统思考不够。能工厂与智能装备、自动化控制、传感器、工业软件等领域的供应商，集成难度大。很多企业不仅存在诸多信息孤岛，也存在很多自动化孤岛，自动化生产线没有进行统一规划，生产线之间还需要中转库转运。未来工业元器件和网络速度发展很快，因此要统筹考虑，留有一定的余量。

　　3.智能工厂不等于无人工厂，存在盲目性。很多制造企业仍然认为推进智能工厂就是要实现自动化和机器人化，因而盲目追求“黑灯工厂”，推进单工位的机器人改造，推进机器换人，上马只能加工或装配单一产品的刚性自动化生产线，只注重购买高端设备，但却没有配备相应的软件系统。

　　4.智能工厂的实施没有固定的模式。在智能制造的标准方面，还有很多属于空白，需要进一步加强。这需要设备供应商、材料供应商，结合工艺流程等统一协调协商，在标准部门领导下形成标准，然后快速执行。

　　实施智能工厂一般遵循的步骤

　　学习和认识阶段。企业的领导、技术人员、中层骨干要率先学习、了解、考察，学习实施智能工厂的目的和意义、智能工厂的内涵特征、实施要点等。

　　可行性分析阶段。正确认识目前企业的现状，首先是业务结构、发展方向等，处于智能工厂建设的哪一个阶段。

　　实施计划指定阶段。从哪个方面入手，找专业机构进行分析咨询，开展可行性分析。

　　寻求支持阶段。与地方主管部门联系，获得地方的支持。

　　实施准备阶段。前面的几个阶段可以分步实施，也可以同步考虑，不必要按照时间顺序去考虑。

　　建议企业首先从理念上了解，分析企业存在的问题，围绕智能制造大方向进行改革，逐步建设智能工厂。此外，企业也可借助外力提升员工在这方面的素养。北京印刷学院机电学院与中国印刷及设备器材工业协会印机分会联合举办的智能制造培训班，就可以帮企业培养有关智能制造、智能工厂的人才。

　　（本文作者为北京印刷学院机电学院院长）

[时间：2017-10-12  作者：齐元胜  来源：印刷工业]