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智能工厂的定义与特性

近年来，随着科技的不断发展，以及在德国工业4.0和中国制造2025的变

革浪潮下，全球越来越多的传统型工业制造企业开始加入智能工厂建设的行列，

以此来推动工业制造业向数字化、网络化、智能化方向发展，从根本上变革制造

业生产方式和资源组织模式，最终实现智能制造。

《“十四五”智能制造发展规划》提出，到2025年70%的规模以上制造业企

业基本实现数字化网络化，建成500个以上引领行业发展的智能制造示范工厂。

目前，在石化、钢铁、机械装备制造、汽车制造、航空航天、飞机制造等行

业，智能工厂得到了高度发展。《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。

一、智能工厂的定义

智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管

理和服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。同

时集智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒

适的人性化工厂。

二、智能工厂的总体框架

智能工厂实现了多个数字化车间的统一管理与协同生产，将车间的各类生产

数据进行采集、分析与决策，并整合设计信息与物流信息，再次传送到数字化车

间，实现车间的精准、柔性、高效、节能的生产模式。

数据在智能工厂的智能设计、生产、管理与物流环节中，承载工厂内各个层

次之间、以及同一层次的各个功能模块和系统之间的信息。

数据的交互通过连接各个功能模块的通信网络完成，其内容服从于智能工厂

系统集成建设和运营的需要。

o数据的格式和内容定义遵从通信网络和执行层、资源层的各应用功能模块

的协议。

数据的一致性和连贯性将产品的智能设计、生产管理、物流、等环节组织成

有机整体。

三、智能工厂的基本要素

（1）数字化

数字化是智能工厂的基础。对工厂所有资产建立数字化描述和数字化模型，

使所有资产都可在整个生命周期中识别、交互、实施、验证和维护，同时能够实

现数字化的产品开发和自动测试，以适应工厂内外部的不确定性（部门协调、客

户需求、供应链变化等）。

（2）网络化

在数字化的基础上，建有相互连接的计算机网络、数控设备网络、生产物联／物

流网络和工厂网络，从而实现所有资产数据在整个生命周期上价值流的自由流动，

打通物理世界与网络世界的连接，实现基于网络的互联互通。（3）智能化
具有能够感知和存储外部信息的能力，即整个制造系统在各种辅助设备的帮

助下可以自动地监控生产流程，并能够及时捕捉到产品在整个生命周期中的各种

状态信息，对信息进行分析、计算、比较、判断与联想，实现感知、执行与控制

决策的闭环。

智能工厂已经具有了自主能力，可采集、分析、判断、规划。通过整体可视

技术进行推理预测，利用仿真及多媒体技术，将实境扩增展示设计与制造过程。

系统中各组成部分可自行组成最佳系统结构，具备协调、重组及扩充特性，具备

了自我学习、自行维护能力。因此，智能工厂实现了人与机器的相互协调合作，

其本质是人机交互。

四、智能工厂的优势

（1）资产效率

智能工厂的每个方面都会产生大量数据，通过持续分析，可以发现可能需要

某种纠正优化的资产性能问题。这种纠正功能智能工厂与传统自动化工厂出现明

显差异，自动化工厂如果没有人员干预，会一直向前冲，向更高的产能，更多的

产品进军，而智能工厂会根据实际需求，调整机器的工作时间。

（2）质量

智能工厂特有的自我优化可以更快地预测和检测质量缺陷趋势，并有助于识

别质量差的人为、机器或环境因素。更优化的质量流程可以使产品质量更高，缺

陷和召回更少。工厂内配备电子看板显示生产的实时动态，同时，操作人员可远

程参与生产过程的修正或指挥。

（3）更低成本
传统上，优化流程可以带来更好的成本效益——具有更可预测的库存需求，

更有效的招聘和人员配置决策，以及减少流程。更高质量的流程还可能意味着对

供应网络的综合视图，以及对采购需求的快速，无延迟响应，从而进一步降低成

本。

（4）安全可持续性

智能工厂还可以为劳动保健和环境可持续性带来真正的好处。更大的流程自

主性可以减少人为错误的可能性，包括造成伤害的事故。利用物联网技术实现设

备间高效的信息互联，数字工厂向“物联工厂”升级，操作人员可实现获取生产设

备、物料、成品等相互间的动态生产数据，满足工厂24小时监测需求。智能工

厂的相对自给自足可能会取代某些需要重复和疲劳活动的角色。

（5）制造工艺改进

基于庞大数据库，智能工厂可以实现数据挖掘与分析，使工厂具备自我学习

能力，并在此基础上完成能源消耗的优化、生产决策的自动