工业4.0在工程制造设计中的“智慧”应用

对制造业而言，工厂是工业4.0的载体和生产第一线。各种新的技术和工业革命的实现及大规模应用，工厂无疑是最好的实验室和风向标。在“中国制造2025”强国战略实施的宏观政策环境下，如何发挥工厂的承载及先锋作用，成为很多企业家思考的课题。作为工业4.0的关键特征及核心，智能工厂在制造行业越来越受到重视，在工厂的工程设计中，以工业4.0理念作为纲领，在工厂建设之前就合理规划和设计，将起到事半功倍的效果。

　　本文从工业4.0的概念和核心出发，通过家电工程案例，在工厂整个生命周期的最早阶段工程设计中就应用工业4.0的理念，提前布局和筹谋，从源头上打造工业4.0智能工厂的愿景，并阐述了工程设计中实现工业4.0理念的基本内容和步骤。

　　工业4.0的战略背景

　　德国是高度工业化且以制造业为导向的出口型经济技术强国，为了保持在重要关键技术上的国际领先地位，提出了继蒸汽机的发明、大规模生产和自动化之后的第四次工业革命——工业4.0高科技战略计划。基本设想是制造的产品集成有动态数字存储、感知和通信能力，承载在各个供应链和生命周期中所需的各种信息;整个生产价值链中所集成的生产设施能够实现自组织，并根据当前的状况，灵活地决定生产过程。目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。

　　工业4.0的核心

　　在工业4.0体系中，智能工厂是工业 4.0的关键特征之一。智能工厂可以管理复杂的事物，不容易受到干扰，更有效地制造产品。在智能工厂中，人、机器和资源如同在一个社交网络中一般自然相互沟通协作。智能产品理解它们被制造的细节以及将被如何使用，它们积极协助生产过程，回答例如“我是什么时候被制造的”、“哪组参数应被用来处理我”、“我应该被传送到哪”等问题。智能产品与智能移动性、智能物流和智能系统网络相对接，使智能工厂成为未来智能基础设施中的一个关键组成。

    从智慧化上应用工业4.0理念

　　从智慧化上应用工业4.0理念包括三维仿真智慧化设计和智慧化的管理。前者是指该项目将三维仿真技术运用到厂房设计和施工中，通过三维仿真设计，直观了解项目规划的特点和建筑的风格，方便与设计师沟通，便于业主选取设计策略，减少投资风险。三维仿真技术正在改变工厂设计传统的工作模式，让建筑更加智慧、高效、经济。在厂房施工之前，将设备、厂房、管道、物流在计算机中按照实际尺寸，1:1建造三维模型，对工艺方案进行验证。采用碰撞检测手段，自动检测厂房、设备、管道之间是否碰撞。三维模型能够直观地发现设计中的问题，预判可能出现的问题并及时解决，提高设计质量，满足大型项目复杂和个性化的需求。

　　通过缩放视角，可以直观展示工厂的全貌和生产细节以及建成后工厂的状况。以参观人员的视角，观察厂房的设备、装修风格、道路规划等情况。通过对仿真模型及数据的分析，优化工艺设计方案。例如，生产线平衡改善，优化业主的物流配送规划方案，核算仓库面积的需求，降低线边物料的存储周期。

　　智慧化管理包括智慧化生产管理、智慧化监控、智慧化能源管理和智慧化生产环境4部分。智慧化生产管理是指结合综合信息互联平台，通过收集有关设备、质量管理等与生产有关的信息，分析设备运行状、物料缺失等状况，控制分布于车间各处的灯光和声音报警系统，从而实现生产信息的透明化及智慧化管理。

　　智慧化监控不仅可以对主要出入口和通道进行实时监控，还可以监控物流运输车辆踪迹，对异常情况报警。

　　智慧化能源管理是指对供水、供电、供气等能源设备按照工艺模块进行分区和计量，采用先进的能源管理系统，可以实时显示各能源的耗量、能源耗量及单台产品能源耗量，并自动输出形成报表，耗能异常时可及时报警。

　　智慧化生产环境从冰箱生产环节的节能环保出发，采用无三废污染的加工工艺，利用建筑物太阳能收集转化技术、大型设备余热回用技术、智能照明系统等先进技术手段，采用保温、节能的建筑材料，降低生产能耗，实现绿色化生产。