對(duì)制造業(yè)而言，工廠(chǎng)是工業(yè)4.0的載體和生產(chǎn)第一線(xiàn)。各種新的技術(shù)和工業(yè)革命的實(shí)現(xiàn)及大規(guī)模應(yīng)用，工廠(chǎng)無(wú)疑是最好的實(shí)驗(yàn)室和風(fēng)向標(biāo)。在“中國(guó)制造2025”強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略實(shí)施的宏觀政策環(huán)境下，如何發(fā)揮工廠(chǎng)的承載及先鋒作用，成為很多企業(yè)家思考的課題。作為工業(yè)4.0的關(guān)鍵特征及核心，智能工廠(chǎng)在制造行業(yè)越來(lái)越受到重視，在工廠(chǎng)的工程設(shè)計(jì)中，以工業(yè)4.0理念作為綱領(lǐng)，在工廠(chǎng)建設(shè)之前就合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)，將起到事半功倍的效果。

　　本文從工業(yè)4.0的概念和核心出發(fā)，通過(guò)家電工程案例，在工廠(chǎng)整個(gè)生命周期的最早階段工程設(shè)計(jì)中就應(yīng)用工業(yè)4.0的理念，提前布局和籌謀，從源頭上打造工業(yè)4.0智能工廠(chǎng)的愿景，并闡述了工程設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0理念的基本內(nèi)容和步驟。

　　工業(yè)4.0的戰(zhàn)略背景

　　德國(guó)是高度工業(yè)化且以制造業(yè)為導(dǎo)向的出口型經(jīng)濟(jì)技術(shù)強(qiáng)國(guó)，為了保持在重要關(guān)鍵技術(shù)上的國(guó)際領(lǐng)先地位，提出了繼蒸汽機(jī)的發(fā)明、大規(guī)模生產(chǎn)和自動(dòng)化之后的第四次工業(yè)革命——工業(yè)4.0高科技戰(zhàn)略計(jì)劃?；驹O(shè)想是制造的產(chǎn)品集成有動(dòng)態(tài)數(shù)字存儲(chǔ)、感知和通信能力，承載在各個(gè)供應(yīng)鏈和生命周期中所需的各種信息;整個(gè)生產(chǎn)價(jià)值鏈中所集成的生產(chǎn)設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)自組織，并根據(jù)當(dāng)前的狀況，靈活地決定生產(chǎn)過(guò)程。目標(biāo)是建立一個(gè)高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。

　　工業(yè)4.0的核心

　　在工業(yè)4.0體系中，智能工廠(chǎng)是工業(yè) 4.0的關(guān)鍵特征之一。智能工廠(chǎng)可以管理復(fù)雜的事物，不容易受到干擾，更有效地制造產(chǎn)品。在智能工廠(chǎng)中，人、機(jī)器和資源如同在一個(gè)社交網(wǎng)絡(luò)中一般自然相互溝通協(xié)作。智能產(chǎn)品理解它們被制造的細(xì)節(jié)以及將被如何使用，它們積極協(xié)助生產(chǎn)過(guò)程，回答例如“我是什么時(shí)候被制造的”、“哪組參數(shù)應(yīng)被用來(lái)處理我”、“我應(yīng)該被傳送到哪”等問(wèn)題。智能產(chǎn)品與智能移動(dòng)性、智能物流和智能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)接，使智能工廠(chǎng)成為未來(lái)智能基礎(chǔ)設(shè)施中的一個(gè)關(guān)鍵組成。

    從智慧化上應(yīng)用工業(yè)4.0理念

　　從智慧化上應(yīng)用工業(yè)4.0理念包括三維仿真智慧化設(shè)計(jì)和智慧化的管理。前者是指該項(xiàng)目將三維仿真技術(shù)運(yùn)用到廠(chǎng)房設(shè)計(jì)和施工中，通過(guò)三維仿真設(shè)計(jì)，直觀了解項(xiàng)目規(guī)劃的特點(diǎn)和建筑的風(fēng)格，方便與設(shè)計(jì)師溝通，便于業(yè)主選取設(shè)計(jì)策略，減少投資風(fēng)險(xiǎn)。三維仿真技術(shù)正在改變工廠(chǎng)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的工作模式，讓建筑更加智慧、高效、經(jīng)濟(jì)。在廠(chǎng)房施工之前，將設(shè)備、廠(chǎng)房、管道、物流在計(jì)算機(jī)中按照實(shí)際尺寸，1:1建造三維模型，對(duì)工藝方案進(jìn)行驗(yàn)證。采用碰撞檢測(cè)手段，自動(dòng)檢測(cè)廠(chǎng)房、設(shè)備、管道之間是否碰撞。三維模型能夠直觀地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，預(yù)判可能出現(xiàn)的問(wèn)題并及時(shí)解決，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，滿(mǎn)足大型項(xiàng)目復(fù)雜和個(gè)性化的需求。

　　通過(guò)縮放視角，可以直觀展示工廠(chǎng)的全貌和生產(chǎn)細(xì)節(jié)以及建成后工廠(chǎng)的狀況。以參觀人員的視角，觀察廠(chǎng)房的設(shè)備、裝修風(fēng)格、道路規(guī)劃等情況。通過(guò)對(duì)仿真模型及數(shù)據(jù)的分析，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)方案。例如，生產(chǎn)線(xiàn)平衡改善，優(yōu)化業(yè)主的物流配送規(guī)劃方案，核算倉(cāng)庫(kù)面積的需求，降低線(xiàn)邊物料的存儲(chǔ)周期。

　　智慧化管理包括智慧化生產(chǎn)管理、智慧化監(jiān)控、智慧化能源管理和智慧化生產(chǎn)環(huán)境4部分。智慧化生產(chǎn)管理是指結(jié)合綜合信息互聯(lián)平臺(tái)，通過(guò)收集有關(guān)設(shè)備、質(zhì)量管理等與生產(chǎn)有關(guān)的信息，分析設(shè)備運(yùn)行狀、物料缺失等狀況，控制分布于車(chē)間各處的燈光和聲音報(bào)警系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息的透明化及智慧化管理。

　　智慧化監(jiān)控不僅可以對(duì)主要出入口和通道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以監(jiān)控物流運(yùn)輸車(chē)輛蹤跡，對(duì)異常情況報(bào)警。

　　智慧化能源管理是指對(duì)供水、供電、供氣等能源設(shè)備按照工藝模塊進(jìn)行分區(qū)和計(jì)量，采用先進(jìn)的能源管理系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)顯示各能源的耗量、能源耗量及單臺(tái)產(chǎn)品能源耗量，并自動(dòng)輸出形成報(bào)表，耗能異常時(shí)可及時(shí)報(bào)警。

　　智慧化生產(chǎn)環(huán)境從冰箱生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能環(huán)保出發(fā)，采用無(wú)三廢污染的加工工藝，利用建筑物太陽(yáng)能收集轉(zhuǎn)化技術(shù)、大型設(shè)備余熱回用技術(shù)、智能照明系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)手段，采用保溫、節(jié)能的建筑材料，降低生產(chǎn)能耗，實(shí)現(xiàn)綠色化生產(chǎn)。