3.3 机械制造业智能工厂总体框架
机械制造业智能工厂的总体框架如图3.8所示。在信息物理融合系统的CPS的支持下，构建智能设计、智能产品、智能经营、智能服务、智能生产、智能决策六大系统。通过企业信息门户实现与供应商、客户、合作伙伴的横向集成，企业内部的纵向集成。要做到这些集成首先要有一系列标准的支持，以及信息安全的保障。下面分别就这个框架的各个组成部分做简要说明。
信息物理系统是智能工厂万物互联的基础。通过物联网、服务网将制造业企业设施、设备、组织、人互通互联，集计算机、通信系统、感知系统为一体，实现对物理世界安全、可靠、实时、协同感知和控制。对物理世界实现“感”“联”“知”“控”。特征是：环境感知性、自愈性、异构性、开放性、可控性、移动性、融合性和安全性。
1.智能设计
深入应用CAD/CAE/CAM/CAPP/PLM等计算机辅助设计技术，开展基于模型定义的设计MBD，在设计知识库、专家系统的支持下进行产品创新设计。在虚拟环境下设计出数字化样机，对其结构、性能、功能进行模拟仿真，优化设计，实验验证。支持并行设计、协同设计。在工艺知识库的支持下进行工艺设计、工艺过程模拟仿真。智能设计与一般设计的主要区别在于设计知识库、工艺知识库和专家系统的建立和基于模型的设计。利用三维模型、知识库和专家系统，实现创新设计。对于大量采用新一代信息技术的设计，可以将设计需求放在众创平台，由有专长的人做专长的事，做到事半功倍。最大限度地缩短产品设计、试制周期，快速响应客户个性化需求，提高产品设计质量和创新设计能力。
2.智能产品
将先进制造技术、传感技术、自动控制技术、嵌入式系统、软件技术和智能技术集成和深度融合到产品之中，使产品具有感知、分析、推理、决策、控制功能，具有信息存储、传感、无线通信功能，进入物联网，实现远程监控、远程服务的能力，这样的产品称为智能产品。它为客户创造更大价值，为产品智能服务提供基本条件，提高产品的市场竞争能力。如智能加工中心、自适应数控机床、自动驾驶汽车、智能仪表、智能家电等。
3.智能经营
将先进的管理理念——精益生产、敏捷制造、网络化协同制造的理念，融入企业资源计划ERP、供应商关系管理SRM、客户关系管理CRM系统之中。在传统产、供、销、存、人、财、物管理信息化的基础上，应用新一代信息技术，实现整个价值链上从客户需求、产品设计、工艺设计、智能生产、进出厂物流、生产物流到售后服务整个供应链上的业务协同、计划优化和控制。使得任何客户的需求变动、设计更改在整个供应链的网络中快速传播，及时响应。实现全价值链上的信息集成和优化调度、资源优化利用、意外的处置、生产安全、信息安全、绿色环保等一系列的保障措施。全流程过程中的契约、协议、交易、法律、金融的支持。最大限度缩短产品采购和生产周期，实现精益生产，精益供应，最大限度降低库存和在制品资金占用，提高资源利用率，准时交货，快速响应客户需求。
4.智能服务
在信息物理系统CPS的支持下，着眼于产品全生命周期，实现从用户需求、设计制造、卖方信贷、产品租赁、售后服务、备品备件直至回收再利用全过程的管理和服务。如基于产品设计的增值服务，基于提高产品效能的增值服务，基于提高交易便捷化的服务，基于产品集成的增值服务等。在产品智能化的基础上，实现产品运行状态的在线数据采集，通过物联网进行数据传输，结合产品运维知识库，进行诊断和分析，进行在线服务。通过大数据分析用户的习惯、喜好等显性需求，以及客户的身份、时空、工作生活状态关联的隐性需求，分析不同客户的偏好和习惯，主动为用户提供精准、高效的服务，实现传统制造向制造服务转型，提高客户服务的满意度，为客户和企业本身创造新的价值。
5 . 智能生产
智能生产系统由智能装备、智能控制、智能物流、制造执行4个分系统组成。它接收ERP的生产指令，进行优化排产、资源分配、指令执行、进度跟踪、智能调度、设备的运行维护和监控、过程质量的监控和分析、产品的追溯、绩效管理等。自动化仓储和物流配送、生产过程物流的自动传输。智能化生产装备和控制系统，组成多条柔性制造系统FMS、FMC（柔性制造单元）、FML（柔性制造线）进行产品的加工、装配。通过分布式数控系统DNC、现场总线实现设备的互联、设备与系统、系统与人的互联互通。总之，形成从生产任务下达到产品交付全过程的人、机、料、法、环的优化管理和闭环控制，对生产活动、设备、质量的异常信息做出正确的判断和处置。实现制造执行与运营管理、研发设计、智能装备的集成。实现制造柔性化、设计制造一体化、管控一体化。提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量和制造能力。
6.智能决策
在智能工厂的环境下，将会产生大量的产品技术数据、生产经营数据、设备运行数据、设计知识、工艺知识、管理知识、产品运维数据。应用大数据分析工具和商业智能，建立智能决策系统，对上述信息进行搜集、过滤、储存、建模，为各级决策者获得知识和洞察力，提高决策的科学性。
构建企业战略管控体系，通过战略规划、年度经营计划、全面预算管理、绩效管理、运营分析，全面掌控企业的运行状况，提高企业战略管控能力。
7.建立企业标准体系
智能工厂的建设离不开企业标准的支持。企业的标准包括技术标准、管理标准和工作标准，还包括一系列国际标准、质量管理标准ISO9000、环境管理ISO1400等。这里我们重点讲与两化融合有关的标准。建立两化融合管理体系标准和信息标准是两化融合建设中的一项基础性的系统工程，是保障两化融合成功的关键要素。为了推进两化融合顺利进行，工业和信息化部组织制定了《信息化和工业化融合管理体系》系列标准，包括要求、基础术语、实施指南、评定规范、审核指南等。企业应按照两化融合管理体系标准的要求，建立、实施、监视与测量、保持和改进两化融合的过程管理，形成一系列的管理文件，规范两化融合的进程，构建一系列产品研发设计标准、工艺设计标准、业务流程标准、物代码标准等。
8.信息安全
在万物互联的今天，加上云计算、大数据、移动互联，信息安全将成为智能工厂建设不可或缺的重要组成部分。企业要按照不同级别的信息安全要求，采取有效措施保证信息安全。从企业信息安全体系框架的角度，我们把信息安全分为安全治理、风险与合规性管理，安全运维，基础安全服务与架构三个部分。国家标准ISO 27002是一个完整的信息安全控制模型，包含了10个主题：安全政策、组织安全、资产分类与控制、人员安全、物理及环境安全、通信与操作管理、访问控制、信息安全事件管理、业务连续性管理和符合性管理等。
9.企业信息门户
当今的世界是一个互通互联的时代，同时又是产业链生态环境建设的年代。通过企业信息门户、信息物理系统，实现与客户、供应商、合作伙伴的协同商务和信息共享，同时实现企业内部不同系统之间的业务协同。提高跨企业的合作能力，帮助企业同其关键的交易伙伴们共享业务流程、决策、作业程序和数据，共同开发全新的产品、市场和服务，提高竞争优势。企业信息门户实现不同应用系统之间单点登录，系统集成、访问控制，数据的物理隔离等，保证在万物互联中的系统安全性和集成性。
