說起智能工廠，必須從1913年美國福特啟用全廠輸送系統(tǒng)開始講起。這個項目從1907年開始萌芽，但一直到1913年才正式投入大規(guī)模生產(chǎn)，全新的生產(chǎn)方式開始運作后，福特工廠生產(chǎn)一臺車的時間由12.5個工時減少為5小時50分鐘。到了1914年夏天，新的流水裝配線已能在1小時33分鐘內(nèi)完成裝配。并且，隨著流水線工程的不斷完善，福特工廠的工效紀錄每一天都在刷新，年產(chǎn)量從788輛一路飛升，到了第四年已經(jīng)達到了73萬輛。

福特生產(chǎn)的汽車也許并未超越當時的技術(shù)水平，但福特生產(chǎn)出的這套生產(chǎn)方式，標志著世界工業(yè)史上一個新時代，即大規(guī)模自動生產(chǎn)時代的來臨。經(jīng)過100多年的發(fā)展，自動化時代已經(jīng)開始步入了智能時代，智能生產(chǎn)即將進入白熱化階段，智能工廠時代即將全面來臨。

什么是智能工廠？

曾經(jīng)的自動化工廠，在生產(chǎn)過程中，還需要大量硬件工程師的協(xié)助，需要工人24小時倒班盯生產(chǎn)線，是否會出現(xiàn)機器故障。有了智能工廠，及時的預警及糾錯功能，讓工人們更省心省力，并且在發(fā)展的過程中，智能工廠還會根據(jù)訂單需求，轉(zhuǎn)變工作模式，對電力、物力及生產(chǎn)力的利用逐漸達到峰值。智能工廠是現(xiàn)代工廠信息發(fā)展的新階段，傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)采用M2M的通信模式（Machine-to-Machine/Man），實現(xiàn)了設(shè)備與設(shè)備間的通信。而物聯(lián)網(wǎng)通過Things to Things的通信方式實現(xiàn)人、設(shè)備和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式無縫連接。在自動化及數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，智能工廠構(gòu)建了一個高效節(jié)能的、綠色環(huán)保的、環(huán)境舒適的人性化工廠。

在石化、鋼鐵、機械裝備制造、汽車制造、航空航天、飛機制造等行業(yè)，智能工廠得到了高度發(fā)展。《中國制造2025》明確提出要推進制造過程智能化，在重點領(lǐng)域試點建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間，這必將加速智能工廠在工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域的應用推廣。

智能工廠的特性

“智能工廠”的發(fā)展，是智能工業(yè)發(fā)展的新方向。但并不是所有智能工廠都能被稱為智能工廠，如何判斷這個工廠是否是智能工廠？我們可以從以下五個特性入手：

1、系統(tǒng)具有自主能力：可采集與理解外界及自身的資訊，并以之分析判斷及規(guī)劃自身行為。

2、整體可視技術(shù)的實踐：結(jié)合訊號處理、推理預測、彷真及多媒體技術(shù)，將實境擴增展示現(xiàn)實生活中的設(shè)計與制造過程。

3、協(xié)調(diào)、重組及擴充特性：系統(tǒng)中各組承擔為可依據(jù)工作任務，自行組成最佳系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

4、自我學習及維護能力：透過系統(tǒng)自我學習功能，在制造過程中落實資料庫補充、更新，及自動執(zhí)行故障診斷，并具備對故障排除與維護，或?qū)ο到y(tǒng)執(zhí)行的能力。

5、人機共存的系統(tǒng)：人機之間具備互相協(xié)調(diào)合作關(guān)系，各自在不同層次之間相輔相成。

智能工廠的優(yōu)劣勢

據(jù)了解，智能工廠的建立不僅有利于提高資產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量，降低企業(yè)成本，還能營造更更安全的生產(chǎn)過程，保持生產(chǎn)的可持續(xù)性等好處。這主要表現(xiàn)在以下五個方面：

1、資產(chǎn)效率
智能工廠的每個方面都會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，通過持續(xù)分析，可以發(fā)現(xiàn)可能需要某種糾正優(yōu)化的資產(chǎn)性能問題。這種糾正功能智能工廠與傳統(tǒng)自動化工廠出現(xiàn)明顯差異，自動化工廠如果沒有人員干預，會一直向前沖，向更高的產(chǎn)能，更多的產(chǎn)品進軍，而智能工廠會根據(jù)實際需求，調(diào)整機器的工作時間，這就像為一群士兵安排了一位將軍。

2、質(zhì)量
智能工廠特有的自我優(yōu)化可以更快地預測和檢測質(zhì)量缺陷趨勢，并有助于識別質(zhì)量差的人為、機器或環(huán)境因素。更優(yōu)化的質(zhì)量流程可以使產(chǎn)品質(zhì)量更高，缺陷和召回更少。工廠內(nèi)配備電子看板顯示生產(chǎn)的實時動態(tài)，同時，操作人員可遠程參與生產(chǎn)過程的修正或指揮。

3、更低的費用
傳統(tǒng)上，優(yōu)化流程可以帶來更好的成本效益——具有更可預測的庫存需求，更有效的招聘和人員配置決策，以及減少流程。更高質(zhì)量的流程還可能意味著對供應網(wǎng)絡的綜合視圖，以及對采購需求的快速，無延遲響應，從而進一步降低成本。

4、安全和可持續(xù)性
智能工廠還可以為勞動保健和環(huán)境可持續(xù)性帶來真正的好處。更大的流程自主性可以減少人為錯誤的可能性，包括造成傷害的事故。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備間高效的信息互聯(lián)，數(shù)字工廠向“物聯(lián)工廠”升級，操作人員可實現(xiàn)獲取生產(chǎn)設(shè)備、物料、成品燈相互間的動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，滿足工廠24小時監(jiān)測需求。智能工廠的相對自給自足可能會取代某些需要重復和疲勞活動的角色。

5、對制造工藝的改進
基于龐大數(shù)據(jù)庫，智能工廠可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘與分析，使工廠具備自我學習能力，并在此基礎(chǔ)上完成能源消耗的優(yōu)化、生產(chǎn)決策的自動判斷等任務。

以服裝廠為例，中國縫紉機械協(xié)會稱，在自動化工廠之上引入TIMS智云1.0智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)，可以整體提高20%的生產(chǎn)效率，降低30%的次品率，節(jié)省工時人均8-10天，非正常停機時間縮短80%，大大提高了利潤率。

當然智能工廠也會面臨很多問題，最大的問題就是結(jié)構(gòu)性問題和技術(shù)性問題。

目前傳統(tǒng)工業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)均想推進工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進程，但兩者各有弊端：傳統(tǒng)工業(yè)不熟悉軟件開發(fā)，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)缺乏對工藝的了解，不熟悉生產(chǎn)流程及規(guī)范，如何讓兩者快速聯(lián)手，進軍智能工廠，是當務之急。

技術(shù)性問題則更難一些，傳統(tǒng)工業(yè)的思考流程與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)存在較大差異。如何實現(xiàn)制度、生產(chǎn)流程以及每一個動作都可以被系統(tǒng)所管控到，需要工廠將大量數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)中。而傳統(tǒng)工業(yè)特別是一些中小型企業(yè)，數(shù)字化進程緩慢，或者根本沒有數(shù)據(jù)支持，讓智能化系統(tǒng)無從下手。

智能工廠市場規(guī)模及發(fā)展趨勢

智能工廠是現(xiàn)代工業(yè)、制造業(yè)的大勢所趨，是目前實現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的高級優(yōu)化路徑。根據(jù)當前各行各業(yè)建設(shè)智能工廠的熱情及擴張速度，預計未來幾年，中國智能工廠行業(yè)仍然將保持10%以上的年均增速，2024年，中國智能工廠行業(yè)市場規(guī)模突破1.2萬億。

智能工廠將大量運用機器人，這從現(xiàn)代汽車收購波斯頓動力可見一斑，在智能工廠中，機器人帶來的自動化和智能化將轉(zhuǎn)化為更智能化的人機協(xié)同。在技術(shù)層面，智能工廠也可以建立與導入云端，并進行云端運算與大數(shù)據(jù)分析，例如：CPS技術(shù)可進行編程、記憶與儲存能力，并結(jié)合感測器和通訊技術(shù)，嵌入CPS的實體設(shè)備，連接到網(wǎng)絡，可讓實體設(shè)備同時兼具通訊、精準控制、遠程協(xié)同與自主反應運作。

工廠智能化解決方案

隨著生產(chǎn)設(shè)備逐漸增多、生產(chǎn)過程日益復雜、人力成本快速上升以及系統(tǒng)管理的要求越來越高等因素，通過智能化手段進行設(shè)備的控制管理成為數(shù)字化工廠發(fā)展的主要趨勢。智能工廠包含工廠運營管理的五個方面——制造資源控制、現(xiàn)場運行監(jiān)管、物流過程管控、生產(chǎn)執(zhí)行跟蹤、質(zhì)量工作監(jiān)督。

針對這五大方面的難題，許多企業(yè)推出了解決方案。以下列舉了部分企業(yè)為智能工廠數(shù)字化生產(chǎn)提供的解決方案。

中國智能工廠優(yōu)秀企業(yè)

上海通用金橋工廠

上汽通用金橋工廠車間內(nèi)實現(xiàn)了100%焊接自動化。386臺機器，卻只需要10多位工人，而每天的產(chǎn)量是80臺凱迪拉克。這樣的工作效率，全球也數(shù)不出10個。

阿里巴巴菜鳥無人倉

說起智能工廠，阿里巴巴一定要擁有姓名！菜鳥計劃建設(shè)國家智能物流骨干網(wǎng)，把中國物流成本占GDP的比重降到5%以下。為此，菜鳥研發(fā)了柔性自動化倉儲系統(tǒng)，利用AI技術(shù)，讓大量機器人在倉內(nèi)協(xié)同作業(yè)，組合成易部署、易擴展、高效的全鏈路倉儲自動化解決方案。

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正大食品無人水餃工廠

幾千平方的廠房里，干凈整潔，機器24小時不休息的工作，可是看不到一個員工。從和面、放餡再到捏水餃，是一條完全干凈整潔的流水線。以前整個工廠需要200個工人，現(xiàn)在生產(chǎn)相同的東西用工卻在20人以下，這意味著“無人工廠”壓縮人工可達90%。

實施互聯(lián)智能工廠的關(guān)鍵是半導體

要完成智能工廠的轉(zhuǎn)型必須要具備五個要素：互聯(lián)、優(yōu)化、透明、前瞻和敏捷。這些特征均能幫助智能工廠做出更明智的決策，并協(xié)助企業(yè)讓生成流程更高效精準。要達成這五個要素則對芯片有著更高的要求。傳統(tǒng)芯片設(shè)計模式無法高效應對快速迭代、定制化與碎片化的芯片需求，半導體企業(yè)正在往智能化方向發(fā)展。

下面就從四個方面來看看未來智能工廠的發(fā)展對于芯片有哪些更高的要求：

1. 物聯(lián)網(wǎng)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的提出給智能工廠提供了一個新的突破口。物聯(lián)網(wǎng)的目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡的連接，方便識別、管理和控制。其設(shè)備的強勁需求對200mm晶圓上制造大尺寸設(shè)計節(jié)點芯片的產(chǎn)量要求正在大幅度增加。為了滿足這一需求，許多晶圓廠都在使用經(jīng)過升級，重新認證的設(shè)備，這些設(shè)備在使用之初是在這些設(shè)計節(jié)點處于領(lǐng)先地位時引入的。

當今的電子產(chǎn)品需要最先進的邏輯微處理器，大容量存儲芯片和先進的封裝集成。面向物聯(lián)網(wǎng)的高級邏輯，DRAM、NAND閃存和其他先進的半導體器件則在芯片制造，光罩制造和封裝測試上都有更高的要求。

2. 大數(shù)據(jù)分析
離散制造企業(yè)生產(chǎn)線處于高速運轉(zhuǎn)，由生產(chǎn)設(shè)備所產(chǎn)生、采集和處理的數(shù)據(jù)量遠大于企業(yè)中計算機和人工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的實時性要求也更高。在生產(chǎn)現(xiàn)場，每隔幾秒就收集一次數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)很多形式的分析，包括設(shè)備開機率、運行率、故障率、生產(chǎn)率、設(shè)備綜合利用率（OEE）、質(zhì)量百分比等。在生產(chǎn)過程中使用這些大數(shù)據(jù)，就能分析整個生產(chǎn)流程，了解每個環(huán)節(jié)是如何執(zhí)行的。

作為信息技術(shù)重要組成部分的半導體傳感器將整合音訊、光線、化學分析及壓力、溫度感測等子系統(tǒng)，發(fā)展出人體眼睛、鼻子、耳朵、皮膚等感官功能的芯片；再加入對電磁、電力的感應與控制能力，將賦予物品一定的“生命力和思想”，使物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)變成可能。

為了處理大量數(shù)據(jù)，企業(yè)需要超快速度和卓越性能的服務器。在數(shù)據(jù)分析迅速發(fā)展的時代，具有固定硬件配置的傳統(tǒng)服務器可能難以為繼。企業(yè)要真正最大限度地發(fā)揮大數(shù)據(jù)的潛力，必須采用靈活的服務器解決方案。

3. 云數(shù)據(jù)共享
構(gòu)建綠色制造體系，建設(shè)綠色工廠，實現(xiàn)生產(chǎn)潔凈化、廢物資源化、能源低碳化是智能工廠建設(shè)過程中的一大重要戰(zhàn)略。云數(shù)據(jù)共享可以使工作人員在生產(chǎn)現(xiàn)場快速查詢和下載所需要的生產(chǎn)信息，即時歸檔保存資料，從而杜絕文件、數(shù)據(jù)丟失，進一步提高生產(chǎn)準備效率和生產(chǎn)作業(yè)效率，實現(xiàn)綠色、無紙化生產(chǎn)。

人工智能芯片在數(shù)據(jù)中心的應用持續(xù)增長，用于深度學習和矢量處理任務的gpu、FPGAs和asic的新型處理器架構(gòu)正在推動蓬勃發(fā)展的AI芯片市場，技術(shù)領(lǐng)域因而成為人工智能芯片的最大市場。預計全球半導體行業(yè)總收入將從2018年的4,810億美元增長到2019年的5,150億美元，且增長態(tài)勢有望持續(xù)至下一個十年。主要市場驅(qū)動力量包括現(xiàn)有產(chǎn)品的持續(xù)強化、人工智能產(chǎn)品和5G網(wǎng)絡等新興技術(shù)的增長。半導體行業(yè)的大部分收入將來自于以存儲和云計算為代表的數(shù)據(jù)處理類電子以及以無線通訊為代表的通訊電子。

4. 自動化生產(chǎn)線/智能機器人
智能工廠的發(fā)展推動了工業(yè)機器人、機械手臂等智能設(shè)備的廣泛應用，使工廠無人化制造成為可能，而這一切都需要人工智能芯片的加持。

到2022年，人工智能芯片市場在整個人工智能市場中的占比預計超過12%，復合年均增長率達到54%。美洲地區(qū)將引領(lǐng)全球人工智能市場，歐洲、中東及非洲地區(qū)和亞太地區(qū)緊隨其后。2022年，美洲地區(qū)將占據(jù)主導市場地位。

人工智能芯片不僅可以部署在云端，還可以應用于多種網(wǎng)絡邊緣設(shè)備，如智能手機、無人駕駛汽車以及監(jiān)控攝像頭。應用于網(wǎng)絡邊緣設(shè)備的人工智能芯片多為推理芯片，且專業(yè)程度越來越高。到2022年，人工智能推理芯片市場的規(guī)模預計將增至20億美元，復合年均增長率達到40%。
編輯：黃飛

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