有效引导广大中小企业拥抱“工业4.0”，是我国制造业面临的紧迫问题。无锡先导自动化设备股份有限公司联合江苏海宝软件股份有限公司，设计构建智能车间综合管理系统，集成应用传感器和RFID技术、企业资源计划管理系统（ERP）、制造执行系统（MES）、车间现场数据智能交互系统（WIT）、产品数据管理系统（PDM）、公司协同办公管理系统、大数据和云计算技术等，实现全过程协同化管理、虚拟化生产、柔性化生产、全自动生产，探索出一条中小企业“工业4.0”的转型路径。

建在“云端”的“工业4.0”工厂

制造业作为我国国民经济的支柱产业，不仅是国内经济增长的中坚力量，也是国内经济结构调整和发展方式转变的主战场。2014年，我国制造业增加值占全球总量的20.8%，连续多年居首，我国已跻身世界制造大国行列。

随着人口红利逐渐弱化，“中国制造”正在遭遇空前的危机。相比发达国家，我国制造业企业，特别是中小企业在质量效益、创新能力、产业结构和持续发展等方面差距明显，处于价值链底端。

无锡先导自动化设备股份有限公司今年联合江苏海宝软件股份有限公司，设计建设数字化智能车间综合管理系统，集成应用传感器和RFID技术、企业资源计划管理系统（ERP）、制造执行系统（MES）、车间现场数据智能交互系统（WIT）、PDM系统、公司协同办公管理系统、大数据和云计算技术等，实现生产全过程协同化管理、虚拟化生产、柔性化生产、全自动生产，以及相关产品的服务化延伸，打造数据联动的“工业4.0”工厂。

该综合管理系统的核心是海宝智能制造执行系统，简称i-MES，即生产车间的信息化管理平台，连接ERP与底层自动化系统、PLC控制系统。“作为高度集成和高度智能的新一代MES，i-MES综合应用物联网技术、云计算技术、RFID传感技术、智能识别技术、移动智能终端等新一代信息技术，对车间人、机、料、法、环等生产要素全面管控，实现全自动排程、透明化工厂、无纸化生产。”无锡先导IT总监王新宝说。

调研发现，无锡先导的i-MES主要由车间透明化数字化系统（i-WIT）、车间物料智能配送系统（i-DMS）、生产过程质量统计控制系统（i-SPC）、生产过程质量追溯系统（i-QTS）、车间仓库物料管理系统（i-WMS）、车间设备联网系统（i-EMS）六个子系统组成。

 i-WIT，基于各种智能设备实现派工、报工、业绩、图文、异常呼叫、看板、安灯等各类管理功能，是实施i-MES的基础。i-DMS，保障车间各生产工位、生产人员精准获得生产所需的各种物料。i-SPC，可实现生产过程产品质量数据的自动采集、自动判断、自动生产统计分析报表、自动通知警等功能。i-QTS，基于条码及RFID等智能技术，实现从物料入库、物料领用、生产过程每一工序的相关人员信息、设备信息、物料信息、工艺数据、质量信息的记录和追溯。i-WMS，采用计算机与数据识别技术，实现业务流程与人员作业的有效互动。i-EMS，实现生产车间所有设备仪器的联网与集中管理、生产信息的自动采集与数据传输、设备运行状态及生产过程远程监控与自动控制。

所有子系统除可以横向进行数据交互和系统集成外，还可以和企业现有的ERP及其它信息化系统、控制系统、生产设备及各种硬件终端实现纵向集成，保障生产的高效运行。

 “高度集成的系统背后是云数据平台的支撑、数据的实时高效交互。2013年无锡先导与IBM启动开发‘先导云’和大数据中心，先后投入近500万元，于2014年底建成先导云计算应用服务基础平台。根据规划，到2017年无锡先导生产和管理的所有数据将集成到云端上，实现数据共享、协同设计、模拟设计、仿真生产。”王新宝说。

2015年6月，无锡先导公司的数字化智能车间项目入选江苏省首批示范智能车间。

三维可视化虚拟技术实现“柔性生产”

一位一线工人正在工位电脑触控屏进行刷卡操作上工，这时屏幕显示出他当天的所有生产任务及相关图纸、操作说明书等信息。待生产任务完成后，他在工位电脑上提交自己的实际生产数据，数据实时传输到云平台。

与此同时，一位生产管理人员通过车间LED屏幕、办公室电脑和LCD看板进行现场控制。这些屏幕实时滚动各工位生产任务的计划数量、完成数量、合格数量，分析生产任务的完成率，合格率、返工率、报废率等。同时，设计变更等异常情况、物料配送和缺料信息亦直观地反映出来。

不同于规模制造企业，无锡先导公司主要为新能源领域企业定制锂电池、光伏、电容器制造装备等。这就需要我们打造快速反应体系实施柔性化生产，根据每个订单需求定制产品设计，在同一条生产线上快速调整设备完成不同品种批量生产任务，达成产品多样化与流水线效率最大化目标。

在设计端，先导数字化智能车间综合管理系统构建了全方位制造规划仿真平台，实现设计、仿真、试验数据闭环。根据客户对产品的功能和性能需求，研发设计部运用仿真、建模、虚拟现实等技术，建立了三维可视环境，对产品设计、研发到生产制造全过程进行模拟，用模拟反馈的数据指导调整设计方案，根除问题于萌芽，从而大幅降低材料损耗，缩短开发周期。

在设计过程中，研发人员采用SOLIDWORKS建立模型，借助PDM协同设计平台，实现多人在同一平台上的协同设计，提高研发效率、减低设计失误率，同时应用CAM系统，将设计方案导入加工中心，实现零件自动加工，提高加工效率，保障了设计图纸与数控加工之间无缝对接。

在生产端，江苏海宝软件股份有限公司咨询顾问吴凯说，“海宝软件在无锡先导公司的生产设备、车间等布设包括传感器、RFID、识别模块等多种采集模块，构建完善的物联网智能信息采集系统，实时采集数控机床状态信息（关机、空闲、加工、机床所有报警信息及内容）、机床工作模式信息（EDIT、MDI、MEM、HANDLE、FREE）、设备运行状态等设备数据，车间的人员上工、生产任务完成情况、物料配送等生产信息数据均集成到云数据平台进行深入分析，通过云终端与云桌面的数据交互使数据分析结果反向指导生产，实现灵活生产和闭环式管理。”

“这种设备管理和生产流程符合弹性生产的需求，一旦设计变更、订单需求变化，智能车间综合管理系统会根据设计方案相应调整设备运行安排和对工人和管理人员的工作要求，同时生产车间的情况可以实时反馈至设计端，指导研发人员及时发现异常问题，数据、信息实现闭环流动。”王新宝说。

柔性生产的关键是标准化，无锡先导将来自不同厂商的PDM、ERP、MES、SIM等生产管理系统集成到智能车间综合管理平台时，制定统一标准，保障技术、流程和数据的匹配和统一，同时预留一个开放端口，一旦订单需求变化，IT部门会重新调整技术、流程和数据。

据了解，无锡先导数字化智能车间综合管理系统在国内中小企业中率先实现人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间的互联，以数据驱动企业高效生产、快速响应、柔性生产。数据显示，运用该系统后，企业的按期交货率将达95%，库存流转率将提高30%，数据处理、统计报表的制作效率和准确率会提高6倍多，整体管理水平与生产效率大幅提升。

 智能车间系统解决中小企业智能制造痛点

智能制造水平决定未来我国在全球的竞争力。作为我国制造业的主体，中小制造企业智能化转型迫在眉睫。

成本高企是我国中小企业智能化转型面临的主要挑战。在我国智能制造服务市场上，“两极分化”现象突出。国际巨头西门子、GE、三星服务产品垄断高端市场，其解决方案高度平台化、服务标准化，同时收费高昂，如西门子的SMART-IT系统人均每天收费8000元，目前这三大企业的客户多为大型国有企业和跨国企业等。在低端市场，国内部分企业尝试生产高度标准化产品、模块，帮助企业改进某一个环节的生产制造水平，然而平台化服务能力较弱，智能化水平不足。

吴凯说，先导智能车间综合管理系统，高度集成化模块与超高性价比可满足中小企业智能制造转型的需求，填补了国内市场的空白。项目可快速复制推广至自动化设备制造企业，同时项目所涉足的相关技术，几乎覆盖所有工业制造类企业，可剥离出共性模块或开放式模块在其它制造型企业推广。