簡介
智慧型製造正在成為不可逆轉的製造趨勢，而智造單元，正是智慧型製造落地最有效的抓手。智造單元，是設計與實施智造工廠的有效組線模式。作為一個最小的數位化工廠，提供了一個完整的多品種小批量的解決方案。甚至可以在不影響產線運轉的情況下，實現多種設備的線上入列和出列的切換。
智造單元的工作機制
智造單元的三維視圖智造單元可以由“一個現場，三個軸向”來說明，包括：資源軸向、內向管理軸向和工作執行軸向。
資源軸上，主要是對人員、流程、產品、設備的管理。資源可以是任何活動的對象，也可以是執行這些活動的前瞻主題。特別值得注意的是，員工是寶貴的資產。工廠工人在物理世界生產產品，不管職務是不是管理者，都會做決定並給其他人下達指示。
而管理軸則是質量、成本、交期、安全，是生產過程中核心輸出的要素管控與運維；而在執行軸PDCA，則是標準的戴明環，也就是計畫（Plan）、執行（Do）、檢查（Check）、糾正（Action）。
這三個視圖，綜合地表達了智慧型製造的價值創造，其實是人類和各種設備活動的過程與結果的綜合表達。
IVRA工業價值鏈的三維圖這種方式與日本旨在解決智慧型製造的工業價值鏈促進會IVI的理念完全一致。日本IVI在 2016年12月提出了“工業價值鏈參考架構”，旨在推動“智慧型工廠”的實現。
這正好把智造單元的三個軸向定義詮釋得很清楚，任何一個點均可以說明一個事件。只不過IVRA強調環境的管理，而智造單元關注了安全的方向。
在明確了工廠現場的三大主軸之後，智慧型製造的建設路徑就浮出水面。通過智造單元的組合，整個智慧型工廠的建設，就可以通過模組化、分區化的方式，進行自由的升級組合，從而大大提高智慧型工廠的建設效率。
智造單元的構成
智造單元的模組構成圖智造單元的模組構成包括：現場自動化、信息化和智慧型化。
從體系機構上看，包括模組化、單元化、集成化和一體化四部分。模組化和單元化可以令產品快速得到推廣，集成化服務於一條產線，一體化解決了一個系統範疇的智造生態環境。
再從軟體體系看，它以MES為核心，可以獨立運行，而智造單元的系統則可自由兼容工廠原有的軟體。向下跟MDC/DNC連線，或者通過物聯直接與設備相連；向上連線至PLM、CAPP、ERP；橫向與倉儲管理系統WMS對接；而在生產任務執行上，則可以連線高級最佳化排產系統APS上，實現自動最佳化排產，實現高效生產。
智造單元與數字工廠的落成，絕不是智慧型體系的完成，而只是一個開始。因為在戴明環PDCA中，需要有一種持續改善的推動力——而人是最為重要的環節。物理實體和數字虛體的CPS場景建設，是系統集成商可以完成的；但人的經驗和判斷，必須有客戶在現場生產線上的參與才可以執行。所以說，一個智慧型製造的現場循環往復升級一定是三者相加才可以運行，單純任何一方建造一個智慧型工廠都不是客觀的表達。
PDCA中最為核心的就是推動改善的動力源和方向，只有把人的因素考慮進來，那么這個戴明環才有了運轉方向。這種基於人的最佳化，將人放在閉環之中，不斷循環，才能逐漸形成智慧型部分，這就是智慧型製造的核心。
智造單元最為重要的地方，就是將“人機網”一體化。“人機物”與“信息流、物流”緊密地融合在一起。與傳統的“智慧型製造”過於強調“智慧型”的自決策性不同，智造單元一開始就將人納入閉環之中，使得成為人機協作的典範。這就非常有實效的適應了實施智慧型製造初期的基礎環境。
設備世家 四世同堂
智造單元的分層實施智造單元的基本價值觀是，工廠現有的投資，需要得到最大的保護與傳承。這就意味著，繼往投入的設備等各種資產在將來可以被重複使用。一方面生產自動化的柔性大幅度提高，同時，智造單元的思想，可以把車間人工作業單元作為一個能力中心，一體化進入車間或公司的智慧型生態系統。由於重用性的提高，人工單元能力中心的一體化進入，對既有設備的投資，具有非常強的保護，同時，又在整體的智慧型生態下最大化的實現現場設備的效率和效能。這種四代同堂設備的運維方式，正是通過智造單元得以實現，體現了自動化、模組化和數位化的疊加效果。
有了以上的硬體、軟體和模組化組合，那么智慧型單元，就可以完成自由的組合，實現分扇區、分階段、分設備，對同一個工廠的不同設備、甚至同一條線的不同設備，進行“設備解列”與“設備入列”的線上切換模式。
在現有的工廠中，往往存在各種不同型號、不同代級的設備，完全可以稱為“設備世家 四世同堂”。現場有許多原來的老設備，維護得也很好；也有新設備，包括機器人、自動機械手等。如何將跨年代、跨型號的設備有效連線和升級改造，而不是簡單地一刀切地淘汰，是一個頭疼的現場問題。實際上，在這些裝備中，有些是可以直接進產線的，有些是可以通過改造後進入產線的。
那么，如何讓老設備和新設備並肩作戰發揮作用？
智造單元考慮到四代同堂設備的現狀，分析不同設備的信息採集機制，通過靈活的信息收集方式，有些設備不需要聯網通信，只需採集信號；而有的設備，則可以採用多接口集成器，區別不同的數采方式，將各種設備集成進來。
由於智造單元具有豐富的模組化接口，在現場可以採用“空間換時間”的措施，實現多設備共線運行。例如在生產現場，可能存在特別大型的設備，不便於搬運，那么就採用“空間換時間”的智慧型製造組線模式，通過智慧型物流採用AGV把各單元線無縫連起來。而對於單向鏈很長的產品，或者多個產品，則可以採用多個智造單元的陣列形式，其物資存取，可以是一個庫，也可以是多個庫。
這就意味著“以人為本、智造先行”的理念，將數位化工廠從大到小、自上而下開始拆分，從工廠到車間、到產線、到生產島、到單機設備的規劃布局；使用自下而上的方式進行實施，單機設備、單元島、智造單元、智造產線、數位化工廠，逐漸嵌套式、單元化處理，體現了智慧型製造的柔性，充分發揮數位化、網路化的特點。
軟硬一體 走向三化
自動化從硬體而言，一直在向著單元化、模組化、集成化的方向發展；而信息化則從自上而下的方向開始下沉。這使得當IT與OT相互結合的時代，正在成為工廠級最為期望的局面。
自動化和信息化融合在中國其實曾經有過一個並不算太遠、廣為人所熟知的故事。那就是二十世紀末期在中國所大規模開展的CIMS（計算機集成製造系統）。當時一方面是CAD\CAE以及信息化軟體MRP、ERP的引用，另一方面是以數控加工設備、柔性設備為代表的自動化設備。二者的結合，本來期待著一個嶄新的工業面貌。然而，當年CIMS理念過於超前。它的核心都是基於計算機的能力和對流程結合所做出的判斷。當時中國工業界——其實也包括德國工業界，都太樂觀地高估了當時的技術要求，又太低估了人的作用。後來德國人的反思中，除了技術要素尚未達到要求之外，忽視人的環節而過於強調自動化、過分依賴計算機技術，是一個巨大的失誤。
數字工廠的三大目標CIMS的理念，一方面將重複性勞動用自動化方式替代，並提出了柔性自動化生產線；另一方面在此基礎上加上信息化，本質就是實現了信息集成和信息監督。
然而從既往的經驗來看，簡單地將自動化與信息化疊加，並不等同於數位化。需要同時將其他各種資源要素進行數位化，再加上物聯網技術和工業大數據的加強，才能真正實現良好的人機互動下的柔性自動化模組，從而推動數字工廠的建設。
數字工廠要實現三大核心目標：設備自動化、管理信息化和人員高效化，在路徑上實現了人機互動和高度柔性，在目標上實現了設備的最大的有效開動率為檢視點。
設備自動化在於保證設備有效開動時間，使設備利用率達到最大，製造精度和柔性最大化，這一目標適合多品種小批量，自動化的核心在柔性；管理信息化將設計研發、生產運維、經營決策等進行分項管理的信息、集成互動，以完成企業業務數據的有效流動，為各類決策和日常工作提供數據載體支持，這一目標核心在“便捷”；人員高效化則基於信息化系統的數據，使決策有了依據，目標精準，針對性地處理結構性問題，避免常規工作消耗，以此達到“高效”；人員高效的目的是降低對工具機有效開動率的影響，從而最終支持了設備的有效開動率。
智造單元的不同角度而這三化相互交叉，必須各自都要形成一定顆粒度的模組化。藉助大量的製造資源模組化、標準化單元的出現，組合成智造單元，才能形成有效的數字工廠，實現智慧型製造。
