智能制造背景下工业厂房设计的几点思考

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　　摘  要：文章讨论总结了智能制造背景下工业厂房设计应遵循的基本原则;分析了做好智能制造厂房设计的两大关键点;在此基础上，简要阐述了工艺设计人员做好智能制造厂房设计所应具备的能力和素质;最后，总结全文。
　　关键词：智能制造;厂房设计;工艺布局;物流
　　中图分类号：TU27    文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）08-0080-02
　　Abstract： This paper discusses and summarizes the basic principles that should be followed in the design of industrial plant under the background of intelligent manufacturing， analyzes the two key points of doing a good job in the design of intelligent manufacturing plant， and on this basis. This paper briefly expounds the ability and quality that process designers should have to do a good job in the design of intelligent manufacturing plant. Finally， it summarizes the full text.
　　Keywords： intelligent manufacturing; plant design; process layout; logistics
　　1 概述
　　当前，越来越开放的全球化竞争，越来越多样的个性化需求，越来越高昂的人力成本，越来越快速的市场响应需求，正引发制造业的又一次变革。毫无疑问，面对严峻的挑战，变革浪潮中的制造企业必须降低生产成本、提高生产效率，这既是生存之道，亦是竞争之本。目前看来，实现这一目标的出路便是智能制造。智能制造技术的提出与发展，对工厂全生命周期均产生了深刻影响，包括规划设计、建设改造、生产制造、运营管理等。本文从工程设计的角度，就智能制造背景下工业厂房的规划与建设谈几点思考与想法。
　　2 智能制造背景下工业厂房设计的原则
　　智能制造是一种先进制造过程、系统与模式的总称[1]，以智能工厂为载体。厂房就是这种载体中最基础的物理实体，其规划设计也必须遵循智能制造的发展规律，突出智能制造能缩周期、降成本、增效率、提品质、低能耗的特征。这些原则和规律既是设计方应当遵循把握的，也是建设方在投资建设或选择设计单位时需要重点考虑的。
　　2.1 必须系统性规划
　　厂房的规划设计本就涉及专业众多，是一项复杂的系统工程。智能制造技术的引入，将使这一系统工程更加复杂。
　　首先是厂房整体方案需系统性规划。一个完整的智能制造系统包括产品生产所涉及的各个环节和各种场景。作为设备安装、工人工作、产品生产的物理空间，厂房自然也涵盖其中。在厂房规划设计中，建筑自身的智能化如何实现，应当以怎样的空间结构和运营管理来匹配先进生产制造系统，在规划设计时应统筹考虑。
　　其次是产品方案需要系统性规划。产品方案和生产纲领是工业厂房设计最重要的输入条件之一，直接决定了厂房的空间结构、设备的选型布局、物流的走向分布，需精准测算。但与此同时，个性化的市场需求与越来越短的产品生命周期又增加了产品方案的不确定性。因此，需要综合考虑产品工艺、产品市场、生产设备等各方面因素，以此确定合理的产品方案。从而减小发展过程中产品更新换代或产量变化给生产系统带来的影响，至少应当避免对生产系统产生颠覆性影响的可能性。
　　此外，工艺布局与物流方案等也需要系统规划。总之，智能制造工厂的厂房设计需要遵循系统性原则，各专业高度配合，做到既满足当前应用需求，又能适应未来的发展需要。
　　2.2 注重个性化特征
　　智能制造时代，厂房不应该只作为组织生产活动的场所或空間，而应当兼具独特的企业个性，成为向客户、合作商乃至公众展示和传播企业文化与产品特色的平台[2]。试问，在客户对产品定制化要求越来越高的今天，作为产品生产地的厂房却是千篇一律的长方体、深蓝色、彩钢板，连自身如此庞大复杂的工厂系统都不“精心定制”，又如何让消费者相信其产品能做到真心定制化呢。更何况，为特定的生产系统“量身打造”的厂房，可以形成更优化的工艺布局、更高效的物流系统、更合理的空间利用，对提升企业自身形象、降低运营成本都大有裨益。
　　2.3 关注设施布置与物流系统
　　生产工艺是工厂有序运行的基本原则，是实现智能制造的基础，也是厂房设计的重要依据。厂房是智能制造系统的承载器，承载器与智能生产系统是有机联结的，智能化程度越高，这种联结越紧密、复杂。为实现某一生产目标，生产工艺不同，厂房内的设施布置与物流系统就不同，整个生产系统对水、电、气等需求就不同，生产系统实现智能化生产的方式也就不同，进而影响整体方案。因此，在厂房的规划设计中，切不可抛开工艺谈设计，不做设施布置和物流规划。那将严重影响企业后续的生产系统布置与安装，导致反复的改造与调整，既造成经济损失，也影响工程进度，进而影响产品的生产进度，丧失赢占市场先机的竞争优势。
　　2.4 重视绿色节能与人文关怀
　　作为又一次深刻的工业变革，智能制造的终极目标是更好地服务人类，为人类社会的永续发展提供动力。那么，作为承载整个智能化生产系统的厂房，其本身也应是可持续运转的，这就要求厂房在设计过程中就要有机融合绿色节能的相关理念，使资源利用率更高、环境污染更少、能源结构更合理。在此基础上，对外让厂房与周边环境彼此协调，对内打造舒适的工作环境和充满人文关怀的活动空间，让智能制造带来的改变也能服务于厂房内从事管理、监督和生产任务的工作人员。进而让建筑本身成为智能制造的有机组成部分，共同打造可持续的工业生产新模式。 　　3 智能制造背景下如何做好工业厂房的设计
　　智能制造时代厂房的规划与设计对设计院提出了全新挑战，一方面要响应越来越快速、敏捷的市场需求，另一方面又要满足越来越精细、全面的个性化要求。在此背景下，设计院应当认真研究智能制造工厂工程设计的客观需求，把握关键突破点，善用数字化工具，为制造企业提供更专业、高效的工程咨询设计服务。
　　3.1 把握“工艺是龙头”这个关键点
　　工艺专业是厂房设计的龙头专业，只有以工艺“量身定制”出来的厂房才可能是高效的、节能的、符合智能制造要求的。传统厂房设计中，工艺设计主要考虑厂区和车间的物流、人流。在智能制造时代，这种考虑重心需发生不同程度的转变。首先是物流，它依然是重点。作为企业利润的第二源泉，物流系统的传输效率和自动化程度、存储单位的设计等必然是布局设计中的重中之重。其次，由于少人化是未来制造业发展的必然趋势之一，人流问题在今后厂房设计中应当逐渐弱化。与此同时，应当看到在智能制造发展尚不充分的今天，智能制造工厂参观通道的设计应当作为重点之一纳入布局设计之中。第三点是信息流，这也是变化最大的一部分。智能制造的实现是以信息化为前提的，解决生产过程中信息不透明问题，打通生产过程中的信息孤岛是智能制造的题中之义。与此同时，智能制造工厂相对于传统工厂，产生的数据和信息必然高出好几个量级。因此，工艺专业在布局设计时也必须将信息流的相关问题重点考虑，比如设备的数据接口、信息的传输方式、信息系统的层级关系等。当然，除了这“三个流”，工艺布局仍然是基础，做好设施布置，并据此向各专业提出设计条件，这依然是工藝专业的核心工作，也是做好厂房设计的重要前提与保障。
　　3.2 用好“数字化工具”这个新手段
　　数字化技术的发展为工程设计提供了很多新方法、新手段。首先，采用数字化布局可以以三维的形式呈现工艺布局，相较于传统的二维布局更直观、更美观。三维可视化工艺布局便于与非技术人员进行演示沟通，可以缩短设计持续时间，提高设计效率。与此同时，三维模型可以展现厂房内部布局的整体效果，避免设施布置的干涉，相当于对实体布局的预演，可以最大程度的避免设计上的反复或建设过程中的改造。其次，运用物流仿真可以为厂区和车间物流规划提供依据和支撑，通过计算机模拟分析生产系统的运行指标，对生产系统进行优化，使有限的现有资源得到最合理高效的配置与运用，同时，还可以缩短工厂的规划周期。第三，运用BIM技术为工业厂房提供全生命周期服务，通过建立厂房的三维虚拟模型，集成整合厂房从设计、施工到运营等各阶段的数据、信息，以提升工作效率、节省资源、降低成本，从而更好的服务于智能制造系统，实现可持续运营。
　　4 智能制造背景下的厂房设计对设计人员提出了更高要求
　　工艺设计人员是做好厂房设计的关键，在智能制造大背景下，除了必要的专业知识与技术能力外，还应具备一些必要的能力与素质，以适应当前特殊的市场需求，更好的服务客户。
　　4.1 服务意识是关键
　　设计行业是服务行业，工艺设计人员往往是与建设单位沟通最多的专业技术人员，起着联结建设方和设计团队其他工程师的纽带作用。在沟通与协调过程中，应当树立良好的服务意识，做到耐心、专心、用心，为建设方和下游专业传达清晰、准确、完整的信息。尤其在智能制造时代，厂房设计涉及的信息更多、更繁杂，往往牵一发而动全身，切不可“想当然”，或者对部分信息模糊处理，这会给设计带来不可预见的隐患。
　　4.2 学习能力是保障
　　信息更新的速度在加快，市场响应的速度在提升，面对日新月异的技术变革与市场需求，工艺设计人员必须具备良好的学习能力。对工厂设计相关专业、相关行业的制造和信息必须有所掌握，并及时渗透于设计中，尤其是当前快速发展的智能制造相关技术和理论。一个好的工程设计必然是适应当前技术发展的，脱离了现状，凭经验、按老办法设计出来的厂房其上限永远只能是可用，而无法做到好用、可持续好用。
　　4.3 创新能力是重点
　　创新是一个企业、一个人核心竞争力的根本所在。科学技术的进步，产生了大量的新材料、新设备、新技术，这为工程设计领域的创新提供了广阔的空间。厂房的跨度与柱网尺寸、设备的选型与排布、车间的物流传输方式等等，都是可以根据实际情况有所创新与突破的，在一个设计中，往往一个小环节的改进与创新就能为企业带来可观的经济效益，而这也正是厂房设计中工艺设计的价值所在。
　　5 结束语
　　当前，智能制造仍处于快速发展、逐渐成熟的成长阶段，关于智能制造厂房的设计也在不断探索和规范。本文就智能制造背景下厂房设计的主要原则进行了讨论，为做好智能制造厂房设计提供了有效建议与思路。
　　参考文献：
　　[1]中国制造2025[Z].
　　[2]于鲸.智能制造背景下工业建筑设计初探[J].建材与装饰，2017（1）：94-95.
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