智能工厂的基本架构可通过三个维度进行描述，如图2.3-2所示。

图2.3-2　智能工厂的基本架构

（1）功能维：产品从虚拟设计到物理实现。

①智能设计。

通过大数据智能分析手段精确获取产品需求与设计定位，通过智能创成方法进行产品概念设计，通过智能仿真和优化策略实现产品高性能设计，并通过并行协同策略实现设计制造信息的有效反馈。智能设计保证了设计出精良的产品，快速完成产品的开发上市。

②智能工艺。

智能工艺包括工厂虚拟仿真与优化、基于规则的工艺创成、工艺仿真分析与优化、基于信息物理融合系统（CPS）的工艺感知、预测与控制等。智能工艺保证了产品质量的一致性，降低了制造成本。

③智能生产。

针对生产过程，通过智能技术手段，实现生产资源最优化配置、生产任务和物流实时优化调度、生产过程精细化管理和智慧科学管理决策。智能制造保证了设备的优化利用，从而提升了对市场的响应能力，摊薄了在每件产品上的设备折旧。智能生产保证了敏捷生产，做到“just in case”，保证了生产线的充分柔性，使企业能快速响应市场的变化，以在竞争中取胜。

④智能物流。

通过物联网技术，实现物料的主动识别和物流全程可视化跟踪；通过智能仓储物流设施，实现物料自动配送与配套防错；通过智能协同优化技术，实现生产物流与计划的精准同步。另外，工具流等其他辅助流有时比物料流更为复杂，如金属加工工厂中，一个物料就可能需要上百种刀具。智能物流保证生产制造的“just in time”，从而降低在制品的资金消耗。

（2）范式维：从数字化工厂、数字互联工厂到智能工厂的演变。

数字化、网络化、智能化技术是实现制造业创新发展、转型升级的三项关键技术，对应到制造工厂层面，体现为从数字化工厂、数字互联工厂到智能工厂的演变。数字化是实现自动化制造和互联，实现智能制造的基础。网络化是使原来的数字化孤岛连为一体，并提供制造系统在工厂范围内，乃至全社会范围内实施智能化和全局优化的支撑环境。智能化则充分利用这一环境，用人工智能取代了人对生产制造的干预，加快了响应速度，提高了准确性和科学性，使制造系统高效、稳定、安全地运行。

①数字化工厂。

数字化工厂是工业化与信息化融合的应用体现，它借助于信息化和数字化技术，通过集成、仿真、分析、控制等手段，为制造工厂的生产全过程提供全面管控的整体解决方案，它不限于虚拟工厂，更重要的是实际工厂的集成。(www.daowen.com)

②数字互联工厂。

数字互联工厂是指将物联网技术全面应用于工厂运作的各个环节，实现工厂内部人、机、料、法、环、测的泛在感知和万物互联，互联的范围甚至可以延伸到供应链和客户环节。通过工厂互联化，一方面可以缩短时空距离，为制造过程中“人—人”“人—机”“机—机”之间的信息共享和协同工作奠定基础；另一方面还可以获得制造过程更为全面的状态数据，使数据驱动的决策支持与优化成为可能。

③智能工厂。

制造工厂层面的两化深度融合，是数字工厂、互联工厂和自动化工厂的延伸和发展。通过将人工智能技术应用于产品设计、工艺、生产等过程，使得制造工厂在其关键环节或过程中能够体现出一定的智能化特征，即自主性的感知、学习、分析、预测、决策、通信与协调控制能力，能动态地适应制造环境的变化，从而实现提质增效、节能降本的目标。

（3）结构维：从智能制造装备、智能车间到智能工厂的进阶。

智能可在不同层次上得以体现，可以是单个制造设备层面的智能、生产线的智能、单元等车间层面的智能，也可以是工厂层面的智能。

①智能制造装备。

制造装备作为最小的制造单元，能对自身和制造过程进行自感知，对与装备、加工状态、工件材料和环境有关的信息进行自分析，根据产品的设计要求与实时动态信息进行自决策，依据决策指令进行自执行。通过“感知→分析→决策→执行与反馈”大闭环过程，不断提升性能及其适应能力，实现高效、高品质及安全可靠的加工。

②智能车间（生产线）。

制造车间（生产线）由多台（条）智能装备（产线）构成，除了基本的加工/装配活动外，还涉及计划调度、物流配送、质量控制、生产跟踪、设备维护等业务活动。智能生产管控能力体现为通过“优化计划—智能感知—动态调度—协调控制”闭环流程来提升生产运作适应性，以及对异常变化的快速响应能力，如图2.3-3所示。

图2.3-3　制造车间（生产线）的主要活动

③智能工厂。

制造工厂除了生产活动外，还包括产品设计与工艺、工厂运营等业务活动，如图2.3-4所示。智能工厂是以打通企业生产经营全部流程为着眼点，实现从产品设计到销售，从设备控制到企业资源管理所有环节的信息快速交换、传递、存储、处理和无缝智能化集成。

图2.3-4　制造工厂的一般性业务流程