可以用一个三维图形作为机械制造业智能工厂的参考模型，如图3.1所示。图中表明了一个智能工厂的横向集成、纵向集成和信息物理系统（Cyber-Physical Systems，CPS）3个维度。

图3.1　机械制造业智能工厂的参考模型

客户需求、产品设计、工艺设计、物料采购、生产制造、物流、售后服务构成智能工厂的横向集成维度；企业内部的装备与控制层、制造执行层、经营管理层、经营决策层构成智能工厂的纵向集成维度；感知执行层、适配控制层、网络传输层、认知决策层和服务平台层组成信息物理系统。这3个维度构建了机械制造业智能工厂的参考模型。

1.纵向集成维度

1）装备与控制层

装备与控制层包括传感器、仪器仪表、条码、射频识别设备、数控机床、柔性制造系统、柔性生产线、机器人、自动化立体仓库、自动化物流传送装置、感知和执行单元、可编程控制器、现场总线控制系统等。

2）制造执行层

制造执行层主要是制造执行系统，包括产品定义、生产资源定义、生产详细排产、生产优化调度、生产执行、质量管理、产品追溯、生产进度的跟踪和监控、车间物料管理、设备运行状态的监控和管理、车间绩效管理等，可实现整个车间执行层人、机、料、法、环的管理。

3）经营管理层

经营管理层由客户需求管理、生产计划、采购管理、销售管理、人力资源管理、财务成本管理、质量管理等信息系统所构成，实现企业整个价值链上物流、信息流、资金流、责任流的统一和优化管控，主要包括企业资源计划系统，供应链管理系统，客户关系管理系统以及面向客户的产品全生命周期的服务和管理、项目管理（Project Management，PM）等。

4）经营决策层

在智能工厂的环境下，将产生大量的产品技术数据、生产经营数据、设备运行数据、质量数据、设计知识、工艺知识、管理知识、产品运维数据。建立经营决策系统，对上述信息进行搜集、过滤、储存、建模，应用大数据分析工具，使各级决策者获得知识和洞察力并提高决策的科学性。经营决策系统由企业预算管理、绩效管理、商业智能等组成的战略管控系统共同构成。

2.横向集成维度

按照“互联网+协同制造”的精神，重点构建产业链上各企业间的协同与集成，如跨企业、跨地域的协调设计，企业间的协同供应链管理，协同生产，协同服务和企业间的价值链重构，以实现产业链上各企业间的无缝集成、信息共享和业务协同。

3.信息物理系统

信息物理系统分为5个层级，它们相互配合，支撑企业纵向集成、企业间横向集成与端到端集成，实现工业体系与信息体系的深度融合以及全面智能化。信息物理系统通过集成先进的信息通信和自动控制等技术，构建了物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统，实现系统内资源配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化。信息物理系统是智能工厂的技术支持体系。

信息物理系统5个层级的介绍如下。(www.daowen.com)

1）感知执行层

感知执行层包括以感知装置和智能设备为代表的生产物理实体、物联网、数据采集与命令执行及设备安全防护等，其内容示意如图3.2所示。

图3.2　感知执行层的内容示意

在信息物理系统的感知执行层中，物联网按照事先制定的策略，对处于最底层的生产物理实体的数据进行收集和管理。控制管理功能负责将来自信息物理系统上层的控制指令通过物联网下发至底层的受控设备。

2）适配控制层

适配控制层解决不同系统及设备间的通信兼容问题，并对生产装备与系统的健康状态、工况等进行综合评估；接收下发的本地APP控制执行模型，进行自组织、自适应的控制适配调整。在适配控制层框架结构中，底部功能区负责数据的上传解析与指令分发，左侧功能区负责数据信息的转化，右侧功能区负责生产活动的指令执行。适配控制层的内容示意如图3.3所示。

图3.3　适配控制层的内容示意

3）网络传输层

网络传输层承担数据、信息与指令的传输与通信，包括信息和通信技术（Information and Communication Technology，ICT）物理实体与系统软件部分、网络与数据安全部分、基础网络部分等。基础网络部分实现网络传输层的互联互通功能，网络与数据安全部分、ICT物理实体与系统软件部分对基础网络部分提供技术支撑。网络传输层负责信息物理系统架构中所有层级之间的数据通信。网络传输层的内容示意如图3.4所示。

4）认知决策层

认知决策层是信息物理系统的管理决策中枢，包括信息认知与挖掘部分、计算与数据管理部分、根据决策的需求建立APP控制执行模型库（包括生产工艺模型库、故障诊断模型库、质量判断模型库、物流仓储模型库、能源优化模型库等）以及决策分析部分。决策分析部分是信息物理系统的“大脑”，主要包括具备自学习和认知能力的知识库、端到端集成的产品全生命周期价值链数据、横向集成的决策协同优化与分析以及预测决策模型等。认知决策层的内容示意如图3.5所示。

图3.4　网络传输层的内容示意

图3.5　认知决策层的内容示意

5）服务平台层

服务平台层提供安全环境下的工业协同价值网络（包括管理安全），在工业协同环境下确保工产过程中的可用性、可靠性、机密性、完整性、操作安全并进行身份确认，这是保障智能制造体系下协同安全的重要主题。工业协同价值网络在智能制造体系下，遵循工业协同互联标准与规范，企业间实现协同设计、协同生产、协同物流与协同服务的过程协同，同时开展个性化定制服务和智能服务，包括用户与供应商管理、服务与产品管理、账单与结算管理等功能。服务平台层的内容示意如图3.6所示。

图3.6　服务平台层的内容示意