智能制造背景下工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考

張森

[摘要]本文討論總結(jié)了智能制造背景下工業(yè)廠房設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則;分析了做好智能制造廠房設(shè)計(jì)的兩大關(guān)鍵點(diǎn)：在此基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要闡述了工藝設(shè)計(jì)人員做好智能制造廠房設(shè)計(jì)所應(yīng)具備的能力和素質(zhì)。

[關(guān)鍵詞]智能制造;廠房設(shè)計(jì);工藝布局;物流

引言

當(dāng)前，越來(lái)越開放的全球化競(jìng)爭(zhēng)，越來(lái)越多樣的個(gè)性化需求，越來(lái)越高昂的人力成本，越來(lái)越快速的市場(chǎng)響應(yīng)需求，正引發(fā)制造業(yè)的又一次變革。毫無(wú)疑問，面對(duì)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，變革浪潮中的制造企業(yè)必須降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率，這既是生存之道，亦是競(jìng)爭(zhēng)之本。目前看來(lái)，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的出路便是智能制造。智能制造技術(shù)的提出與發(fā)展，對(duì)工廠的生命周期產(chǎn)生了深刻影響，包括規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)改造、生產(chǎn)制造、運(yùn)營(yíng)管理等。本文從工程設(shè)計(jì)的角度，就智能制造背景下工業(yè)廠房的規(guī)劃與建設(shè)談幾點(diǎn)思考與想法。

一、智能制造背景下工業(yè)廠房設(shè)計(jì)的原則

（一）系統(tǒng)性規(guī)劃

一個(gè)完整的智能制造系統(tǒng)包括產(chǎn)品生產(chǎn)所涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)和各種場(chǎng)景。作為設(shè)備安裝、工人工作、產(chǎn)品生產(chǎn)的物理空間，廠房自然也涵蓋其中。在廠房規(guī)劃設(shè)計(jì)中，建筑自身的智能化如何實(shí)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)以怎樣的空間結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)管理來(lái)匹配先進(jìn)生產(chǎn)制造系統(tǒng)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌考慮。產(chǎn)品方案和生產(chǎn)綱領(lǐng)是工業(yè)廠房設(shè)計(jì)最重要的輸入條件之一，直接決定了廠房的空間結(jié)構(gòu)、設(shè)備的選型布局、物流的走向分布，需精準(zhǔn)測(cè)算。但與此同時(shí)，個(gè)性化的市場(chǎng)需求與越來(lái)越短的產(chǎn)品生命周期又增加了產(chǎn)品方案的不確定性。

（二）個(gè)性化特征

智能制造時(shí)代，廠房不應(yīng)該只作為組織生產(chǎn)活動(dòng)的場(chǎng)所或空間，而應(yīng)當(dāng)兼具獨(dú)特的企業(yè)個(gè)性，成為向客戶、合作商乃至公眾展示和傳播企業(yè)文化與產(chǎn)品特色的平臺(tái)。試問，在客戶對(duì)產(chǎn)品定制化要求越來(lái)越高的今天，作為產(chǎn)品生產(chǎn)地的廠房卻是千篇一律的長(zhǎng)方體、深藍(lán)色、彩鋼板，連自身如此龐大復(fù)雜的工廠系統(tǒng)都不“精心定制”，又如何讓消費(fèi)者相信其產(chǎn)品能做到真心定制化呢。更何況，為特定的生產(chǎn)系統(tǒng)“量身打造”的廠房，可以形成更優(yōu)化的工藝布局、更高效的物流系統(tǒng)、更合理的空間利用，對(duì)提升企業(yè)自身形象、降低運(yùn)營(yíng)成本都大有裨益。

（三）重視綠色節(jié)能與人文關(guān)懷

作為又一次深刻的工業(yè)變革，智能制造的終極目標(biāo)是更好地服務(wù)人類，為人類社會(huì)的永續(xù)發(fā)展提供動(dòng)力。那么，作為承載整個(gè)智能化生產(chǎn)系統(tǒng)的廠房，其本身也應(yīng)是可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，這就要求廠房在設(shè)計(jì)過程中就要有機(jī)融合綠色節(jié)能的相關(guān)理念，使資源利用率更高、環(huán)境污染更少、能源結(jié)構(gòu)更合理。在此基礎(chǔ)上，對(duì)外讓廠房與周邊環(huán)境彼此協(xié)調(diào)，對(duì)內(nèi)打造舒適的工作環(huán)境和充滿人文關(guān)懷的活動(dòng)空間，讓智能制造帶來(lái)的改變也能服務(wù)于廠房?jī)?nèi)從事管理、監(jiān)督和生產(chǎn)任務(wù)的工作人員。進(jìn)而讓建筑本身成為智能制造的有機(jī)組成部分，共同打造可持續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)新模式。

二、智能制造背景下如何做好工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)

（一）把握“工藝是龍頭”這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

工藝專業(yè)是廠房設(shè)計(jì)的龍頭專業(yè)，只有以工藝“量身定制”出來(lái)的廠房才可能是高效的、節(jié)能的、符合智能制造要求的。傳統(tǒng)廠房設(shè)計(jì)中，工藝設(shè)計(jì)主要考慮廠區(qū)和車間的物流、人流。在智能制造時(shí)代，這種考慮重心需發(fā)生不同程度的轉(zhuǎn)變。首先是物流，它依然是重點(diǎn)。作為企業(yè)利潤(rùn)的第二源泉，物流系統(tǒng)的傳輸效率和自動(dòng)化程度、存儲(chǔ)單位的設(shè)計(jì)等必然是布局設(shè)計(jì)中的重中之重。其次由于少人化是未來(lái)制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)之一，人流問題在今后廠房設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)逐漸弱化。與此同時(shí)，應(yīng)當(dāng)看到在智能制造發(fā)展尚不充分的今天，智能制造工廠參觀通道的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)作為重點(diǎn)之一納入布局設(shè)計(jì)之中。最后是信息流，這也是變化最大的一部分。智能制造的實(shí)現(xiàn)是以信息化為前提的，解決生產(chǎn)過程中信息不透明問題，打通生產(chǎn)過程中的信息孤島是智能制造的題中之義。與此同時(shí)，智能制造工廠相對(duì)于傳統(tǒng)工廠，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息必然高出好幾個(gè)量級(jí)。

（二）用好“數(shù)字化工具”這個(gè)新手段

數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展為工程設(shè)計(jì)提供了很多新方法、新手段。首先，采用數(shù)字化布局可以以三維的形式呈現(xiàn)工藝布局，相較于傳統(tǒng)的二維布局更直觀、更美觀。三維可視化工藝布局便于與非技術(shù)人員進(jìn)行演示溝通，可以縮短設(shè)計(jì)持續(xù)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率。與此同時(shí)，三維模型可以展現(xiàn)廠房?jī)?nèi)部布局的整體效果，避免設(shè)施布置的干涉，相當(dāng)于對(duì)實(shí)體布局的預(yù)演，可以最大程度地減少設(shè)計(jì)上的反復(fù)或建設(shè)過程中的改造。其次，運(yùn)用物流仿真技術(shù)可以為廠區(qū)和車間物流規(guī)劃提供依據(jù)和支撐，通過計(jì)算機(jī)模擬分析生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使有限的現(xiàn)有資源得到最合理高效的配置與運(yùn)用，同時(shí)，還可以縮短工廠的規(guī)劃周期。最后，運(yùn)用BIM技術(shù)為工業(yè)廠房提供全生命周期服務(wù)，通過建立廠房的三維虛擬模型，集成整合廠房從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)等各階段的數(shù)據(jù)、信息，以提升工作效率、節(jié)省資源、降低成本，從而更好地服務(wù)于智能制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)營(yíng)。

（三）創(chuàng)新能力是重點(diǎn)

創(chuàng)新是一個(gè)企業(yè)、一個(gè)人核心競(jìng)爭(zhēng)力的根本所在?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)生了大量的新材料、新設(shè)備、新技術(shù)，這為工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的創(chuàng)新提供了廣闊的空間。廠房的跨度與柱網(wǎng)尺寸、設(shè)備的選型與排布、車間的物流傳輸方式等，都是可以根據(jù)實(shí)際情況有所創(chuàng)新與突破的，在一個(gè)設(shè)計(jì)中，往往一個(gè)小環(huán)節(jié)的改進(jìn)與創(chuàng)新就能為企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而這也正是廠房設(shè)計(jì)中工藝設(shè)計(jì)的價(jià)值所在。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，智能制造仍處于快速發(fā)展、逐漸成熟的成長(zhǎng)階段，關(guān)于智能制造廠房的設(shè)計(jì)也在不斷探索和規(guī)范。