淺談智能工廠與智能化系統(tǒng)工程設(shè)計
作者： 來源： 發(fā)布時間：2019/06/11 瀏覽：5462
隨著工業(yè) 4.0、工業(yè)信息化、中國制造 2025、智能制造、無人工廠等智能化概念的提出，在化工、石化、醫(yī)藥、儲運、輕工、紡織、燃氣、市政公用工程、工業(yè)和民用建筑等多個行業(yè)的工程設(shè)計中，業(yè)主對「工廠智能化」的重視程度提高到了一個新高度。
在 2012 年以前，公司在智能化系統(tǒng)工程設(shè)計「俗稱弱電設(shè)計」領(lǐng)域并未涉足，僅僅是由電氣專業(yè)人員在建筑物進戶處預(yù)埋管道用于電話與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。自 2012 年以來，公司特增加電信專業(yè)，并在項目中開展智能化系統(tǒng)工程設(shè)計業(yè)務(wù)，以滿足業(yè)主對智能化系統(tǒng)的需求。
但是由于電信專業(yè)所涉及的專業(yè)或行業(yè)非常廣泛，且遠不止 10 年前設(shè)計時僅有的電話與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為了讓更多的項目組成員了解電信專業(yè)、了解智能化系統(tǒng)，筆者在此對智能化系統(tǒng)工程設(shè)計做簡要介紹，供大家參考。
一、智能工廠
在談智能工廠之前，先了解智能建筑的概念，智能建筑是以建筑為平臺，兼?zhèn)浣ㄖO(shè)備、辦公自動化及通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集成結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理及其優(yōu)化組合為一體，向人們提供安全、高效、便捷、節(jié)能、環(huán)保、健康的建筑環(huán)境。比如某公司的總部辦公大樓。
智能工廠，與智能建筑稍有不同，是利用各種現(xiàn)代化的技術(shù)，實現(xiàn)工廠的辦公、管理及生產(chǎn)自動化，達到加強及規(guī)范企業(yè)管理、減少工作失誤、堵塞各種漏洞、提高工作效率、進行安全生產(chǎn)、提供決策參考、加強外界聯(lián)系、拓寬國際市場的目的。比如一個包含有總部辦公大樓、擁有先進的智能化生產(chǎn)線的制劑車間、無人值守的物流倉儲的廠區(qū)。
智能工廠的規(guī)劃，還有很多工作需要開展，規(guī)劃者需要具備廣泛的專業(yè)知識、較強的工程經(jīng)驗、投入大量的時間。針對某個企業(yè)而言，智能工廠的規(guī)劃可以從以下方面入手：
1. 制造工藝的分析與優(yōu)化
首先需要根據(jù)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈的定位，擬生產(chǎn)的主要產(chǎn)品、生產(chǎn)類型「單件、小批量多品種、大批量少品種等」、生產(chǎn)模式「離散、流程及混合制造」、核心工藝「例如機械制造行業(yè)的熱加工、冷加工、熱處理等」，以及生產(chǎn)綱領(lǐng)，對加工、裝配、包裝、檢測等工藝進行分析與優(yōu)化。
企業(yè)需要充分考慮智能裝備、智能產(chǎn)線、新材料和新工藝的應(yīng)用對制造工藝帶來的優(yōu)化。同時，企業(yè)也應(yīng)當基于綠色制造和循環(huán)經(jīng)濟的理念，通過工藝改進節(jié)能降耗、減少污染排放；還可以應(yīng)用工藝仿真軟件，來對制造工藝進行分析與優(yōu)化。
2. 數(shù)據(jù)采集
生產(chǎn)過程中需要及時采集產(chǎn)量、質(zhì)量、能耗、加工精度和設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并與訂單、工序、人員進行關(guān)聯(lián)，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全程追溯。出現(xiàn)問題可以及時報警，并追溯到生產(chǎn)的批次、零部件和原材料的供應(yīng)商。此外，還可以計算出產(chǎn)品生產(chǎn)過程產(chǎn)生的實際成本。有些行業(yè)還需要采集環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、空氣潔凈度等數(shù)據(jù)。
3. 設(shè)備聯(lián)網(wǎng)
實現(xiàn)智能工廠或工業(yè) 4.0，最重要的基礎(chǔ)就是要實現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)，建立工廠網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)應(yīng)當建立統(tǒng)一的標準。
4. 工廠智能物流
推進智能工廠建設(shè)，生產(chǎn)現(xiàn)場的智能物流十分重要，尤其是對于離散制造企業(yè)。智能工廠規(guī)劃時，要盡量減少無效的物料搬運。
5. 生產(chǎn)質(zhì)量管理
在智能工廠規(guī)劃時，生產(chǎn)質(zhì)量管理更是核心的業(yè)務(wù)流程。質(zhì)量保證體系和質(zhì)量控制活動必須在生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)建設(shè)時統(tǒng)一規(guī)劃、同步實施，貫徹質(zhì)量是設(shè)計、生產(chǎn)出來，而非檢驗出來的理念。
6. 設(shè)備管理
設(shè)備是生產(chǎn)要素，發(fā)揮設(shè)備的效能是智能工廠生產(chǎn)管理的基本要求。生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)需設(shè)置設(shè)備管理模塊，使設(shè)備釋放出最高的產(chǎn)能，通過生產(chǎn)的合理安排，使設(shè)備尤其是關(guān)鍵、瓶頸設(shè)備減少等待時間；在設(shè)備管理模塊中，要建立各類設(shè)備數(shù)據(jù)庫，設(shè)置編碼，及時對設(shè)備進行維保；企業(yè)應(yīng)建立設(shè)備的健康管理檔案，根據(jù)積累的設(shè)備運行數(shù)據(jù)建立故障預(yù)測模型，進行預(yù)測性維護，最大限度地減少設(shè)備的非計劃性停機；要進行設(shè)備的備品備件管理。
7. 智能廠房的設(shè)計
智能工廠的廠房應(yīng)對水、電、暖等專業(yè)的管線進行綜合，并在廠房內(nèi)規(guī)劃設(shè)計視頻監(jiān)控、門禁控制、安防報警、火災(zāi)報警系統(tǒng)等智能化弱電系統(tǒng)。
8. 智能裝備的應(yīng)用
制造企業(yè)在規(guī)劃智能工廠時，必須高度關(guān)注智能裝備的最新發(fā)展。
9. 智能產(chǎn)線規(guī)劃
設(shè)計智能產(chǎn)線需要考慮如何節(jié)約空間，如何減少人員的移動，如何進行自動檢測，從而提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。
10. 制造執(zhí)行系統(tǒng)
制造執(zhí)行系統(tǒng)「MES」是智能工廠規(guī)劃落地的著力點，是面向車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，上接 ERP 系統(tǒng)，下接現(xiàn)場的 PLC 程控器、數(shù)據(jù)采集器、條形碼、檢測儀器等設(shè)備。
11. 能源管理
采集能耗監(jiān)測點「變配電、照明、空調(diào)、電梯、給排水、熱水機組和重點設(shè)備」的能耗和運行信息，形成能耗的分類、分項、分區(qū)域統(tǒng)計分析，可以對能源進行統(tǒng)一調(diào)度、優(yōu)化能源介質(zhì)平衡，達到優(yōu)化使用能源的目的。
規(guī)劃還包括無紙化生產(chǎn)、工業(yè)安全、精益生產(chǎn)、人工智能技術(shù)的應(yīng)用、生產(chǎn)監(jiān)控與指揮系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理、勞動力管理等。
因此，要做好智能工廠的規(guī)劃，需要從各個視角綜合考慮，從投資預(yù)算、技術(shù)先進性、投資回收期、系統(tǒng)復(fù)雜性、生產(chǎn)的柔性等多個方面進行綜合權(quán)衡、統(tǒng)一規(guī)劃，從一開始就避免產(chǎn)生新的信息孤島和自動化孤島，才能確保做出真正可落地，既具有前瞻性，又有實效性的智能工廠規(guī)劃方案。
智能工廠的規(guī)劃是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要企業(yè)的生產(chǎn)、工藝、IT、自動化、設(shè)備和精益等部門通力協(xié)作；同時，也需要引入專業(yè)的工廠設(shè)計和智能制造咨詢服務(wù)機構(gòu)深入合作。
二、智能化系統(tǒng)工程設(shè)計的行業(yè)特點
目前，建筑智能化系統(tǒng)工程的設(shè)計單位有建筑設(shè)計院和系統(tǒng)集成商，兩者在設(shè)計過程中都存在自己的不足：
1. 建筑設(shè)計院
從事智能化設(shè)計的人員主要是從電氣專業(yè)轉(zhuǎn)行而來，雖然兩者有相通，但是專業(yè)之間的差異還是明顯的。而且智能化系統(tǒng)涉及建筑設(shè)備監(jiān)控、通信、計算機網(wǎng)絡(luò)、布線、安防監(jiān)控、防盜、門禁、停車庫管理、公共顯示、電視、廣播音響、多媒體會議、機房工程等多個專業(yè)或行業(yè)的知識。因此，要有如此廣泛知識面的設(shè)計人員十分困難，不僅要懂專業(yè)技術(shù)，還要熟悉設(shè)備產(chǎn)品。
建筑設(shè)計院的智能化設(shè)計「施工圖」出圖后，一般由業(yè)主另行委托系統(tǒng)集成商進行二次深化設(shè)計，并進行施工。
2. 系統(tǒng)集成商
智能化行業(yè)內(nèi)系統(tǒng)集成商的數(shù)量遠遠多于建筑設(shè)計院的數(shù)量，各自的資質(zhì)、能力參差不齊。具備建筑智能化系統(tǒng)工程專項設(shè)計資質(zhì)系統(tǒng)的集成商，其設(shè)計人員對各子系統(tǒng)比較了解，對設(shè)備產(chǎn)品比較熟悉。但是他們對建筑設(shè)計不夠了解，施工圖設(shè)計質(zhì)量較差，與各專業(yè)配合困難。
直接由系統(tǒng)集成商進行設(shè)計的項目，由于未與建筑設(shè)計同時進行，在管線預(yù)埋、機房布置等方面存在滯后，相關(guān)專業(yè)互提資料不到位，影響整個智能化系統(tǒng)工程的質(zhì)量。
系統(tǒng)集成商的專項設(shè)計資質(zhì)有：a）建筑智能化系統(tǒng)設(shè)計專項資質(zhì)甲、乙級；b）電子與智能化工程專業(yè)承包資質(zhì)分為一級、二級；c）計算機信息系統(tǒng)集成資質(zhì)等級分一、二、三、四級。
三、智能化系統(tǒng)工程設(shè)計的主要內(nèi)容
1. 智能建筑的智能化設(shè)計
參照《智能建筑設(shè)計標準》GB50314-2015 第 4 章的規(guī)定，智能化系統(tǒng)工程的設(shè)計內(nèi)容包括信息化應(yīng)用系統(tǒng)、智能化集成系統(tǒng)、信息設(shè)施系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)、機房工程等。
1）信息化應(yīng)用系統(tǒng)，包括公共服務(wù)、智能卡應(yīng)用、物業(yè)管理、信息設(shè)施運行管理、信息安全管理、通用業(yè)務(wù)和專業(yè)業(yè)務(wù)等。
2）智能化集成系統(tǒng)，包括智能化信息集成（平臺）系統(tǒng)、集成信息應(yīng)用系統(tǒng)。一般在深化設(shè)計時由系統(tǒng)集成商實施。
3）信息設(shè)施系統(tǒng)，包括信息接入系統(tǒng)（電話與網(wǎng)絡(luò)）、綜合布線系統(tǒng)、移動通信室內(nèi)信號覆蓋系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、用戶電話交換系統(tǒng)、無線對講系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、有線電視及衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)、會議系統(tǒng)、信息導(dǎo)引及發(fā)布系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)等。一般在施工圖設(shè)計時均有上述系統(tǒng)。
4）建筑設(shè)備管理系統(tǒng)，包括建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)「對冷熱源、供暖通風和空氣調(diào)節(jié)、給水排水、供配電、照明、電梯等設(shè)備進行監(jiān)控」、建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)以及需要納入管理的其他業(yè)務(wù)設(shè)施系統(tǒng)。一般在高端的辦公大樓、綜合體以及對環(huán)境要求很高的建筑物內(nèi)配設(shè)。
5）公共安全系統(tǒng)，包括火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、安全技術(shù)防范系統(tǒng)「安全防范綜合管理平臺、入侵報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)等」、應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)等。一般在施工圖設(shè)計時均有上述系統(tǒng)。
6）機房工程，包括信息接入機房、有線電視前端機房、信息設(shè)施系統(tǒng)總配線機房、智能化總控室、信息網(wǎng)絡(luò)機房、用戶電話交換機房、消防控制室、安防監(jiān)控中心、應(yīng)急響應(yīng)中心和智能化設(shè)備間等。一般在深化設(shè)計時由系統(tǒng)集成商實施。
2. 智能工廠的智能化設(shè)計
針對智能工廠而言，智能化系統(tǒng)工程設(shè)計的內(nèi)容基本是不變的。要實現(xiàn)智能工廠的所有功能，還需要其他弱電系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等的輔助和支持。比如制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)「MES」、環(huán)境管理體系「EMS」、分布式控制系統(tǒng)「DCS」、PLC 控制系統(tǒng)、可燃氣體報警系統(tǒng)、安全儀表系統(tǒng)「CIS」等，這些系統(tǒng)由自控專業(yè)進行設(shè)計，布線系統(tǒng)比如儀表橋架則單獨配置。
四、智能化系統(tǒng)工程設(shè)計的設(shè)計深度
根據(jù)《建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定》「2016版」第 1.0.11 條規(guī)定，當建設(shè)單位另行委托相關(guān)單位承擔項目專項設(shè)計「包括二次設(shè)計」時，主體建筑設(shè)計單位應(yīng)提出專項設(shè)計的技術(shù)要求并對主體結(jié)構(gòu)和整體安全負責。專項設(shè)計單位應(yīng)根據(jù)本規(guī)定相關(guān)章節(jié)的要求以及主體建筑設(shè)計單位提出的技術(shù)要求進行專項設(shè)計并對設(shè)計內(nèi)容負責。智能化系統(tǒng)工程設(shè)計主要分以下四個階段：
1. 方案設(shè)計
提供智能化設(shè)計說明書。
2. 初步設(shè)計
提供圖紙目錄、智能化設(shè)計說明書、設(shè)計圖紙「智能化各系統(tǒng)的系統(tǒng)圖、智能化各系統(tǒng)及其子系統(tǒng)主機房布置平面示意圖」、主要電氣設(shè)備表。
3. 施工圖設(shè)計
提供圖紙目錄、智能化設(shè)計說明書、設(shè)計圖紙「智能化各系統(tǒng)的系統(tǒng)圖、智能化各系統(tǒng)平面圖」、主要電氣設(shè)備表。說明書中應(yīng)交待專項設(shè)計、深化設(shè)計的情況。
根據(jù)公司目前參與的工程項目來看，電信專業(yè)的智能化系統(tǒng)主要有信息接入系統(tǒng)「電話與網(wǎng)絡(luò)」、綜合布線系統(tǒng)、移動通信室內(nèi)信號覆蓋系統(tǒng)、用戶電話交換系統(tǒng)、無線對講系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、有線電視及衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、會議系統(tǒng)、信息導(dǎo)引及發(fā)布系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)、應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)、機房工程等。
另外，火災(zāi)自動報警與消防控制系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)「含消防應(yīng)急廣播、背景音樂、業(yè)務(wù)廣播」，由于有消防強審、人力資源配備等因素，由電氣專業(yè)統(tǒng)一出圖。
4. 深化設(shè)計
深化設(shè)計應(yīng)在智能化工程施工招標之后完成，應(yīng)滿足設(shè)備材料采購、非標準設(shè)備制作、施工和調(diào)試的需要；設(shè)計單位應(yīng)配合深化設(shè)計單位了解系統(tǒng)的情況及要求，審核深化設(shè)計單位的設(shè)計圖紙。
深化設(shè)計圖紙的深度要求：在施工圖深度基礎(chǔ)上，完善各系統(tǒng)管線布置圖、特殊部位的工藝安裝詳圖、主要設(shè)備材料清單「明確系統(tǒng)設(shè)備必備的檢測報告、生產(chǎn)許可證等文件」、編制工程實施技術(shù)文件、機房工程中的電氣、空調(diào)、消防、綜合布線、機房監(jiān)控、防雷接地等的系統(tǒng)圖及其機柜配置圖等。
一般情況下，系統(tǒng)集成商都具備相應(yīng)的建筑智能化系統(tǒng)設(shè)計專項資質(zhì)，具備出圖的資質(zhì)，我們不對其深化設(shè)計圖紙進行審核。
五、智能化系統(tǒng)工程設(shè)計的互提條件
工程設(shè)計是多個專業(yè)相互配合、綜合性、科學(xué)性很強的工作，互提設(shè)計資料是各專業(yè)開展設(shè)計的重要依據(jù)。設(shè)計質(zhì)量的優(yōu)劣與各專業(yè)互提資料的正確、完整、及時有著直接的關(guān)系。電信專業(yè)與工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、總圖、外管專業(yè)均有條件往來，具體如下：
1、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，包含有視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。其中工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)主要對生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)車間內(nèi)的重要生產(chǎn)工藝的操作、運行等安全情況進行監(jiān)控，需業(yè)主或工藝專業(yè)提供點位條件。
2、門禁控制系統(tǒng)，特別是在潔凈區(qū)，房間數(shù)量多，需要門禁控制的點位多。需業(yè)主或工藝專業(yè)提供點位條件。
3、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在生產(chǎn)車間、裝置區(qū)、倉庫等非辦公區(qū)域有計算機網(wǎng)絡(luò)、無線AP需求時，需業(yè)主或工藝專業(yè)提供點位條件。
4、電話通信系統(tǒng)，在生產(chǎn)車間、裝置區(qū)、倉庫等非辦公區(qū)域有電話需求時，需業(yè)主或工藝專業(yè)提供點位條件。
5、廠區(qū)內(nèi)的主辦公樓內(nèi)，一般應(yīng)規(guī)劃弱電總機房一間，具體尺寸視項目類別而定，需提出條件給建筑專業(yè)。弱電機房內(nèi)一般有 UPS 電源、弱電機柜等，需提供荷載條件給結(jié)構(gòu)專業(yè)。多層的辦公樓、實驗樓、宿舍等人員密集、辦公區(qū)，需每層設(shè)置弱電間，弱電間內(nèi)開長條孔，需提出條件給建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)。
6、廠區(qū)內(nèi)的主辦公樓或控制室，應(yīng)設(shè)監(jiān)控中心，具體視項目情況與自控專業(yè)討論后定，需提出條件給建筑專業(yè)。
7、弱電機房內(nèi)需要設(shè)計UPS電源，用電負荷需提出條件給電氣專業(yè)。
8、弱電機房內(nèi)弱電配電箱中饋線至門禁控制器的回路中，采用帶分勵脫扣裝置的斷路器，應(yīng)由電氣專業(yè)提供消防模塊，火災(zāi)時由消防模塊強制斷電打開所有門禁。電信專業(yè)提出條件給電氣專業(yè)。
9、廠區(qū)室外弱電管線及手孔井，需提出條件給總圖專業(yè)。若室外管線采用橋架敷設(shè)時，應(yīng)提出條件給外管專業(yè)。
我們的使命:讓安全沒有隱患!
