圖片來源：網(wǎng)絡(luò)

　　有人說，智能制造的終極是黑燈工廠，那么，在我國制造業(yè)智能化突飛猛進之時，黑燈工廠的現(xiàn)狀如何呢？見之于報道的有特斯拉上海超級工廠，小米的北京制造基地，還有煙草行業(yè)，軋鋼行業(yè)的黑燈工廠等等。

　　對于頭部企業(yè)來說，黑燈工廠是品牌含金量的一部分，但對于中小制造企業(yè)來說，卻要“好自為之”，因為巨額的投入，會有“得不償失”之虞，就是頭部企業(yè)，上馬黑燈工廠，也要掂量掂量，看看是否合適。

　　一、黑燈工廠是方向

　　從2010年起，我國已成為全球最大的制造業(yè)國家，邁向工業(yè)4.0時代智能制造轉(zhuǎn)型加速進行，監(jiān)管層更是從頂層設(shè)計方面予以引導(dǎo)。毫不夸張地說，智能制造是我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主攻方向，終極目標是黑燈工廠。

　　也可以說，工業(yè)4.0的標配是黑燈工廠，又名智慧工廠，是Dark Factory的直譯。理想的狀態(tài)是工廠內(nèi)的整個生產(chǎn)過程——從原材料的交付、加工，產(chǎn)品運輸、檢測，到最終的成品交付——完全由自動控制的機器進行，可以在關(guān)燈狀態(tài)下運轉(zhuǎn)自如。簡而言之，黑燈工廠在無需人工干預(yù)的情況下自動完成生產(chǎn)任務(wù)，更進一步說，整個工廠具備自我思考、有序生產(chǎn)的能力。

　　為什么說“黑燈”，就是即使關(guān)燈也可正常運行，主要是為了形象地突出這種生產(chǎn)方式的高度智能化，實際情況并不是漆黑一片，設(shè)備狀態(tài)指示燈、品質(zhì)檢測燈及激光發(fā)射器的微光彼此閃爍，不時發(fā)出清脆提示音。

　　其實黑燈工廠是“可視”工廠，不僅生產(chǎn)流程可視，而且設(shè)備狀態(tài)、能源消耗、質(zhì)量控制都是可視的。生產(chǎn)流程可視化是黑燈工廠的基石，屏幕上，每個工位的生產(chǎn)狀態(tài)、物料流動和質(zhì)量檢測結(jié)果一目了然，這種實時監(jiān)控和快速響應(yīng)機制，大大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

　　設(shè)備可視化體現(xiàn)在對設(shè)備運行數(shù)據(jù)的實時采集和分析，及時了解設(shè)備的“健康”狀況，預(yù)測潛在故障，并進行維護；質(zhì)量控制可視化是黑燈工廠中的一道重要防線，通過對產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的實時采集和分析，工廠能夠確保每一批產(chǎn)品都符合嚴格的質(zhì)量標準，當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題時，系統(tǒng)會通過可視化界面展示產(chǎn)品的“身份證”，包括異常指標、可能的原因和處理建議。

　　黑燈工廠的可視化技術(shù)通過直觀的圖表和動態(tài)模型，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為易于理解的信息，使得工廠管理者能夠更加科學(xué)的管理生產(chǎn)過程。

　　黑燈工廠是信息技術(shù)改革制造工藝和工業(yè)流程的一個嘗試，其技術(shù)支撐與實現(xiàn)路徑離不開一系列先進技術(shù)的支持，因此說黑燈工廠是前沿技術(shù)的集大成者，包括人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、云計算、邊緣計算、機器視覺等，例如，利用5G邊緣計算技術(shù)減少數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理的效率；利用視覺感知技術(shù)進行商品標識碼識別，為自動化生產(chǎn)提供信息支持。

　　AI技術(shù)是黑燈工廠的核心驅(qū)動力，通過深度學(xué)習(xí)、機器視覺等能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)過程的全面感知和精準控制；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為黑燈工廠提供了廣泛的數(shù)據(jù)來源和實時監(jiān)控能力；通過多種技術(shù)以實現(xiàn)工廠生產(chǎn)、設(shè)備、物流、能環(huán)、安全5大核心要素的效能提升。

　　關(guān)鍵點是有效降低人力成本和提高生產(chǎn)效率，另外不需要照明、供暖和制冷，工廠的能源使用效率大大提升；高精度和一致性的生產(chǎn)過程也減少了廢品率，對環(huán)境更加友好。

　　黑燈工廠的重要特質(zhì)是整合與拓展性，能整合多項技術(shù)、算法，如機器視覺、5G、人工智能等開展視覺信號處理、信息推理預(yù)測等實踐工作，并結(jié)合工廠運作中的實際情況不斷拓展技術(shù)和功能，系統(tǒng)中的每一個組成部分都可以根據(jù)自身工作任務(wù)形成最佳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　黑燈工廠建設(shè)的大前提是，中國實體產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式正從人口紅利轉(zhuǎn)向技術(shù)紅利，黑燈工廠本質(zhì)上是通過使用智能設(shè)備和數(shù)智化系統(tǒng)融合，實現(xiàn)降本增效、節(jié)能環(huán)保，對企業(yè)來說，黑燈工廠還牽涉到行業(yè)地位維系、品牌領(lǐng)導(dǎo)需求、未來競爭力探索等內(nèi)涵。

　　從理論上說，黑燈工廠具備高度的自主性，能夠自動搜集外部世界以及內(nèi)部的信息，并利用這些數(shù)據(jù)進行深入的分析和判斷，從而自行規(guī)劃行動和響應(yīng)，實現(xiàn)自主的生產(chǎn)管理和決策過程。

　　更為重要的是，黑燈工廠通過自我學(xué)習(xí)機制，能夠不斷地更新和補充制造過程中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自我優(yōu)化；更神乎其神的是，系統(tǒng)還能自動進行故障診斷，并通過自修復(fù)來保持持續(xù)運行，減少停機時間。

　　黑燈工廠包括黑燈倉庫，也是就是說黑燈倉庫是其重要組成部分，一般是通過“子車”（AGV）和“母車”（升降機）聯(lián)動的方式實現(xiàn)立體存儲，電子揀選與WMS系統(tǒng)結(jié)合可以通過料箱前的指示燈閃爍提示快速鎖定目標部件；多層且密集的自動化立體庫存儲，既節(jié)約了存儲空間、提高了庫房利用率，又減少了叉車設(shè)備和人員的投入。

　　黑燈倉庫的重要性在于生產(chǎn)排序及準時供貨，其排序準確率及供貨及時率直接關(guān)系到黑燈工廠生產(chǎn)計劃能否順利推進。一旦排錯將會直接導(dǎo)致生產(chǎn)線停線，作為‘黑燈工廠’重要組成部分的‘黑燈倉庫’，是解決供應(yīng)鏈上下游協(xié)同較差等難題的重要一環(huán)，目前迎來了新的發(fā)展契機。

　　新型制造模式已經(jīng)從概念框架走向落地實施，技術(shù)成熟度與標準化問題也是制約黑燈工廠應(yīng)用落地的重要因素之一，中國貢獻的智能制造國際標準累計已達到50余項。

　　總之，黑燈工廠成為探尋“智造”之光的一種重要形式，黑燈工廠可以作為探路者，為制造業(yè)各領(lǐng)域的智能化轉(zhuǎn)型提前探測問題與難點，助力我國制造業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級。AI時代工業(yè)革命的目的是，探索制造的“智能”未來，重塑每一個工業(yè)場景。

　　隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、信息感知技術(shù)、機器人技術(shù)等相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的不斷提升與成熟，我國制造業(yè)各細分領(lǐng)域?qū)⒃谖磥碛楷F(xiàn)出更多黑燈工廠，黑燈工廠是AI時代工業(yè)智能化升級的典型代表，黑燈工廠的誕生標志著工業(yè)生產(chǎn)方式的一次根本性變革。

　　二、頭部企業(yè)宜先上

　　在我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級趨勢下，國內(nèi)一些頭部制造業(yè)企業(yè)早已率先試水黑燈工廠，且已取得“降本增效”的積極成效。

　　其實，黑燈工廠理論上是24小時不停機的，如果生產(chǎn)量不大，產(chǎn)品附加值不高，無法攤薄黑燈工廠的投入成本，是不宜上馬的，而頭部企業(yè)，相對而言，產(chǎn)量大，附加高，是黑燈工廠建設(shè)的最佳主體。

　　上海特斯拉超級工廠可以算得上高度自動化的黑燈工廠的一個典范，其背后的支持者則是特斯拉名列前茅的銷量與高度標準化的電機和電池；格力已經(jīng)實現(xiàn)了黑燈工廠,過去一萬人的工廠現(xiàn)在只需1000人，而且對精度、質(zhì)量、效率帶來了顛覆性變化；對小米來說，年產(chǎn)百萬臺高端手機的黑燈工廠便是其中的亮點之一，代表著小米對于未來產(chǎn)業(yè)鏈條上的創(chuàng)新和技術(shù)集成的高度應(yīng)用。

　　聯(lián)想集團武漢產(chǎn)業(yè)基地于2020年投入了自主開發(fā)的業(yè)界首條5G+IoT(物聯(lián)網(wǎng))自動化組裝線“量子線”，使其3C設(shè)備組裝產(chǎn)線的自動化率提升2倍，與傳統(tǒng)產(chǎn)線相比，人員精簡45%……

　　在制造領(lǐng)域，如果可以率先運用前沿技術(shù)對傳統(tǒng)制造體系進行改革賦能，那么在市場上品牌的影響力很容易就能獲得提升。

　　對于頭部企業(yè)來說，黑燈工廠是自家產(chǎn)業(yè)鏈的一大亮點，是品牌催化劑，也是關(guān)鍵業(yè)務(wù)承載體，酷炫的“黑燈工廠”有益于提升大眾心中的品牌“科技值”，有效增強品牌好感度；長期而言可有效通過規(guī)模化生產(chǎn)與競爭壁壘而實現(xiàn)邊際收益遞增，更為重要的是黑燈工廠是未來制造工藝和工業(yè)流程的探路者。

　　如上所述，黑燈工廠集成了前沿技術(shù)，但前沿技術(shù)受限于技術(shù)的成熟程度，導(dǎo)致黑燈工廠的技術(shù)要素不斷迭代升級，此外，不同行業(yè)的生產(chǎn)工藝、流程差異較大，對技術(shù)的通用性提出了更大的挑戰(zhàn)。

　　在黑燈工廠體系中，數(shù)據(jù)是核心資源之一，如何從海量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息和知識為工業(yè)生產(chǎn)提供精準的預(yù)測和決策支持，并進行經(jīng)驗積累和傳承以形成可復(fù)用的知識庫和模型庫為工業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)改進和創(chuàng)新提供有力支撐成為重點。

　　既使是工業(yè)巨擘，傳統(tǒng)制造巨頭、在建造黑燈工廠時也要遵循成熟的路徑與關(guān)鍵步驟，最好采用逐步推進與持續(xù)改進，分階段實施的方法：在每個階段進行試點和驗證，積累經(jīng)驗，逐步擴大規(guī)模；在實現(xiàn)黑燈工廠的過程中，不斷進行改進和優(yōu)化，通過反饋和數(shù)據(jù)分析，持續(xù)提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；也就是說智能化改造是一個持續(xù)的過程，需要根據(jù)生產(chǎn)實際和技術(shù)進步不斷進行優(yōu)化和更新。

　　小米黑燈工廠的特點包括深度自研的制造裝備、關(guān)鍵工藝的100%自動化、全鏈路工業(yè)大數(shù)據(jù)底座建設(shè)以及自感知、自決策、自執(zhí)行的智能制造平臺，展示了小米在智能制造技術(shù)上的領(lǐng)先地位。

　　從某種意義上說，黑燈工廠是機器人當(dāng)家，通過應(yīng)用機器人、AI、物流系統(tǒng)等技術(shù)對工廠和倉儲空間進行了數(shù)字化、智能化升級，不僅攻克了復(fù)雜環(huán)境下多類型設(shè)備的集成問題，還將多層次控制系統(tǒng)打通。

　　智能物流系統(tǒng)在黑燈工廠中具有重要的地位和價值，我們知道，生產(chǎn)過程中，80%的過程是物料的流動，加工時間只占20%，智能物流體系建設(shè)，包括倉儲管理、生產(chǎn)線物料配送、自動化生產(chǎn)，以及信息系統(tǒng)整合四個層面，并且隨著技術(shù)不斷進步，將持續(xù)引入更加先進、智能的自動化物流設(shè)備。

　　小米黑燈工廠，配備了高柔性、高靈活性的物流體系，通過與自研工業(yè)數(shù)智平臺的連接，使用自動導(dǎo)引車（AGV）和自主移動機器人（AMR）進行物料和成品的運輸，實現(xiàn)了生產(chǎn)流程的無縫對接。

　　這里要提醒的一點是，黑燈工廠的建設(shè)需要對整個生產(chǎn)流程和供應(yīng)鏈的深度理解和優(yōu)化，如果產(chǎn)品工藝流程還不是特別清晰，還沒有明確的工藝步驟劃分，還是先把工藝流程理順，把作業(yè)步驟完全識別出來為先，另外還需要質(zhì)量異常判斷標準，完善的物料配送管理等等。

　　其實黑燈工廠的最終目標是建設(shè)一個智能制造生態(tài)系統(tǒng)，不僅是生產(chǎn)，而且包括設(shè)計。三一重工18號工廠，世界燈塔工廠，實現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)交付的全流程數(shù)字化管理；而小米的黑燈工廠，是小米探索新技術(shù)、新材料和新工藝的試驗田，它不僅承擔(dān)著現(xiàn)有產(chǎn)品的制造任務(wù)，同時也為未來的產(chǎn)品開發(fā)提供了實驗平臺，可進行新產(chǎn)品的生產(chǎn)驗證，不僅服務(wù)于當(dāng)前的產(chǎn)品線，還為未來的創(chuàng)新產(chǎn)品打下堅實的基礎(chǔ)。

　　黑燈工廠的智能制造系統(tǒng)甚至包括原材料采購，與供應(yīng)鏈、物流、銷售等環(huán)節(jié)進行緊密合作，實現(xiàn)端到端的智能制造和服務(wù)，通過精準的數(shù)據(jù)分析和預(yù)測，黑燈工廠還能實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和合理利用。

　　例如，小米的黑燈工廠從產(chǎn)業(yè)鏈的角度來看，位于產(chǎn)業(yè)鏈的下游，負責(zé)最終產(chǎn)品的組裝和制造，但與上游供應(yīng)鏈的緊密合作也是至關(guān)重要的，需要確保原材料和零部件的質(zhì)量以及供應(yīng)的穩(wěn)定性，獲得最優(yōu)質(zhì)的輸入材料，進而保證最終產(chǎn)品的性能和可靠性。

　　總之，黑燈工廠是一個系統(tǒng)性和復(fù)雜性的工程，需要企業(yè)在戰(zhàn)略規(guī)劃、技術(shù)升級、數(shù)據(jù)驅(qū)動、系統(tǒng)集成、人才培養(yǎng)和持續(xù)改進等多個方面進行推進。

　　三、中小企業(yè)宜謹慎

　　智能制造技術(shù)賦能下的新型工廠方興未艾，對于中小企業(yè)，上馬黑燈工廠，還是應(yīng)考慮考慮，首要的問題是投資巨大，業(yè)內(nèi)預(yù)測，目前投資一條黑燈工廠生產(chǎn)線，大概需要800萬元，而小米黑燈工廠的總投資金額高達6億元人民幣，對中小企業(yè)來說，這樣的投入遠遠超出了他們的承受能力，因此，高額的投資成本是主要障礙，同時，技術(shù)的不斷更新和維護需要巨大的資金投入。

　　技術(shù)層面的挑戰(zhàn)也不容忽視，需要跨學(xué)科的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用，包括網(wǎng)絡(luò)傳輸、信息感知和機器人技術(shù)的應(yīng)用和集成等，中小企業(yè)的技術(shù)積累一般是不夠的，但也不能一概而論，一些具有技術(shù)優(yōu)勢的科技新星，也通過自身業(yè)務(wù)賦能傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)而興建黑燈工廠，曠視科技為國內(nèi)一家電機及驅(qū)動制造商打造了集軟硬件為一體的智能化“黑燈工廠”樣板車間。

　　中小企業(yè)考慮上馬黑燈工廠，首要要解決兩個認識誤區(qū)。第一個是黑燈工廠并不是完全無人，看不見人，并不是無人，實際上是人機合作的系統(tǒng)，人員在監(jiān)控、決策和創(chuàng)新等方面與機器相互補充。其實，黑燈工廠背后有無數(shù)的技術(shù)工程師,作為工廠的“隱形人”,他們需要在綜合考慮效率、成本等因素的基礎(chǔ)上決定哪些工作由機器完成，哪些由人完成，這是一個人機協(xié)作的過程。

　　目前，我國人工成本確實走高了，但和發(fā)達國家相比，還是致勝法寶，黑燈工廠改造，一個機械臂，一套制造執(zhí)行系統(tǒng)價格都是不菲的，如果非必要，還是不要上。

　　第二個問題是黑燈工廠靈活局限性，雖然有些資料強調(diào)了黑燈工廠具有靈活性與柔性化，并且從理論上給予說明：黑燈工廠運用先進的視覺技術(shù)和模擬手段，將現(xiàn)實中的設(shè)計和制造過程數(shù)字化和虛擬化，通過信號處理、預(yù)測、仿真等技術(shù)，使得產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)過程更加靈活和高效，并強調(diào)能夠快速響應(yīng)市場變化滿足消費者個性化需求。

　　并且指出，黑燈工廠顯示出極強的協(xié)調(diào)性和重組能力，系統(tǒng)內(nèi)的各個單元能夠根據(jù)實際的生產(chǎn)需求和任務(wù)自動重組，形成最優(yōu)的工作結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)要求。

　　但不可否認，黑燈工廠智能產(chǎn)線更有利于規(guī)模化生產(chǎn)，而當(dāng)下制造業(yè)則更強調(diào)實現(xiàn)產(chǎn)品個性化和定制化的柔性生產(chǎn)。

　　從實際情況看，黑燈工廠還是以標準化的產(chǎn)品加工最為有利，對于多品種小批量的高度定制化的產(chǎn)品，利用黑燈工廠，則需要大量定制的工裝來進行輔助定位，需要大量的復(fù)雜的程序調(diào)取、復(fù)雜的機械臂移動路徑、多樣的零部件配送，造成了黑燈工廠流水線判斷邏輯繁雜，特別容易停線。

　　當(dāng)下機器臂靈活度有了很大提升，但還是有很大局限性，雖然視覺識別，激光定位有了長足進步，但是還會因為遮擋干涉造成無法定位，面對各式各樣的產(chǎn)品，你可以設(shè)計多條產(chǎn)線去應(yīng)對多種產(chǎn)品，但相應(yīng)的成本也會增加，效率的提升無法趕上成本的提升。

　　在輕工業(yè)領(lǐng)域，個性化定制正成為一股不可忽視的潮流，從理論上說，通過深度學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析，AI能夠精準捕捉消費者的個性化需求，并將其轉(zhuǎn)化為具體的產(chǎn)品設(shè)計方案和生產(chǎn)指令，但實現(xiàn)距離落地還有相當(dāng)?shù)木嚯x。

　　對于大多數(shù)中小企業(yè)而言，包括部分大型企業(yè)，需要根據(jù)自己的實際情況，逐步實施智能化和數(shù)字化改造，而不是一蹴而就地建立一個完全無人化的黑燈工廠，并非所有的工廠環(huán)境都適合全面自動化，機器在某些需要復(fù)雜判斷和靈活應(yīng)變的任務(wù)上仍難以替代人類。

　　中小企業(yè)首先需要對現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝、設(shè)備和技術(shù)能力進行全面評估，了解自身在智能化改造方面的起點和潛在需求。其次是根據(jù)企業(yè)的業(yè)務(wù)特點和市場定位，確定智能化改造的目標，是提高生產(chǎn)效率、還是降低成本、或者是提升產(chǎn)品質(zhì)量，也或是三者兼顧，以確定改造的優(yōu)先級和步驟。

　　實施階段則是要選擇適合的智能化技術(shù)和解決方案，包括硬件與軟件，重點是選擇成本效益較高、易于實施和維護的技術(shù)和設(shè)備。小規(guī)模試點和逐步推廣，在特定的生產(chǎn)線或工作環(huán)節(jié)先行試點，通過實踐檢驗技術(shù)方案的可行性和效果，逐步推廣到更多生產(chǎn)環(huán)節(jié)和流程。收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)和反饋，利用數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)持續(xù)提升智能化水平。