如何規劃數字化工廠

2019/06/27

數字化工廠的建設的核心要素可以歸納為工廠裝備數字化、工廠物流數字化、設計研發數字化、生產過程數字化，如下圖所示。

通過這四個方面的建設，帶動產品設計方法和工具的創新、企業管理模式的創新。

如何規劃數字化工廠

▲核心四要素

工業4.0和數字化工廠的相關技術將促進產業鏈和價值鏈的分工重組，傳統的行業界限將消失，并會產生各種新的業態和合作形式，形成自動化、信息化、一體化、精益化、集成化的數字化工廠。

這其中工廠裝備數字化，是數字化工廠建設的前提和基礎，為設計、研發、生產等各個環節提供基礎數據的支持。工控產品，如PLC、伺服電機、傳感器等仍然是數字化工廠不可或缺的部分。

在此基礎上，工廠物流能夠從被動感知變為主動感知，實現透明、安全和高效，包括產品運輸過程跟蹤，運輸車輛跟蹤定位，物料出庫，物料配送上線等。

更加重要和經常被切斷的環節，來自上游的設計。

通過設計研發數字化，從而實現設計、工藝、制造、檢測等各業務的高度集成，包括CAD/CAPP/CAE/CAM/PLM的集成，虛擬仿真技術，MDB模型的應用，產品全生命周期管理等。

生產過程的數字化主要是利用數字化的手段應對更復雜的車間生產過程管理，這其中最重要的是制造執行系統MES的建設以及MES與ERP/PLM和車間現場自動化控制系統的交互。

MES在智能制造領域的作用越來越明顯。

它既是一個相對獨立的軟件系統又是企業信息傳遞路由器，匯集市場與服務、產品設計、MRP/ERP、供應鏈等信息，并轉化為詳細的生產作業指令，從而實現復雜產品制造過程生產現場的管理與控制。MES向上承接ERP下達的生產計劃以及PLM經過仿真驗證的產品BOM，向下銜接車間現場SCADA控制系統，彌補了ERP與車間過程控制之間的真空，實現了工業4.0所強調的垂直方向上的集成以及貫穿價值鏈的端到端工程數字化集成。

下面這張圖充分的反映了數字化工廠幾大核心系統之間的數據信息流動關系，強調了不同系統之間的應用邊界和交互界面。

如何規劃數字化工廠

數字化工廠是在信息集成的基礎上，對研發、制造、管理等各個環節進行全面的過程集成，構建數字化工廠是一項艱巨并且復雜的系統工程。

而任何復雜系統工程的實施都離不了系統建模、系統仿真、系統分析和優化，同樣數字化工廠也不能例外。

首先要全面了解數字化工廠，建立數字化工廠的模型和參考架構，然后需要有一套完整的方法論、工具和流程對數字化工廠的各個階段進行建模、規劃、分析和優化。

如何規劃數字化工廠

▲企業數字化轉型框架

上圖中的參考架構即是筆者研究參考了眾多工業4.0框架體系后，提出的針對企業的數字化轉型框架模型，重點是根據當前企業現狀從管理咨詢維度和IT信息化維度，分解智能制造時代數字化車間、數字化工廠和數字化企業的層級關系，面向落地和實施。

隨著現代制造對產品開發的要求不斷提高，以及產品逐步轉向多品種、小批量的訂單模式，企業內各系統之間的統一性與有效整合問題就逐漸浮出水面。

目前大多數企業面臨的是對原來工廠，從基礎信息化與自動化向數字化改造的問題。

無論是建新廠還是改造老廠，首先要面對的問題就是數字化工廠的規劃，而每一家企業所處的階段都不盡相同，這就需要梳理企業現狀，量身剪裁出合身的數字化工廠規劃藍圖。如下圖所示，數字化工廠的建設x軸代表這技術水平，y軸代表著管理水平。

如何規劃數字化工廠

▲數字化工廠實施路徑圖

管理水平從基礎管理、標準化管理一直到集成化管理、智能化管理。技術水平從基礎IT與自動化，到業務流程變革，再到系統集成，最后實現CPS。企業可以根據自身所處的階段，重點關注本階段需要重點去推進的事情，做到2.0補課，3.0普及，4.0目標。

在數字化工廠的建設過程中，有了細致周密的數字化規劃藍圖，就擁有了數字化工廠建設的基點和指南針。接下來就應該選擇最合適的技術，這里注意不是最先進的技術，先進的技術并不一定在企業數字化建設中發揮最大的效用，需要根據企業自身功能和用途需求合理決策。在信息化程度還比較低的企業，RFID技術的使用，不見得比條碼技術更實用。

制造業的數字化工廠建設是一個大的系統工程，并非幾天、幾個月就能建設好并投入使用的，需要一個較長的實施周期，不能跨越式建設。

每個階段都是以前一個階段為基礎，逐步推進的，而且很多問題并不是技術上的問題，而是管理、組織方式、觀念的變革。

這是對管理者真正的考驗。管理者需要痛下決心，付出耐心。而這同時也對數字化工廠的咨詢顧問，提出了非常綜合的要求：需要了解企業管理、懂技術實現、懂生產運營等等。員工的士氣也是一個重要考量。這是一個學習型的漸進過程，三方都必須深浸其中，才能推進全面的數字化建設。

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