經濟學家威廉·拉佐尼克在《車間的競爭(zheng) 優(you) 勢》一書(shu) 中強調指出：“在價(jia) 值創造過程中，其核心是通過車間生產(chan) 將原料轉化為(wei) 產(chan) 品——這可以稱為(wei) 生產(chan) 性轉化。”
在製造型企業(ye) ，車間處於(yu) 非常重要的位置。企業(ye) 價(jia) 值最終表現在產(chan) 品與(yu) 服務上，而車間是企業(ye) 中將各種圖紙轉變為(wei) 產(chan) 品的主要場所，是決(jue) 定生產(chan) 效率與(yu) 產(chan) 品質量的重要環節，車間往往也是企業(ye) 中員工數量最多的組織。因此，在很大程度上，車間強則企業(ye) 強，車間智則企業(ye) 智。《中國製造2025》中也明確指出：“推進製造過程智能化，在重點領域試點建設智能工廠/數字化車間。”數字化車間建設是智能製造的重要一環，是製造企業(ye) 實施智能製造的主戰場，是製造企業(ye) 走向智能製造的起點。
1 數字化車間的建設主線
目前，國內(nei) 外對數字化車間還沒有標準的定義(yi) ，筆者基於(yu) 自己的理解，對數字化車間進行如下描述：
數字化車間是基於(yu) 生產(chan) 設備、生產(chan) 設施等硬件設施，以降本提質增效、快速響應市場為(wei) 目的，在對工藝設計、生產(chan) 組織、過程控製等環節優(you) 化管理的基礎上，通過數字化、網絡化、智能化等手段，在計算機虛擬環境中，對人、機、料、法、環、測等生產(chan) 資源與(yu) 生產(chan) 過程進行設計、管理、仿真、優(you) 化與(yu) 可視化等工作，以信息數字化及數據流動為(wei) 主要特征，對生產(chan) 資源、生產(chan) 設備、生產(chan) 設施以及生產(chan) 過程進行精細、精準、敏捷、高效地管理與(yu) 控製。數字化車間是智能車間的第一步，也是智能製造的重要基礎。
需要指出的是，此處的“數字化車間”，是企業(ye) 已經熟悉和常用的基本術語，其中“數字化”的內(nei) 涵包括但是並不限於(yu) 數字化本身，而是將數字化、網絡化要素集成為(wei) 一體(ti) 並在內(nei) 涵上有所擴大的“數字化”概念，其基本含義(yi) 與(yu) 德國工業(ye) 4.0中的“Smart（智巧）”相對應，與(yu) 中國工程院提出“數字化網絡化”的智能製造第二範式相對應。本文以下凡是提及“數字化車間”之處，皆采用該術語內(nei) 涵。
很多人認為(wei) ，大量采購和引入數字化設備是建設好數字化車間的前提。這是一個(ge) 很大的誤解：數字化設備與(yu) 數字化車間之間既非必要條件，也非充分條件。即便車間中全是數字化設備，如果沒有實現設備的互聯互通，沒有實現生產(chan) 過程的數字化管理，數據沒有實現真正的有序流動，也不能稱之為(wei) 數字化車間。相反，即便車間裏的設備不全是數字化設備，但經過“三啞改造”，設備被接入信息化係統，生產(chan) 過程實現數字化、網絡化與(yu) 智能化（如智能排產(chan) 、決(jue) 策支持分析等），對生產(chan) 計劃、生產(chan) 資源、生產(chan) 進度與(yu) 產(chan) 品質量等數據在信息化係統中進行有效管理，並可以根據生產(chan) 需要進行有序流動，也可算是數字化車間。比如，在服裝加工等勞動密集型企業(ye) 都可以通過數字化、網絡化改造實現車間的數字化管理。
對於(yu) 數字化車間建設，我們(men) 可以參考德國工業(ye) 4.0中對“智能工廠”的定義(yi) ：重點研究智能化生產(chan) 係統及過程，以及網絡化分布式生產(chan) 設施的實現。前半句“智能化生產(chan) 係統及過程”，指除了包括智能化的機床、機器人等生產(chan) 設施以外，還包括對生產(chan) 過程的智巧化管控，站在信息化的角度，就是智巧化的MES製造執行係統。而後半句：“以及網絡分布式生產(chan) 設施的實現”，是指將生產(chan) 所用的生產(chan) 設備與(yu) 設施（如機床、熱處理設備、機器人、AGV、測量測試設備等各種數字化設備），進行互聯互通、智巧化的管理，實現信息化係統與(yu) 物理係統的深度融合。目前很多企業(ye) 實施的設備物聯網（包括傳(chuan) 統的DNC/MDC功能)是其重要的表現形式。
從(cong) 中可以看到，數字化車間建設有三條主線，一條是以機床、熱處理設備、機器人、測量測試設備等組成的自動化設備與(yu) 相關(guan) 設施，實現生產(chan) 過程的精確化執行，這是數字化車間的物理基礎。
第二條線是以MES為(wei) 中心的智巧化管控係統，實現對計劃調度、生產(chan) 物流、工藝執行、過程質量、設備管理等生產(chan) 過程各環節及要素的精細化管控，這是典型的賽博係統。
第三條主線是在互聯互通的設備物聯網基礎上，並以之作為(wei) 橋梁，聯接起賽博空間的MES等信息化係統與(yu) 機床等物理空間的自動化設備，構建車間級的CPS係統，實現了賽博與(yu) 物理兩(liang) 個(ge) 世界的相互作用、深度融合。
三條主線交匯，實現數據在自動化設備、信息化係統之間按照人的意願進行有序流動，將整個(ge) 車間打造成軟硬一體(ti) 的係統級CPS，最終實現高效、高質、綠色、低成本的生產(chan) 模式，提升企業(ye) 競爭(zheng) 力。
2 精益思想要貫穿始終
如果說設備、MES、CPS等三條主線是“實線”的話，精益生產(chan) 則是數字化車間建設的一條“虛線”，要貫穿數字化建設的始終。
1）精益生產(chan) ，智能製造的重要指導思想
精益生產(chan) 是管理學史上重要的實踐成果之一，深刻地影響著汽車工業(ye) ，乃至全球製造業(ye) 。精益生產(chan) 基本思想和追求的管理目標，並沒有隨著智能製造的發展而落伍，恰恰相反，精益思想是企業(ye) 進行智能製造體(ti) 係構建的重要指導思想之一。
在此，筆者總結出五條可以指導智能製造建設的精益思想原則。
① 關(guan) 注客戶價(jia) 值
精益生產(chan) 強調，流程中所有環節的輸入與(yu) 輸出都應當用客戶價(jia) 值這個(ge) 標尺去衡量。在前端要打通客戶真實需求之間的接口，在企業(ye) 內(nei) 部，以客戶需求來定義(yi) 自己的產(chan) 品與(yu) 服務。如果係統不能滿足客戶對高質、高效、低成本、高滿意度的要求，即便是設備或技術非常先進，也不能算是一個(ge) 成功的智能製造項目。
② 識別並消除浪費
企業(ye) 在實施智能製造係統之前，應當對流程中各種浪費進行梳理與(yu) 改善。精益生產(chan) 中將製造過多過早、庫存、搬運、等待、不必要的作業(ye) 、不必要的動作以及不良品流竄這七種形式，歸納為(wei) 七大浪費，這七大浪費是企業(ye) 生產(chan) 效率不高、盈利能力不足的根源，需要不斷進行完善與(yu) 消除。如果這些問題沒解決(jue) ，就直接實施智能製造，很可能是用係統的方式把浪費固化下來，既喪(sang) 失了改善的機會(hui) ，又增加了不必要的投入。
比如，沒有對庫存過多的浪費進行改善，就投入大量財力物力去建設智能化的立體(ti) 倉(cang) 庫；沒有對動作浪費進行改善，就引進機器人或機械臂去從(cong) 事這些本屬於(yu) 浪費的動作，這些都造成了很大的浪費。
③價(jia) 值的快速流動
精益生產(chan) 強調價(jia) 值流的快速流動，包括物理布局工藝流程化，信息傳(chuan) 遞自動化，以及人、產(chan) 線設備、倉(cang) 儲(chu) 物流之間高效協同化。如果在物理布局上有大量斷點存在，就會(hui) 給智能製造的排產(chan) 與(yu) 調度帶來了更大複雜度。
在係統整體(ti) 運轉的過程中，盡可能多地消除停滯和等待，需要將人、產(chan) 線設備、倉(cang) 儲(chu) 物流之間的相互協作機製、信息傳(chuan) 遞機製、防錯與(yu) 糾錯機製，在統一的係統框架內(nei) 進行設計與(yu) 建設。
④高度柔性與(yu) 適應性
精益生產(chan) 的柔性是指通過快速切換（SMED）的實施與(yu) 改善，實現產(chan) 線在生產(chan) 不同型號、不同配置，甚至是不同種類產(chan) 品時，可以根據需要進行快速切換。
在小品種多批量、客戶需求千變萬(wan) 化的今天，智能製造建設也必須要考慮產(chan) 線柔性與(yu) 適應性等問題，否則就可能造成大量投資的浪費。
⑤盡善盡美原則
精益生產(chan) 中標準作業(ye) 、自工序完結、良品條件創建與(yu) 維持、質量內(nei) 建、安燈控製、防錯與(yu) 糾錯機製、變化點管理、全員生產(chan) 性維持（TPM）等術語之下，都有一套品質維持的理念、原則與(yu) 方法，這些原則和方法同樣可以指導智能製造的建設。
比如，上下工序之間，設備與(yu) 零件部之間都需要建立全數良品的加工條件與(yu) 標準，當條件發生偏離時，應當向相關(guan) 人員發出異常提醒，甚至停止生產(chan) 。如果智能製造係統缺少這樣的機製，自動化程度越高，損失往往越大。
2）智能製造，精益生產(chan) 的有效使能手段
經過幾十年的發展，精益生產(chan) 已經成為(wei) 製造業(ye) 的重要指導思想。在技術快速進步的今天，智能製造又可以很好地促進精益生產(chan) 的落地與(yu) 進一步發展。
傳(chuan) 統精益生產(chan) 目視管理有很多很有效的手段和方法，比如5S管理、安燈、標準作業(ye) 三票、可視化看板等方法。這些方法可以直觀地提示發生問題的區域、工位、或是機台、材料等信息，但是要深究問題的根本原因還需要大量的觀察與(yu) 分析，當變異的條件發生變化時，會(hui) 給分析帶來很多困難。
而智能製造以數字化、網絡化、智能化等新技術、新手段就可以較容易地解決(jue) 這些問題。比如：
識別浪費是精益改善的重要組成部分，除了傳(chuan) 統的精益手法，通過設備物聯網係統采集設備稼動率、待機原因等，能夠準確地識別出設備利用等方麵的浪費；通過MES係統對物料、工具等進行精益化庫存管理，可以明顯地減少庫存的浪費；通過APS高級排產(chan) 優(you) 化生產(chan) 計劃，可以減少人員與(yu) 設備等待的浪費等等。
實現流的生產(chan) 、均衡化生產(chan) 是個(ge) 不斷改善的過程，但在離散製造車間，生產(chan) 設備動輒上百台、工序上千上萬(wan) 項，如何保證這些工序在不同設備上生產(chan) 的均衡化、流動化？如果隻靠人的經驗很難實現這種生產(chan) 方式，很容易造成設備忙閑不均，造成工序的等待或停滯。通過APS高級排產(chan) 以及生產(chan) 過程協同管理等信息化手段，就可以有效解決(jue) 這些問題，有助於(yu) 實現產(chan) 品“流”的生產(chan) 及生產(chan) 的均衡化。
品質改善的目的是確保輸出產(chan) 品品質一致。但由於(yu) 生產(chan) 條件各種變化，比如設備故障、熱處理溫度、刀具磨損等，都可能導致產(chan) 品質量不穩定。通過設備狀態、工藝參數、刀具磨損等的實時監控，就可以快速發現問題，保證生產(chan) 過程的受控，有效地提升產(chan) 品品質。
作為(wei) 重要的使能手段，智能製造不僅(jin) 可以有助於(yu) 精益生產(chan) 的落地，還可以促進精益生產(chan) 的進一步發展。
看板(Kanban)是精益生產(chan) 中傳(chuan) 遞信號與(yu) 控製生產(chan) 的工具，分傳(chuan) 送看板和生產(chan) 看板兩(liang) 種。傳(chuan) 統的看板大多以卡片、紙張等形式存在，通常以手動方式進行填寫(xie) 。但在智能製造進程中，這些數據可以通過MES等信息化係統在電子屏等數字化終端上實時顯示，具有更強的實時性與(yu) 自動性。
知識內(nei) 建與(yu) 管理也是精益生產(chan) 中的重要理念。在精益運行良好的企業(ye) ，都非常重視對知識的管理與(yu) 傳(chuan) 承。以前主要是靠師傅言傳(chuan) 身教、標準作業(ye) 文件與(yu) 流程製度等傳(chuan) 統方式，存在學習(xi) 時間長、可複製性差等缺點。通過數字化、網絡化、智能化等智能製造新技術、新手段，可以將知識體(ti) 現在流程與(yu) 係統中，隱性知識顯性化，對知識的沉澱、傳(chuan) 承、挖掘、使用都具有重要的促進作用。
目前，大眾(zhong) 所熟知的精益生產(chan) 管理方法與(yu) 實現手段總結於(yu) 上世紀八十年代，帶有明顯的時代特征。但事實上，如果現在重新去研究今天的豐(feng) 田汽車，就會(hui) 發現其實現方式已經發生了巨大的改變，體(ti) 現了自動化、數字化、網絡化、智能化等很多最新技術成果。因此，精益生產(chan) 的理念與(yu) 手段也應該隨著智能製造的發展而發展。
3）殊途同歸，精益智能共促企業(ye) 良性發展
雖然精益生產(chan) 與(yu) 智能製造是兩(liang) 個(ge) 領域的概念，側(ce) 重點也不盡相同，精益生產(chan) 主要是強調了生產(chan) 過程中的管理理念與(yu) 實現方法，智能製造更側(ce) 重技術實現，但兩(liang) 者是相輔相成的關(guan) 係。
從(cong) 生產(chan) 過程來看，精益生產(chan) 中的很多理念，如生產(chan) 布局、節拍、後工序拉動、標準作業(ye) 等，是實施智能製造的基礎。快速切換、減少浪費、可視化生產(chan) 、均衡化生產(chan) 、準時化生產(chan) 、工序流動化等理念，也是智能製造要實現的過程目標。同樣，智能製造中的設備互聯互通、高級排產(chan) 、過程協同、資源精益化管控、質量過程管控、大數據分析、可視化、預測性維護等方法與(yu) 手段，都有助於(yu) 促進精益生產(chan) 的落地與(yu) 提升。
3 數字化車間實施策略
數字化車間建設是一項複雜的係統工程，數字化車間建設可遵循以下實施策略。
1）統籌規劃，服務戰略
智能製造不是企業(ye) 的目的，企業(ye) 真正目的是通過智能製造實現降本提質增效，提升企業(ye) 競爭(zheng) 力。數字化車間建設也要為(wei) 這個(ge) 目的服務，從(cong) 整體(ti) 上服務於(yu) 企業(ye) 經營戰略。
企業(ye) 要結合自身實際情況，基於(yu) 企業(ye) 戰略進行智能製造的設計。比如，要對企業(ye) 所處行業(ye) 、企業(ye) 規模、產(chan) 品特點、盈利能力、行業(ye) 地位、發展趨勢以及企業(ye) 自身基礎、存在問題、實施目標等，進行深入分析並綜合考慮，這些不同的因素決(jue) 定了企業(ye) 不同的實施智能製造方法和路徑。
數字化車間建設不僅(jin) 僅(jin) 是一係列新技術或新係統的單純應用，既涉及生產(chan) 自動化係統，又涉及數字化、網絡化等信息化係統，還要考慮計劃調度、生產(chan) 工藝、物料配送、精益生產(chan) 、安全環保等各種因素，是一項影響到車間各個(ge) 層麵，甚至是可以影響到企業(ye) 層麵的綜合性工程，一定要有全局的概念與(yu) 係統的思維。
北京航天航空大學劉強教授有一個(ge) 著名的智能製造“三不要理論”，即“不要在落後的工藝基礎上搞自動化，不要在落後的管理基礎上搞信息化，不要在不具備數字化網絡化基礎時搞智能化。”劉強教授強調了在智能製造規劃與(yu) 建設時，也要注意工藝優(you) 化、管理優(you) 化等方麵工作，而不能隻盯著自動化、信息化、智能化。
企業(ye) 在進行數字化車間建設之前，一定要領導出麵並持續關(guan) 注，在企業(ye) 戰略目標指導下進行係統規劃，逐步厘清企業(ye) 存在的問題、建設目標、解決(jue) 思路和實施步驟，調動企業(ye) 各方資源，通力合作，避免信息化部門或車間等單一部門孤軍(jun) 作戰，通過工藝優(you) 化、組織優(you) 化、流程優(you) 化、管理優(you) 化等工作，為(wei) 數字化車間建設提供堅實基礎。
2）聚焦痛點，紮實推進
基於(yu) 降本提質增效、快速響應市場的目的，從(cong) 車間存在的實際痛點出發，打造一個(ge) 能解決(jue) 實際問題的數字化車間管控係統，在工藝、設備、管理以及信息化、網絡化、智能化等各個(ge) 方麵有重點地進行優(you) 化、挖掘潛力，最大程度地提升企業(ye) 生產(chan) 效率及管理水平。
首先要聚焦痛點。根據痛點明確要解決(jue) 的主要問題，比如，是生產(chan) 效率不高，是產(chan) 品質量不穩定，還是生產(chan) 過程不透明等，並以問題為(wei) 導向，製訂相應的解決(jue) 方案。
其次，還需要分步實施，紮實推進。數字化車間建設有很多階段，其實施順序取決(jue) 於(yu) 存在問題、生產(chan) 特點、企業(ye) 基礎及資金投入等多種因素，切忌貪大貪全，可從(cong) 基礎、較易成功的地方著手。比如，從(cong) 設備互聯互通做起，因為(wei) 設備通訊、數據采集這些內(nei) 容都是客觀因素，不太涉及人員、管理等主觀因素，實施的可控性強，成功率高。項目成功後，大家對信息化建設的信心與(yu) 熱情就會(hui) 增加，就會(hui) 主動要求更多的改進與(yu) 功能擴展。
這時，再在前麵成功實施的基礎上，逐漸推進到MES等涉及人員、管理等信息化係統，由於(yu) 這些係統需要部分變更人員工作習(xi) 慣及車間生產(chan) 管理模式，主觀成分較大，甚至會(hui) 觸動一些人的利益，實施的難度相對較大，可放在設備互聯互通等步驟之後，這也是一種較為(wei) 務實的做法。當然，基礎好、推進力度大的企業(ye) ，也可采取同步實施的方式。
3）以人為(wei) 本，管理取勝
如前所述，本次智能製造不是“機器換人”的過程，而是以自動化、數字化、網絡化、智能化等新理念、新技術手段，幫助人類實現更高效、更高質、更綠色、更低成本的生產(chan) 與(yu) 服務。在智能製造時代，人變得更加重要，而不是相反。無論是機器人等設備，還是MES等信息化係統，都要基於(yu) 幫助人、服務於(yu) 人這個(ge) 出發點，而不是簡單地替代人、減少人。另外，無論多麽(me) 先進的係統，如果不把人的積極性調動起來，係統就不能發揮最大價(jia) 值，智能製造就不可能取得成功。
在數字化車間建設中，要以人為(wei) 本，以更好地發揮人的價(jia) 值為(wei) 基本出發點。另外，還要充分意識到數字化車間建設的主體(ti) 與(yu) 應用對象不同。不像PLM等係統用戶基本上都是年輕的技術人員，數字化車間的主要用戶是人數眾(zhong) 多、文化水平偏低，甚至年齡偏大的車間工人，要充分考慮係統的易用性、便捷性、安全性、環保性等特點，以精益生產(chan) 為(wei) 指導思想，以使用者為(wei) 中心，在流程優(you) 化、工藝優(you) 化等基礎上，以自動化、數字化、網絡化、智能化為(wei) 手段，以降本提質增效為(wei) 目標，以管理優(you) 化為(wei) 突破口，通過數字化車間的建設實現精益化、智能化、高效化的生產(chan) 模式，為(wei) 企業(ye) 智能化轉型升級在車間層麵奠定堅實的基礎。
4）效益驅動，落地為(wei) 王
在數字化車間建設中，既要符合智能製造的理念，有一定的先進性、前瞻性，又要本著務實落地原則。要汲取當年CIMS的經驗與(yu) 教訓，不要過於(yu) 理想化，不要過多強調自感知、自決(jue) 策、自執行、自組織、自學習(xi) 等所謂高大上技術，企業(ye) 不是研究機構，應該以創造效益為(wei) 根本目的。
根據“二八原則”，解決(jue) 80％的問題，通常隻會(hui) 耗費20％的成本，而剩下的20％卻需要高昂的成本。以前，產(chan) 品更新換代慢，往往很多年都在重複生產(chan) 同一款產(chan) 品，而現在市場變化快速，為(wei) 了適應日新月異的市場變化和個(ge) 性化需求，即將建設的係統很可能過幾年就需要更新和調整。係統滿足當前需求並有一定的前瞻性即可，不要過分複雜、不要過於(yu) 強調先進性，否則，沉重的投資會(hui) 給企業(ye) 帶來很大的經濟負擔。
4 數字化車間實施效果
通過成功實施數字化車間係統，企業(ye) 在車間管理方麵將會(hui) 有質的提升，為(wei) 企業(ye) 智能化轉型升級奠定良好的基礎。
1)設備互聯，“啞設備”聰明起來
通過設備的互聯互通，將車間的數控機床、熱處理設備、機器人等數字化設備實現程序網絡通訊、數據遠程采集、程序集中管理、大數據分析、可視化展現、智能化決(jue) 策支持，將設備由以前的單機工作模式，升級為(wei) 數字化、網絡化、智能化的管理模式。
2)協同生產(chan) ，讓設備高效地運轉
通過係統中的計劃、排產(chan) 、派工、物料、質量、決(jue) 策等模塊，以信息化係統為(wei) 手段，實現各種信息的共享與(yu) 協同，做到車間層麵精準化計劃、精益化生產(chan) 、可視化展現、精細化管理，將以前串行生產(chan) 轉變為(wei) 並行的協同生產(chan) 模式，實現“一個(ge) 流”的生產(chan) ，工件轉移到設備前，加工程序等技術文檔、工裝夾具等生產(chan) 資源已經全部準備就緒，大大減少設備的各種等待時間，可明顯提升設備生產(chan) 效率，降低生產(chan) 成本，提高客戶滿意度。
3)虛實融合，數據在流動中增值
改變傳(chuan) 統的製造模式，做到虛擬世界與(yu) 物理世界深度融合，虛實精準映射、相互促進。車間各崗位、各設備都融於(yu) 整個(ge) 信息化係統，以數據有序流動為(wei) 特征，以高效高質生產(chan) 為(wei) 核心，人、機、料、法、環、測各環節相互融合，基於(yu) 數字化、網絡化、智能化的管理係統，使管理者能做到“看得見，說得清，做得對”，實現了生產(chan) 過程的“Smart”，即敏捷、高效、高質、低成本、綠色、協同的智巧化生產(chan) 與(yu) 服務模式。
4) 智能製造，降本提質增效是標尺
通過數字化車間建設，對車間進行全麵的科學管控，大幅度提升車間計劃科學性、生產(chan) 過程協同性、生產(chan) 設備與(yu) 信息化係統的深度融合度，並在大數據分析與(yu) 決(jue) 策支持的基礎上進行透明化、量化管理，可對企業(ye) 生產(chan) 效率、產(chan) 品質量、生產(chan) 成本等方麵有明顯改善。
總之，數字化車間建設要以實際需求為(wei) 牽引，以經濟效益為(wei) 驅動，以成功落地為(wei) 導向。在先進設備的基礎上，在管理方麵深挖潛力，充分發揮人的作用，構建數字化、網絡化和適度智能的生產(chan) 模式，切實做到明顯的“降本提質增效”。並以量化數據為(wei) 基礎，循序漸進，有效地提升企業(ye) 的競爭(zheng) 力。比如通過三年時間，能將設備利用率提高一倍，將產(chan) 品合格率提升一個(ge) 檔次，就極有可能“確保企業(ye) 的未來”，這才是比較務實的數字化車間建設原則。
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