智能製造之路係列文章|頂層設計：解讀數字化工廠頂層設計與(yu) 規劃

北京天拓小編導讀：無論身處工業(ye) 2.0還是3.0階段，許多企業(ye) 在懷揣智能工廠夢想的同時，卻往往尚未形成清晰的思路及舉(ju) 措。隨著“工業(ye) 4.0”的熱潮從(cong) 德國湧向全球及“中國製造2025”的實施，越來越多的製造企業(ye) 正決(jue) 意將未來製造的願景變為(wei) 現實，以期在數字化引領的工業(ye) 變革中盡早謀篇布局，但越來越多的企業(ye) 在智能製造之路上卻不知道從(cong) 哪裏開始，如何正確的實現數字化工廠。天拓四方（https://www.zlcbws.com）作為(wei) 智能製造整體(ti) 解決(jue) 方案專(zhuan) 家，深耕製造業(ye) 15載積累了豐(feng) 富的實戰經驗，推出智能製造之路係列文章。本篇文章重點解讀數字化工廠頂層設計與(yu) 規劃，為(wei) 製造企業(ye) 數字化工廠頂層設計與(yu) 規劃提供參考。

 

1. 數字化工廠是邁向智能工廠的基礎
製造業(ye) 存在三大需求—提高生產(chan) 效率、縮短產(chan) 品上市時間、增加製造的靈活性。然而在傳(chuan) 統的製造條件下，要同時滿足這三大需求並不容易，企業(ye) 通常得犧牲靈活性來提升生產(chan) 效率和縮短產(chan) 品上市時間。製造企業(ye) 要同時滿足這三大需求，保障並提升產(chan) 品質量，智能製造是製造企業(ye) 發力方向。
數字化工廠是邁向智能工廠的基礎，數字化工廠是指以產(chan) 品全生命周期的相關(guan) 數據為(wei) 基礎，在計算機虛擬環境中，對整個(ge) 生產(chan) 過程進行仿真、評估和優(you) 化，並進一步擴展到整個(ge) 產(chan) 品生命周期的新型生產(chan) 組織方式。是現代數字製造技術與(yu) 計算機仿真技術相結合的產(chan) 物，同時具有其鮮明的特征。它的出現給基礎製造業(ye) 注入了新的活力，主要作為(wei) 溝通產(chan) 品設計和產(chan) 品製造之間的橋梁。

 

2.數字化自評和診斷是數字化工廠規劃的依據
智能製造離自己到底有多遠？企業(ye) 到底處在何水平？這是許多製造企業(ye) 非常關(guan) 心的一個(ge) 話題。智能製造雖已成為(wei) 製造企業(ye) 轉型共識，但對其概念和內(nei) 涵還未有統一的認識，尤其是對智能製造的發展路徑還未明確，卻不知道如何部署智能製造，製造企業(ye) 在實施智能製造戰略時如何確定更終目標，如何整體(ti) 策劃、分步實施還缺乏有效的指引。工業(ye) 4.0能力成熟度模型可以幫助企業(ye) 明確工業(ye) 4.0的現狀，指導企業(ye) 找到提高智能製造水平的方法，逐步建立屬於(yu) 自己的工業(ye) 4.0模式。因此，數字化診斷是製造企業(ye) 數字化工廠頂層設計與(yu) 規劃的有效依據。

為(wei) 此，我們(men) 總結了一套智能製造能力成熟度評估方法，製造企業(ye) 可基於(yu) 此方法進行自我評測，用來自我評測對智能製造升級是否準備好，並且通過評測可以了解自己處在一個(ge) 什麽(me) 狀態，再經企業(ye) 策略訪談確定關(guan) 鍵流程，在全集成自動化、製造運營管理、產(chan) 品生命周期管理上進行整合，協助企業(ye) 理出明確的智能製造藍圖與(yu) 分段實施的步驟，讓企業(ye) 打造智能工廠的每一階段投入，都能得到目標效益的反饋，以達到企業(ye) 獲利並永續經營的目標。

圖3 企業(ye) 智能製造能力成熟度自評結果舉(ju) 例

3.製定數字化企業(ye) 願景與(yu) 目標
在未來工業(ye) 4.0時代，智能工廠將取代現在單一的工廠，並且具備更加柔性和智能的能力，支撐更快產(chan) 品投產(chan) 與(yu) 下線，智能工廠將包含 “智能化生產(chan) 技術”，包括產(chan) 品全生命周期管理、企業(ye) 資源規劃係統、生產(chan) 運營管控、應用鏈管理、實時數據庫、先進過程控製，以及分散控製係統和現場總線控製係統、大數據處理、雲(yun) 計算技術、增材製造等新技術應用。如此多的智能製造技術正在重塑製造業(ye) ，那麽(me) 製造企業(ye) 非常有必要基於(yu) 能力成熟度模型診斷結果來明確數字化企業(ye) 的願景。筆者曾幫某一中小企業(ye) 進行過數字化診斷，並基於(yu) 診斷結果幫助企業(ye) 分析數字化企業(ye) 願景。此企業(ye) 正在努力由設備製造商向係統集成商轉型，並希望借此機會(hui) 抓住機遇迅速做大做強，實現可持續發展，未來通過智能製造縮短產(chan) 品上市時間、減少設計修改、縮短工藝規劃周期和生產(chan) 製造周期、提升產(chan) 品質量和降低產(chan) 品成本，為(wei) 客戶提供滿意度超值的智能化產(chan) 品。

圖4 企業(ye) 智能製造願景舉(ju) 例

4.做好數字化工廠頂層架構設計
筆者曾花了45天時間對某高新區65家製造企業(ye) 進行了走訪和調研，發現不少企業(ye) 在某些領域已構築了單點係統，企業(ye) 經過第一輪信息化浪潮後急切需要從(cong) 整個(ge) 企業(ye) 頂層上實現業(ye) 務和信息係統的整合，從(cong) 而實現數字化企業(ye) 。其次，製造企業(ye) 如何基於(yu) 現有經驗和基礎，以低成本高規格實現數字化工廠是當前許多製造企業(ye) 麵臨(lin) 的核心問題。因此，製造企業(ye) 在數字化轉型過程中會(hui) 遇到各種各樣的問題，涉及到設備層、控製層、接口層、執行層和管理層，非常有必要建立頂層框架來進行思考。
智能工廠設計與(yu) 建設的關(guan) 鍵是數字化，隻有在數字化的基礎上，引入智能設備、製造智能、商業(ye) 智能等“智能基因”，才能更終打造出真正意義(yi) 上的智能工廠，因此，數字化工廠的頂層設計與(yu) 規劃在製造企業(ye) 推行智能製造顯得非常重要。製造企業(ye) 在數字化工廠頂層架構方麵可參照ISA-95和IEC62264標準，其定義(yi) 了製造企業(ye) 的五個(ge) 層級。

圖5 製造企業(ye) 五個(ge) 層級模型

同時，數字化工廠頂層規劃需要考慮先進生產(chan) 管理模式，並結合企業(ye) 自身的生產(chan) 特點進行突破和創新，實現生產(chan) 管理的敏捷製造、準時交貨、精益高效和質量至上目標。

 

5.數字化工廠規劃涉及的關(guan) 鍵技術
智能工廠代表了一場產(chan) 業(ye) 革命，不僅(jin) 是創新意義(yi) 上的，也是在節約生產(chan) 時間、成本等方麵卓有成效、更大程度提高生產(chan) 力的革命，由此給製造企業(ye) 創造出更新更大的機遇。製造企業(ye) 除做好數字化工廠頂層設計與(yu) 規劃外，還應以產(chan) 品研製業(ye) 務主線，以信息集成為(wei) 技術手段，借助數字化企業(ye) 套件建設支撐產(chan) 品生命周期全過程的數字化統一平台，實現研發過程中管理信息、需求信息、設計信息、工藝信息、資源信