無(wú)論身處工業(yè)2.0還是3.0階段，許多企業(yè)在懷揣智能工廠夢(mèng)想的同時(shí)，卻往往尚未形成清晰的思路及舉措。隨著“工業(yè)4.0”的熱潮從德國(guó)涌向全球及“中國(guó)制造2025”的實(shí)施，越來(lái)越多的制造企業(yè)正決意將未來(lái)制造的愿景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，以期在數(shù)字化引領(lǐng)的工業(yè)變革中盡早謀篇布局，但越來(lái)越多的企業(yè)在智能制造之路上卻不知道從哪里開(kāi)始，如何正確的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠。天拓四方作為智能制造整體解決方案專家，深耕制造業(yè)15載積累了豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，推出智能制造之路系列文章。本篇文章重點(diǎn)解讀數(shù)字化工廠頂層設(shè)計(jì)與規(guī)劃，為制造企業(yè)數(shù)字化工廠頂層設(shè)計(jì)與規(guī)劃提供參考。

1. 數(shù)字化工廠是邁向智能工廠的基礎(chǔ)

制造業(yè)存在三大需求—提高生產(chǎn)效率、縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、增加制造的靈活性。然而在傳統(tǒng)的制造條件下，要同時(shí)滿足這三大需求并不容易，企業(yè)通常得犧牲靈活性來(lái)提升生產(chǎn)效率和縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。制造企業(yè)要同時(shí)滿足這三大需求，保障并提升產(chǎn)品質(zhì)量，智能制造是制造企業(yè)發(fā)力方向。

數(shù)字化工廠是邁向智能工廠的基礎(chǔ)，數(shù)字化工廠是指以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。是現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，同時(shí)具有其鮮明的特征。它的出現(xiàn)給基礎(chǔ)制造業(yè)注入了新的活力，主要作為溝通產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的橋梁。

圖1 智能制造之路

2.數(shù)字化自評(píng)和診斷是數(shù)字化工廠規(guī)劃的依據(jù)

智能制造離自己到底有多遠(yuǎn)?企業(yè)到底處在何水平?這是許多制造企業(yè)非常關(guān)心的一個(gè)話題。智能制造雖已成為制造企業(yè)轉(zhuǎn)型共識(shí)，但對(duì)其概念和內(nèi)涵還未有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)智能制造的發(fā)展路徑還未明確，卻不知道如何部署智能制造，制造企業(yè)在實(shí)施智能制造戰(zhàn)略時(shí)如何確定最終目標(biāo)，如何整體策劃、分步實(shí)施還缺乏有效的指引。工業(yè)4.0能力成熟度模型可以幫助企業(yè)明確工業(yè)4.0的現(xiàn)狀，指導(dǎo)企業(yè)找到提高智能制造水平的方法，逐步建立屬于自己的工業(yè)4.0模式。因此，數(shù)字化診斷是制造企業(yè)數(shù)字化工廠頂層設(shè)計(jì)與規(guī)劃的有效依據(jù)。

圖2 智能制造推進(jìn)進(jìn)程示意圖

為此，我們總結(jié)了一套智能制造能力成熟度評(píng)估方法，制造企業(yè)可基于此方法進(jìn)行自我評(píng)測(cè)，用來(lái)自我評(píng)測(cè)對(duì)智能制造升級(jí)是否準(zhǔn)備好，并且通過(guò)評(píng)測(cè)可以了解自己處在一個(gè)什么狀態(tài)，再經(jīng)企業(yè)策略訪談確定關(guān)鍵流程，在全集成自動(dòng)化、制造運(yùn)營(yíng)管理、產(chǎn)品生命周期管理上進(jìn)行整合，協(xié)助企業(yè)理出明確的智能制造藍(lán)圖與分段實(shí)施的步驟，讓企業(yè)打造智能工廠的每一階段投入，都能得到目標(biāo)效益的反饋，以達(dá)到企業(yè)獲利并永續(xù)經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)。

圖3 企業(yè)智能制造能力成熟度自評(píng)結(jié)果舉例

3.制定數(shù)字化企業(yè)愿景與目標(biāo)

在未來(lái)工業(yè)4.0時(shí)代，智能工廠將取代現(xiàn)在單一的工廠，并且具備更加柔性和智能的能力，支撐更快產(chǎn)品投產(chǎn)與下線，智能工廠將包含 “智能化生產(chǎn)技術(shù)”，包括產(chǎn)品全生命周期管理、企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管控、應(yīng)用鏈管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、先進(jìn)過(guò)程控制，以及分散控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)處理、云計(jì)算技術(shù)、增材制造等新技術(shù)應(yīng)用。如此多的智能制造技術(shù)正在重塑制造業(yè)，那么制造企業(yè)非常有必要基于能力成熟度模型診斷結(jié)果來(lái)明確數(shù)字化企業(yè)的愿景。筆者曾幫某一中小企業(yè)進(jìn)行過(guò)數(shù)字化診斷，并基于診斷結(jié)果幫助企業(yè)分析數(shù)字化企業(yè)愿景。此企業(yè)正在努力由設(shè)備制造商向系統(tǒng)集成商轉(zhuǎn)型，并希望借此機(jī)會(huì)抓住機(jī)遇迅速做大做強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，未來(lái)通過(guò)智能制造縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、減少設(shè)計(jì)修改、縮短工藝規(guī)劃周期和生產(chǎn)制造周期、提升產(chǎn)品質(zhì)量和降低產(chǎn)品成本，為客戶提供滿意度超值的智能化產(chǎn)品。

圖4 企業(yè)智能制造愿景舉例

4.做好數(shù)字化工廠頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)

筆者曾花了45天時(shí)間對(duì)某高新區(qū)65家制造企業(yè)進(jìn)行了走訪和調(diào)研，發(fā)現(xiàn)不少企業(yè)在某些領(lǐng)域已構(gòu)筑了單點(diǎn)系統(tǒng)，企業(yè)經(jīng)過(guò)第一輪信息化浪潮后急切需要從整個(gè)企業(yè)頂層上實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)和信息系統(tǒng)的整合，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化企業(yè)。其次，制造企業(yè)如何基于現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)，以低成本高規(guī)格實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠是當(dāng)前許多制造企業(yè)面臨的核心問(wèn)題。因此，制造企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過(guò)程中會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題，涉及到設(shè)備層、控制層、接口層、執(zhí)行層和管理層，非常有必要建立頂層框架來(lái)進(jìn)行思考。

智能工廠設(shè)計(jì)與建設(shè)的關(guān)鍵是數(shù)字化，只有在數(shù)字化的基礎(chǔ)上，引入智能設(shè)備、制造智能、商業(yè)智能等“智能基因”，才能最終打造出真正意義上的智能工廠，因此，數(shù)字化工廠的頂層設(shè)計(jì)與規(guī)劃在制造企業(yè)推行智能制造顯得非常重要。制造企業(yè)在數(shù)字化工廠頂層架構(gòu)方面可參照ISA-95和IEC62264標(biāo)準(zhǔn)，其定義了制造企業(yè)的五個(gè)層級(jí)。

圖5 制造企業(yè)五個(gè)層級(jí)模型

同時(shí)，數(shù)字化工廠頂層規(guī)劃需要考慮先進(jìn)生產(chǎn)管理模式，并結(jié)合企業(yè)自身的生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行突破和創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的敏捷制造、準(zhǔn)時(shí)交貨、精益高效和質(zhì)量至上目標(biāo)。

圖6 制造企業(yè)數(shù)字化工廠頂層架構(gòu)舉例

5.數(shù)字化工廠規(guī)劃涉及的關(guān)鍵技術(shù)

智能工廠代表了一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命，不僅是創(chuàng)新意義上的，也是在節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間、成本等方面卓有成效、最大程度提高生產(chǎn)力的革命，由此給制造企業(yè)創(chuàng)造出更新更大的機(jī)遇。制造企業(yè)除做好數(shù)字化工廠頂層設(shè)計(jì)與規(guī)劃外，還應(yīng)以產(chǎn)品研制業(yè)務(wù)主線，以信息集成為技術(shù)手段，借助數(shù)字化企業(yè)套件建設(shè)支撐產(chǎn)品生命周期全過(guò)程的數(shù)字化統(tǒng)一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)研發(fā)過(guò)程中管理信息、需求信息、設(shè)計(jì)信息、工藝信息、資源信息、制造信息、質(zhì)量信息等基于標(biāo)準(zhǔn)化的有效整合和管理。

圖7 智能制造關(guān)鍵數(shù)字化使能技術(shù)

6.小結(jié)

打造智能工廠是制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略機(jī)遇，做好數(shù)字化工廠頂層設(shè)計(jì)與規(guī)劃是制造企業(yè)邁向智能工廠的基礎(chǔ)。數(shù)字化工廠解決方案是一個(gè)高度集成的自動(dòng)化、信息化整體解決方案，將工廠自動(dòng)化底層的各種設(shè)備統(tǒng)一管理起來(lái)、與頂層的PLM、ERP等信息化系統(tǒng)通過(guò)中間層的智能化設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串聯(lián)與交互，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的自動(dòng)化和智能化，實(shí)現(xiàn)輸入物流、制造過(guò)程、輸出物流、服務(wù)等全過(guò)程的管理，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)管理的高效率和人性化。如何有針對(duì)性的設(shè)計(jì)數(shù)字化工廠關(guān)鍵技術(shù)解決方案呢?敬請(qǐng)關(guān)注作者后續(xù)文章。