智能制造之路系列文章|頂層設計：解讀數字化工廠(chǎng)頂層設計與規劃

北京天拓小編導讀：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(chǎng)夢(mèng)想的同時(shí)，卻往往尚未形成清晰的思路及舉措。隨著(zhù)“工業(yè)4.0”的熱潮從德國涌向全球及“中國制造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實(shí)，以期在數字化引領(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)現數字化工廠(chǎng)。天拓四方（http://www.witvan.com）作為智能制造整體解決方案專(zhuān)家，深耕制造業(yè)15載積累了豐富的實(shí)戰經(jīng)驗，推出智能制造之路系列文章。本篇文章重點(diǎn)解讀數字化工廠(chǎng)頂層設計與規劃，為制造企業(yè)數字化工廠(chǎng)頂層設計與規劃提供參考。

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1. 數字化工廠(chǎng)是邁向智能工廠(chǎng)的基礎
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。然而在傳統的制造條件下，要同時(shí)滿(mǎn)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(mǎn)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。
數字化工廠(chǎng)是邁向智能工廠(chǎng)的基礎，數字化工廠(chǎng)是指以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數據為基礎，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。是現代數字制造技術(shù)與計算機仿真技術(shù)相結合的產(chǎn)物，同時(shí)具有其鮮明的特征。它的出現給基礎制造業(yè)注入了新的活力，主要作為溝通產(chǎn)品設計和產(chǎn)品制造之間的橋梁。

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2.數字化自評和診斷是數字化工廠(chǎng)規劃的依據
智能制造離自己到底有多遠？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(huà)題。智能制造雖已成為制造企業(yè)轉型共識，但對其概念和內涵還未有統一的認識，尤其是對智能制造的發(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)施智能制造戰略時(shí)如何確定更終目標，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的現狀，指導企業(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，數字化診斷是制造企業(yè)數字化工廠(chǎng)頂層設計與規劃的有效依據。

為此，我們總結了一套智能制造能力成熟度評估方法，制造企業(yè)可基于此方法進(jìn)行自我評測，用來(lái)自我評測對智能制造升級是否準備好，并且通過(guò)評測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(fǎng)談確定關(guān)鍵流程，在全集成自動(dòng)化、制造運營(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圖與分段實(shí)施的步驟，讓企業(yè)打造智能工廠(chǎng)的每一階段投入，都能得到目標效益的反饋，以達到企業(yè)獲利并永續經(jīng)營(yíng)的目標。

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圖3 企業(yè)智能制造能力成熟度自評結果舉例

3.制定數字化企業(yè)愿景與目標
在未來(lái)工業(yè)4.0時(shí)代，智能工廠(chǎng)將取代現在單一的工廠(chǎng)，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(xiàn)，智能工廠(chǎng)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)資源規劃系統、生產(chǎn)運營(yíng)管控、應用鏈管理、實(shí)時(shí)數據庫、先進(jìn)過(guò)程控制，以及分散控制系統和現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統、大數據處理、云計算技術(shù)、增材制造等新技術(shù)應用。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果來(lái)明確數字化企業(yè)的愿景。筆者曾幫某一中小企業(yè)進(jìn)行過(guò)數字化診斷，并基于診斷結果幫助企業(yè)分析數字化企業(yè)愿景。此企業(yè)正在努力由設備制造商向系統集成商轉型，并希望借此機會(huì )抓住機遇迅速做大做強，實(shí)現可持續發(fā)展，未來(lái)通過(guò)智能制造縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、減少設計修改、縮短工藝規劃周期和生產(chǎn)制造周期、提升產(chǎn)品質(zhì)量和降低產(chǎn)品成本，為客戶(hù)提供滿(mǎn)意度超值的智能化產(chǎn)品。

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圖4 企業(yè)智能制造愿景舉例

4.做好數字化工廠(chǎng)頂層架構設計
筆者曾花了45天時(shí)間對某高新區65家制造企業(yè)進(jìn)行了走訪(fǎng)和調研，發(fā)現不少企業(yè)在某些領(lǐng)域已構筑了單點(diǎn)系統，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)現業(yè)務(wù)和信息系統的整合，從而實(shí)現數字化企業(yè)。其次，制造企業(yè)如何基于現有經(jīng)驗和基礎，以低成本高規格實(shí)現數字化工廠(chǎng)是當前許多制造企業(yè)面臨的核心問(wèn)題。因此，制造企業(yè)在數字化轉型過(guò)程中會(huì )遇到各種各樣的問(wèn)題，涉及到設備層、控制層、接口層、執行層和管理層，非常有必要建立頂層框架來(lái)進(jìn)行思考。
智能工廠(chǎng)設計與建設的關(guān)鍵是數字化，只有在數字化的基礎上，引入智能設備、制造智能、商業(yè)智能等“智能基因”，才能更終打造出真正意義上的智能工廠(chǎng)，因此，數字化工廠(chǎng)的頂層設計與規劃在制造企業(yè)推行智能制造顯得非常重要。制造企業(yè)在數字化工廠(chǎng)頂層架構方面可參照ISA-95和IEC62264標準，其定義了制造企業(yè)的五個(gè)層級。

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圖5 制造企業(yè)五個(gè)層級模型

同時(shí)，數字化工廠(chǎng)頂層規劃需要考慮先進(jìn)生產(chǎn)管理模式，并結合企業(yè)自身的生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行突破和創(chuàng )新，實(shí)現生產(chǎn)管理的敏捷制造、準時(shí)交貨、精益高效和質(zhì)量至上目標。

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5.數字化工廠(chǎng)規劃涉及的關(guān)鍵技術(shù)
智能工廠(chǎng)代表了一場(chǎng)產(chǎn)業(yè)革命，不僅是創(chuàng )新意義上的，也是在節約生產(chǎn)時(shí)間、成本等方面卓有成效、更大程度提高生產(chǎn)力的革命，由此給制造企業(yè)創(chuàng )造出更新更大的機遇。制造企業(yè)除做好數字化工廠(chǎng)頂層設計與規劃外，還應以產(chǎn)品研制業(yè)務(wù)主線(xiàn)，以信息集成為技術(shù)手段，借助數字化企業(yè)套件建設支撐產(chǎn)品生命周期全過(guò)程的數字化統一平臺，實(shí)現研發(fā)過(guò)程中管理信息、需求信息、設計信息、工藝信息、資源信