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數字化工廠(chǎng)正在閃現迷人的色彩，制造業(yè)正在被其光芒所吸引。然而輝光之中，很多企業(yè)也被各種相互矛盾和相互糾纏的概念所混淆，大家都渴望自己擁有一個(gè)洞開(kāi)一切的神器。而數字化工廠(chǎng)，的確是一道有著(zhù)清晰軌跡的光路，它在指引，那些走向理解智能工廠(chǎng)和工業(yè)4.0的必經(jīng)之路。

數字化工廠(chǎng)：工業(yè)4.0發(fā)展必經(jīng)之路

　　數字化工廠(chǎng)的定義雖然國內外對數字化工廠(chǎng)的研究越來(lái)越多，但是對于數字化工廠(chǎng)的定義確沒(méi)有統一的定論。就目前而言，存在兩種數字化工廠(chǎng)的定義，一種是廣義的，一種是狹義的。

　　廣義數字化工廠(chǎng)以生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)的制造企業(yè)為核心企業(yè)，以及相關(guān)聯(lián)的成員，包括核心制造企業(yè)、供應商、軟件系統服務(wù)商合作伙伴、協(xié)作廠(chǎng)商、客戶(hù)、分銷(xiāo)商、銀行等，使其生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)過(guò)程中所有信息數字化的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。狹義數字化工廠(chǎng)以制造資源(resource)、生產(chǎn)操作(operation)和產(chǎn)品(product)為核心，以產(chǎn)品生命周期數據為基礎，應用仿真技術(shù)、虛擬現實(shí)技術(shù)、實(shí)驗驗證技術(shù)等，是產(chǎn)品在生產(chǎn)工位、生產(chǎn)單元、生產(chǎn)線(xiàn)以及整個(gè)工廠(chǎng)中的所有真實(shí)活動(dòng)虛擬化，并對加工和裝配過(guò)程進(jìn)行仿真、試驗、分析、優(yōu)化的一種集成組織方式。筆者傾向并采用的概念為狹義的數字化工廠(chǎng)。實(shí)際上，這也符合工廠(chǎng)企業(yè)的實(shí)際認知。數字化工廠(chǎng)將產(chǎn)品信息數字化、過(guò)程信息數字化和資源物料信息數字化，并使這三種數字化流進(jìn)行有效結合，是真實(shí)工廠(chǎng)的制造過(guò)程(包括設計、性能分析、工藝規劃、加工制造、質(zhì)量檢測、生產(chǎn)過(guò)程管理和控制)，在計算機上的一種映射。數字化工廠(chǎng)、智能工廠(chǎng)與工業(yè)4.0 ——工業(yè)4.0的說(shuō)法文字太多，簡(jiǎn)單說(shuō)，有兩個(gè)維度，技術(shù)維度就是物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)在制造業(yè)的應用，而商業(yè)維度就是用戶(hù)驅動(dòng)。其兩大主題也是讀者耳熟能詳，一是“智能工廠(chǎng)”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統及過(guò)程，以及網(wǎng)絡(luò )化分布式生產(chǎn)設施的實(shí)現;二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應用等。數字化工廠(chǎng)和工業(yè)4.0之間隔著(zhù)一個(gè)智能工廠(chǎng)的距離。關(guān)于工業(yè)4.0的階段和實(shí)施先決條件，北航劉強教授說(shuō)過(guò)一段話(huà)非常經(jīng)典的“三不要原則”，第一，不要在不具備成熟的工藝下做自動(dòng)化，工藝如果不成熟，就最好先做生產(chǎn)線(xiàn)，這是工業(yè)2.0解決的問(wèn)題。第二，不要在管理不成熟的時(shí)候做信息化，這是工業(yè)3.0解決的問(wèn)題。第三，不要在不具備網(wǎng)絡(luò )化和數字化的基礎時(shí)做智能化，這是工業(yè)4.0解決的問(wèn)題。

　　數字化本身其實(shí)就是智能的一部分，是一個(gè)入口;而智能工廠(chǎng)是在數字化工廠(chǎng)的基礎上附加了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和各種智能系統等新興技術(shù)于一體，提高生產(chǎn)過(guò)程可控性、減少生產(chǎn)線(xiàn)人工干預。 　　 　　數字化工廠(chǎng)是智能工廠(chǎng)的落腳點(diǎn)，而智能工廠(chǎng)又是工業(yè)4.0的基礎和落腳點(diǎn)。只有實(shí)現了數字化工廠(chǎng)，才有可能實(shí)現工業(yè)4.0。數字化工廠(chǎng)的路徑數字化工廠(chǎng)是在信息集成的基礎上，對研發(fā)、制造、管理等各個(gè)環(huán)節進(jìn)行全面的過(guò)程集成，構建數字化工廠(chǎng)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(shí)施都離不了系統建模、系統仿真、系統分析和優(yōu)化，同樣數字化工廠(chǎng)也不能例外。首先要全面了解數字化工廠(chǎng)，建立數字化工廠(chǎng)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(chǎng)的各個(gè)階段進(jìn)行建模、規劃、分析和優(yōu)化。

　　企業(yè)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(yè)4.0框架體系后，提出的針對企業(yè)的數字化轉型框架模型，重點(diǎn)是根據當前企業(yè)現狀從管理咨詢(xún)維度和IT信息化維度，分解智能制造時(shí)代數字化車(chē)間、數字化工廠(chǎng)和數字化企業(yè)的層級關(guān)系，面向落地和實(shí)施。 　　 　　隨著(zhù)現代制造對產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的要求不斷挑，以及產(chǎn)品逐步轉向多品種、小批量的訂單模式，企業(yè)內各系統之間的統一性與有效整合問(wèn)題就逐漸浮出水面。目前大多數企業(yè)面臨的是對原來(lái)工廠(chǎng)，從基礎信息化與自動(dòng)化向數字化改造的問(wèn)題。無(wú)論是建新廠(chǎng)還是改造老廠(chǎng)，首先要面對的問(wèn)題就是數字化工廠(chǎng)的規劃，而每一家企業(yè)所處的階段都不盡相同，這就需要梳理企業(yè)現狀，量身剪裁出合身的數字化工廠(chǎng)規劃藍圖。如下圖所示，數字化工廠(chǎng)的建設x軸代表這技術(shù)水平，y軸代表著(zhù)管理水平。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(shù)水平從基礎IT與自動(dòng)化，到業(yè)務(wù)流程變革，再到系統集成，最后實(shí)現CPS。企業(yè)可以根據自身所處的階段，重點(diǎn)關(guān)注本階段需要重點(diǎn)去推進(jìn)的事情，做到2.0補課，3.0普及，4.0目標。

　　數字化工廠(chǎng)實(shí)施路徑圖在數字化工廠(chǎng)的建設過(guò)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(chǎng)建設的基點(diǎn)和指南針。接下來(lái)就應該選擇最合適的技術(shù)，這里注意不是最先進(jìn)的技術(shù)，先進(jìn)的技術(shù)并不一定在企業(yè)數字化建設中發(fā)揮最大的效用，需要根據企業(yè)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(yè)，RFID技術(shù)的使用，不見(jiàn)得比條碼技術(shù)更實(shí)用。制造業(yè)的數字化工廠(chǎng)建設是一個(gè)大的系統工程，并非幾天、幾個(gè)月就能建設好并投入使用的，需要一個(gè)較長(cháng)的實(shí)施周期，不能跨越式建設。每個(gè)階段都是以前一個(gè)階段為基礎，逐步推進(jìn)的，而且很多問(wèn)題并不是技術(shù)上的問(wèn)題，而是管理、組織方式、觀(guān)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(shí)也對數字化工廠(chǎng)的咨詢(xún)顧問(wèn)，提出了非常綜合的要求：需要了解企業(yè)管理、懂技術(shù)實(shí)現、懂生產(chǎn)運營(yíng)等等。員工的士氣也是一個(gè)重要考量。這是一個(gè)學(xué)習型的漸進(jìn)過(guò)程，三方都必須深浸其中，才能推進(jìn)全面的數字化建設。數字化工廠(chǎng)規劃核心要素數字化工廠(chǎng)的建設的核心要素可以歸納為工廠(chǎng)裝備數字化、工廠(chǎng)物流數字化、設計研發(fā)數字化、生產(chǎn)過(guò)程數字化，如下圖所示。通過(guò)這四個(gè)方面的建設，帶動(dòng)產(chǎn)品設計方法和工具的創(chuàng )新、企業(yè)管理模式的創(chuàng )新。工業(yè)4.0和數字化工廠(chǎng)的相關(guān)技術(shù)將促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈和價(jià)值鏈的分工重組，傳統的行業(yè)界限將消失，并會(huì )產(chǎn)生各種新的業(yè)態(tài)和合作形式，形成自動(dòng)化、信息化、一體化、精益化、集成化的數字化工廠(chǎng)。

　　核心四要素這其中工廠(chǎng)裝備數字化，是數字化工廠(chǎng)建設的前提和基礎，為設計、研發(fā)、生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節提供基礎數據的支持。工控產(chǎn)品，如PLC、伺服電機、傳感器等仍然是數字化工廠(chǎng)不可或缺的部分。 　　 　　在此基礎上，工廠(chǎng)物流能夠從被動(dòng)感知變?yōu)橹鲃?dòng)感知，實(shí)現透明、安全和高效，包括產(chǎn)品運輸過(guò)程跟蹤，運輸車(chē)輛跟蹤定位，物料出庫，物料配送上線(xiàn)等。更加重要和經(jīng)常被切斷的環(huán)節，來(lái)自上游的設計。通過(guò)設計研發(fā)數字化，從而實(shí)現設計、工藝、制造、檢測等各業(yè)務(wù)的高度集成，包括CAD/CAPP/CAE/CAM/PLM的集成，虛擬仿真技術(shù)，MDB模型的應用，產(chǎn)品全生命周期管理等。 　　 　　生產(chǎn)過(guò)程的數字化主要是利用數字化的手段應對更復雜的車(chē)間生產(chǎn)過(guò)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(chē)間現場(chǎng)自動(dòng)化控制系統的交互。MES在智能制造領(lǐng)域的作用越來(lái)越明顯。它既是一個(gè)相對獨立的軟件系統又是企業(yè)信息傳遞路由器，匯集市場(chǎng)與服務(wù)、產(chǎn)品設計、MRP/ERP、供應鏈等信息，并轉化為詳細的生產(chǎn)作業(yè)指令，從而實(shí)現復雜產(chǎn)品制造過(guò)程生產(chǎn)現場(chǎng)的管理與控制。MES向上承接ERP下達的生產(chǎn)計劃以及PLM經(jīng)過(guò)仿真驗證的產(chǎn)品BOM，向下銜接車(chē)間現場(chǎng)SCADA控制系統，彌補了ERP與車(chē)間過(guò)程控制之間的真空，實(shí)現了工業(yè)4.0所強調的垂直方向上的集成以及貫穿價(jià)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(chǎng)幾大核心系統之間的數據信息流動(dòng)關(guān)系，強調了不同系統之間的應用邊界和交互界面。

（轉載中國工控網(wǎng)）