数字化车间智能制造主沙场

导 读 ( 文/ 朱铎先 赵敏；"大众年夜众号：走向智能论坛 )

数字化车间培植是制造企业履行智能制造的主沙场，是制造企业走向智能制造的出发点。

本文节选自《机·智：从数字化车间走向智能制造》，经授权发布。

作者认为数字化车间培植要以实际需求为牵引，以经济效益为驱动，以成功落地为导向。
在前辈设备的根本上，在管理方面深挖潜力，充分发挥人的浸染，构建数字化、网络化和适度智能的生产模式，切实做到降本提质增效，提升企业的竞争力。

经济学家威廉·拉佐尼克在《车间的竞争上风》一书中强调指出：“在代价创造过程中，其核心是通过车间生产将质料转化为产品——这可以称为生产性转化。
”

在制造型企业，车间处于非常主要的位置。
企业代价终极表现在产品与做事上，而车间是企业中将各种图纸转变为产品的紧张场所，是决定生产效率与产品质量的主要环节，车间每每也是企业中员工数量最多的组织。
因此，在很大程度上，车间强则企业强，车间智则企业智。
《中国制造2025》中也明确指出：“推进制造过程智能化，在重点领域试点培植智能工厂/数字化车间。
”数字化车间培植是智能制造的主要一环，是制造企业履行智能制造的主沙场，是制造企业走向智能制造的出发点。

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数字化车间的培植主线

目前，国内外对数字化车间还没有标准的定义，笔者基于自己的理解，对数字化车间进行如下描述：

数字化车间是基于生产设备、生产举动步伐等硬件举动步伐，以降本提质增效、快速相应市场为目的，在对工艺设计、生产组织、过程掌握等环节优化管理的根本上，通过数字化、网络化、智能化等手段，在打算机虚拟环境中，对人、机、料、法、环、测等生产资源与生产过程进行设计、管理、仿真、优化与可视化等事情，以信息数字化及数据流动为紧张特色，对生产资源、生产设备、生产举动步伐以及生产过程进行风雅、精准、敏捷、高效地管理与掌握。
数字化车间是智能车间的第一步，也是智能制造的主要根本。

须要指出的是，此处的“数字化车间”，是企业已经熟习和常用的基本术语，个中“数字化”的内涵包括但是并不限于数字化本身，而是将数字化、网络化要素集成为一体并在内涵上有所扩大的“数字化”观点，其基本含义与德国工业4.0中的“Smart（智巧）”相对应，与中国工程院提出“数字化网络化”的智能制造第二范式相对应。
本文以下凡是提及“数字化车间”之处，皆采取该术语内涵。

◎ 图1 数字化车间架构图

很多人认为，大量采购和引入数字扮装备是培植好数字化车间的条件。
这是一个很大的误解：数字扮装备与数字化车间之间既非必要条件，也非充分条件。
即便车间中全是数字扮装备，如果没有实现设备的互联互通，没有实现生产过程的数字化管理，数据没有实现真正的有序流动，也不能称之为数字化车间。
相反，即便车间里的设备不全是数字扮装备，但经由“三哑改造”，设备被接入信息化系统，生产过程实现数字化、网络化与智能化（如智能排产、决策支持剖析等），对生产操持、生产资源、生产进度与产品质量等数据在信息化系统中进行有效管理，并可以根据生产须要进行有序流动，也可算是数字化车间。
比如，在服装加工等劳动密集型企业都可以通过数字化、网络化改造实现车间的数字化管理。

对付数字化车间培植，我们可以参考德国工业4.0中对“智能工厂”的定义：重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产举动步伐的实现。
前半句“智能化生产系统及过程”，指除了包括智能化的机床、机器人等生产举动步伐以外，还包括对生产过程的智巧化管控，站在信息化的角度，便是智巧化的MES制造实行系统。
而后半句：“以及网络分布式生产举动步伐的实现”，是指将生产所用的生产设备与举动步伐（如机床、热处理设备、机器人、AGV、丈量测试设备等各种数字扮装备），进行互联互通、智巧化的管理，实现信息化系统与物理系统的深度领悟。
目前很多企业履行的设备物联网（包括传统的DNC/MDC功能)是其主要的表现形式。

从中可以看到，数字化车间培植有三条主线，一条因此机床、热处理设备、机器人、丈量测试设备等组成的自动扮装备与干系举动步伐，实现生产过程的精确化实行，这是数字化车间的物理根本。

第二条线因此MES为中央的智巧化管控系统，实现对操持调度、生产物流、工艺实行、过程质量、设备管理等生产过程各环节及要素的风雅化管控，这是范例的赛博系统。

第三条主线是在互联互通的设备物联网根本上，并以之作为桥梁，联接起赛博空间的MES等信息化系统与机床等物理空间的自动扮装备，构建车间级的CPS系统，实现了赛博与物理两个天下的相互浸染、深度领悟。

三条主线交汇，实现数据在自动扮装备、信息化系统之间按照人的意愿进行有序流动，将全体车间打造成软硬一体的系统级CPS，终极实现高效、高质、绿色、低本钱的生产模式，提升企业竞争力。

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精益思想要贯穿始终

如果说设备、MES、CPS等三条主线是“实线”的话，精益生产则是数字化车间培植的一条“虚线”，要贯穿数字化培植的始终。

1）精益生产，智能制造的主要辅导思想

精益生产是管理学史上主要的实践成果之一，深刻地影响着汽车工业，乃至环球制造业。
精益生产基本思想和追求的管理目标，并没有随着智能制造的发展而后进，正好相反，精益思想是企业进行智能制造体系构建的主要辅导思想之一。

在此，笔者总结出五条可以辅导智能制造培植的精益思想原则。

① 关注客户代价

精益生产强调，流程中所有环节的输入与输出都应该用客户代价这个标尺去衡量。
在前端要打通客户真实需求之间的接口，在企业内部，以客户需求来定义自己的产品与做事。
如果系统不能知足客户对高质、高效、低本钱、高满意度的哀求，即便是设备或技能非常前辈，也不能算是一个成功的智能制造项目。

② 识别并肃清摧残浪费蹂躏

企业在履行智能制造系统之前，应该对流程中各种摧残浪费蹂躏进行梳理与改进。
精益生产中将制造过多过早、库存、搬运、等待、不必要的作业、不必要的动作以及不良品流窜这七种形式，归纳为七大摧残浪费蹂躏，这七大摧残浪费蹂躏是企业生产效率不高、盈利能力不敷的根源，须要不断进行完善与肃清。
如果这些问题没办理，就直接履行智能制造，很可能是用系统的办法把摧残浪费蹂躏固化下来，既损失了改进的机会，又增加了不必要的投入。

比如，没有对库存过多的摧残浪费蹂躏进行改进，就投入大量财力物力去培植智能化的立体仓库；没有对动作摧残浪费蹂躏进行改进，就引进机器人或机器臂去从事这些本属于摧残浪费蹂躏的动作，这些都造成了很大的摧残浪费蹂躏。

③代价的快速流动

精益生产强调代价流的快速流动，包括物理布局工艺流程化，信息通报自动化，以及人、产线设备、仓储物流之间高效协同化。
如果在物理布局上有大量断点存在，就会给智能制造的排产与调度带来了更大繁芜度。

在系统整体运转的过程中，尽可能多地肃清结束和等待，须要将人、产线设备、仓储物流之间的相互协作机制、信息通报机制、防错与纠错机制，在统一的系统框架内进行设计与培植。

④高度柔性与适应性

精益生产的柔性是指通过快速切换（SMED）的履行与改进，实现产线在生产不同型号、不同配置，乃至是不同种类产品时，可以根据须要进行快速切换。

在小品种多批量、客户需求千变万化的本日，智能制造培植也必须要考虑产线柔性与适应性等问题，否则就可能造成大量投资的摧残浪费蹂躏。

⑤尽善尽美原则

精益生产中标准作业、自工序完结、良品条件创建与坚持、质量内建、安灯掌握、防错与纠错机制、变革点管理、全员生产性坚持（TPM）等术语之下，都有一套品质坚持的理念、原则与方法，这些原则和方法同样可以辅导智能制造的培植。

比如，高下工序之间，设备与零件部之间都须要建立全数良品的加工条件与标准，当条件发生偏离时，应该向干系职员发出非常提醒，乃至停滞生产。
如果智能制造系统短缺这样的机制，自动化程度越高，丢失每每越大。

2）智能制造，精益生产的有效使好手段

经由几十年的发展，精益生产已经成为制造业的主要辅导思想。
在技能快速进步的本日，智能制造又可以很好地促进精益生产的落地与进一步发展。

传统精益生产目视管理有很多很有效的手段和方法，比如5S管理、安灯、标准作业三票、可视化看板等方法。
这些方法可以直不雅观地提示发生问题的区域、工位、或是机台、材料等信息，但是要穷究问题的根本缘故原由还须要大量的不雅观察与剖析，当变异的条件发生变革时，会给剖析带来很多困难。

而智能制造以数字化、网络化、智能化等新技能、新手段就可以较随意马虎地办理这些问题。
比如：

识别摧残浪费蹂躏是精益改进的主要组成部分，除了传统的精益手腕，通过设备物联网系统采集设备稼动率、待机缘故原由等，能够准确地识别出设备利用等方面的摧残浪费蹂躏；通过MES系统对物料、工具等进行精益化库存管理，可以明显地减少库存的摧残浪费蹂躏；通过APS高等排产优化生产操持，可以减少职员与设备等待的摧残浪费蹂躏等等。

实现流的生产、均衡化生产是个不断改进的过程，但在离散制造车间，生产设备动辄上百台、工序上千上万项，如何担保这些工序在不同设备上生产的均衡化、流动化？如果只靠人的履历很难实现这种生产办法，很随意马虎造成设备忙闲不均，造成工序的等待或结束。
通过APS高等排产以及生产过程协同管理等信息化手段，就可以有效办理这些问题，有助于实现产品“流”的生产及生产的均衡化。

品质改进的目的是确保输出产品品质同等。
但由于生产条件各种变革，比如设备故障、热处理温度、刀具磨损等，都可能导致产品质量不稳定。
通过设备状态、工艺参数、刀具磨损等的实时监控，就可以快速创造问题，担保生产过程的受控，有效地提升产品品质。

作为主要的使好手段，智能制造不仅可以有助于精益生产的落地，还可以促进精益生产的进一步发展。

看板(Kanban)是精益生产中通报旗子暗记与掌握生产的工具，分传送看板和生产看板两种。
传统的看板大多以卡片、纸张等形式存在，常日以手动办法进行填写。
但在智能制造进程中，这些数据可以通过MES等信息化系统在电子屏等数字化终端上实时显示，具有更强的实时性与自动性。

知识内建与管理也是精益生产中的主要理念。
在精益运行良好的企业，都非常重视对知识的管理与传承。
以前紧张是靠师傅言传身教、标准作业文件与流程制度等传统办法，存在学习韶光长、可复制性差等缺陷。
通过数字化、网络化、智能化等智能制造新技能、新手段，可以将知识表示在流程与系统中，隐性知识显性化，对知识的沉淀、传承、挖掘、利用都具有主要的促进浸染。

目前，大众所熟知的精益生产管理方法与实现手段总结于上世纪八十年代，带有明显的时期特色。
但事实上，如果现在重新去研究本日的丰田汽车，就会创造实在现办法已经发生了巨大的改变，表示了自动化、数字化、网络化、智能化等很多最新技能成果。
因此，精益生产的理念与手段也该当随着智能制造的发展而发展。

3）殊途同归，精益智能共匆匆企业良性发展

虽然精益生产与智能制造是两个领域的观点，侧重点也不尽相同，精益生产紧张是强调了生产过程中的管理理念与实现方法，智能制造更侧重技能实现，但两者是相辅相成的关系。

从生产过程来看，精益生产中的很多理念，如生产布局、节拍、后工序拉动、标准作业等，是履行智能制造的根本。
快速切换、减少摧残浪费蹂躏、可视化生产、均衡化生产、定时化生产、工序流动化等理念，也是智能制造要实现的过程目标。
同样，智能制造中的设备互联互通、高等排产、过程协同、资源精益化管控、质量过程管控、大数据剖析、可视化、预测性掩护等方法与手段，都有助于促进精益生产的落地与提升。

从实现的目标来看，智能制造与精益生产也是殊途同归，实现敏捷、高效、高质、低本钱的生产与做事模式是两者的共同目标。

为表示精益思想与智能制造之间相辅相成、殊途同归的关系，笔者从智能制造的视角设计了一个智能制造背景下的精益屋，请见图2。

该精益屋以自动扮装备、信息化系统为根本，以精益思想为主线，以自働化、智能化（含数字化、网络化）为新时期的支柱，基于5S、生产布局、标准作业、设备TPM等传统精益理念，在设备互联互通、高等操持排产、大数据剖析等数字化、网络化、智能化手段的支撑下，实现自动化、智能化、精益化三者的深度领悟，并通过智能化手段更好地促进生产过程的均衡化、柔性化、定时化以及实现肃清摧残浪费蹂躏与持续改进，从而确保企业的质量、本钱、交期，构建一个客户满意、员工满意、社会满意、充满活力与竞争力的智能化、精益化企业。

◎ 图2 智能制造背景下的精益屋

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数字化车间履行策略

数字化车间培植是一项繁芜的系统工程，数字化车间培植可遵照以下履行策略。

1）统筹方案，做事计策

智能制造不是企业的目的，企业真正目的是通过智能制造实现降本提质增效，提升企业竞争力。
数字化车间培植也要为这个目的做事，从整体上做事于企业经营计策。

企业要结合自身实际情形，基于企业计策进行智能制造的设计。
比如，要对企业所处行业、企业规模、产品特点、盈利能力、行业地位、发展趋势以及企业自身根本、存在问题、履行目标等，进行深入剖析并综合考虑，这些不同的成分决定了企业不同的履行智能制造方法和路径。

数字化车间培植不仅仅是一系列新技能或新系统的纯挚运用，既涉及生产自动化系统，又涉及数字化、网络化等信息化系统，还要考虑操持调度、生产工艺、物料配送、精益生产、安全环保等各种成分，是一项影响到车间各个层面，乃至是可以影响到企业层面的综合性工程，一定要有全局的观点与系统的思维。

北京航天航空大学刘强教授有一个著名的智能制造“三不要理论”，即“不要在掉队的工艺根本上搞自动化，不要在掉队的管理根本上搞信息化，不要在不具备数字化网络化根本时搞智能化。
”刘强教授强调了在智能制造方案与培植时，也要把稳工艺优化、管理优化等方面事情，而不能只盯着自动化、信息化、智能化。

企业在进行数字化车间培植之前，一定办法导出面并持续关注，在企业计策目标辅导下进行系统方案，逐步厘清企业存在的问题、培植目标、办理思路和履行步骤，调动企业各方资源，配合尽力，避免信息化部门或车间等单一部门单刀赴会，通过工艺优化、组织优化、流程优化、管理优化等事情，为数字化车间培植供应坚实根本。

2）聚焦痛点，踏实推进

基于降本提质增效、快速相应市场的目的，从车间存在的实际痛点出发，打造一个能办理实际问题的数字化车间管控系统，在工艺、设备、管理以及信息化、网络化、智能化等各个方面有重点地进行优化、挖掘潜力，最大程度地提升企业生产效率及管理水平。

首先要聚焦痛点。
根据痛点明确要办理的紧张问题，比如，是生产效率不高，是产品质量不稳定，还是生产过程不透明等，并以问题为导向，订定相应的办理方案。

其次，还须要分步履行，踏实推进。
数字化车间培植有很多阶段，实在行顺序取决于存在问题、生产特点、企业根本及资金投入等多种成分，切忌贪大贪全，可从根本、较易成功的地方动手。
比如，从设备互联互通做起，由于设备通讯、数据采集这些内容都是客不雅观成分，不太涉及职员、管理等主不雅观成分，履行的可控性强，成功率高。
项目成功后，大家对信息化培植的信心与激情亲切就会增加，就会主动哀求更多的改进与功能扩展。

这时，再在前面成功履行的根本上，逐渐推进到MES等涉及职员、管理等信息化系统，由于这些系统须要部分变更职员事情习气及车间生产管理模式，主不雅观身分较大，乃至会触动一些人的利益，履行的难度相对较大，可放在设备互联互通等步骤之后，这也是一种较为务实的做法。
当然，根本好、推进力度大的企业，也可采纳同步履行的办法。

3）以人为本，管理取胜

如前所述，本次智能制造不是“机器换人”的过程，而因此自动化、数字化、网络化、智能化等新理念、新技能手段，帮助人类实现更高效、更高质、更绿色、更低本钱的生产与做事。
在智能制造时期，人变得更加主要，而不是相反。
无论是机器人等设备，还是MES等信息化系统，都要基于帮助人、做事于人这个出发点，而不是大略地替代人、减少人。
其余，无论多么前辈的系统，如果不把人的积极性调动起来，系统就不能发挥最大代价，智能制造就不可能取获胜利。

在数字化车间培植中，要以人为本，以更好地发挥人的代价为基本出发点。
其余，还要充分意识到数字化车间培植的主体与运用工具不同。
不像PLM等系统用户基本上都是年轻的技能职员，数字化车间的紧张用户是人数浩瀚、文化水平偏低，乃至年事偏大的车间工人，要充分考虑系统的易用性、便捷性、安全性、环保性等特点，以精益生产为辅导思想，以利用者为中央，在流程优化、工艺优化等根本上，以自动化、数字化、网络化、智能化为手段，以降本提质增效为目标，以管理优化为打破口，通过数字化车间的培植实现精益化、智能化、高效化的生产模式，为企业智能化转型升级在车间层面奠定坚实的根本。

4）效益驱动，落地为王

在数字化车间培植中，既要符合智能制造的理念，有一定的前辈性、前瞻性，又要本着务实落地原则。
要汲取当年CIMS的履历与教训，不要过于空想化，不要过多强调自感知、自决策、自实行、自组织、自学习等所谓高大上技能，企业不是研究机构，该当以创造效益为根本目的。

根据“二八原则”，办理80％的问题，常日只会耗费20％的本钱，而剩下的20％却须要高昂的本钱。
以前，产品更新换代慢，每每很多年都在重复生产同一款产品，而现在市场变革快速，为了适应日月牙异的市场变革和个性化需求，即将培植的系统很可能过几年就须要更新和调度。
系统知足当前需求并有一定的前瞻性即可，不要过分繁芜、不要过于强调前辈性，否则，沉重的投资会给企业带来很大的经济包袱。

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数字化车间履行效果

通过成功履行数字化车间系统，企业在车间管理方面将会有质的提升，为企业智能化转型升级奠定良好的根本。

1)设备互联，“哑设备”聪明起来

通过设备的互联互通，将车间的数控机床、热处理设备、机器人等数字扮装备实现程序网络通讯、数据远程采集、程序集中管理、大数据剖析、可视化展现、智能化决策支持，将设备由以前的单机事情模式，升级为数字化、网络化、智能化的管理模式。

2)协同生产，让设备高效地运转

通过系统中的操持、排产、派工、物料、质量、决策等模块，以信息化系统为手段，实现各种信息的共享与协同，做到车间层面精准化操持、精益化生产、可视化展现、风雅化管理，将以前串行生产转变为并行的协同生产模式，实现“一个流”的生产，工件转移到设备前，加工程序等技能文档、工装夹具等生产资源已经全部准备就绪，大大减少设备的各种等待韶光，可明显提升设备生产效率，降落生产本钱，提高客户满意度。

3)虚实领悟，数据在流动中增值

改变传统的制造模式，做到虚拟天下与物理天下深度领悟，虚实精准映射、相互促进。
车间各岗位、各设备都融于全体信息化系统，以数据有序流动为特色，以高效高质生产为核心，人、机、料、法、环、测各环节相互领悟，基于数字化、网络化、智能化的管理系统，使管理者能做到“看得见，说得清，做得对”，实现了生产过程的“Smart”，即敏捷、高效、高质、低本钱、绿色、协同的智巧化生产与做事模式。

4) 智能制造，降本提质增效是标尺

通过数字化车间培植，对车间进行全面的科学管控，大幅度提升车间操持科学性、生产过程协同性、生产设备与信息化系统的深度领悟度，并在大数据剖析与决策支持的根本上进行透明化、量化管理，可对企业生产效率、产品质量、生产本钱等方面有明显改进。

以下是数字化车间系统履行后的统计结果：

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数字化车间系统选型原则

目前市场上号称能做数字化车间或MES系统的公司有很多，良莠不齐。
企业在系统选型时应从以下几个方面进行考虑：

1）完全性。
很多系统只是勾留在生产、库房、质量等部分模块上，不能够对车间进行全方位的管理，这类系统不能称之为真正意义上的数字化车间或MES系统。

2）前辈性。
制造企业须要的是一套理念及技能前辈的系统，高等排产、数据自动采集、协同制造等都是数字化车间的核心功能，虽有很大的技能难度，但只有真正打破这些技能瓶颈，才能支撑起智能制造的发展须要，才能最大程度地发挥车间的生产潜能，而不仅仅知足于台账的电子化或者大略的看板管理。

3）成熟性。
系统该当是有行业成功案例的成熟产品，并具有良好的灵巧性和扩展性。
最好是平台化产品，便于根据企业实际情形进行快速定制开拓与系统支配，减少企业的履行风险。

4）专业性。
数字化车间系统具有非常明显的行业背景，除了分为流程、离散两个大类之外，即便是同为离散行业，也分机器加工、电子组装、服装加工等很多类型的行业。
用户要根据自己的行业特点、详细需求来选择专业的系统。
比如，有的系统即便在太阳能领域很成功，但可能没做过军工行业，乃至机器加工都没做过，面对多品种、小批量的军工等行业，这类系统就很难成功。

5）技能团队。
数字化车间系统须要专业团队进行二次开拓与履行，须要严密、及时、专业的做事，制造企业须要对供应商进行公司实力、做事能力、范例客户等多方面的稽核，确保项目的成功率及将来可持续性的做事。

6）选型职员组成要合理。
最好采取“IT为主导，用户为主体”的办法，IT部门组织互换、调研等活动，并从IT技能方面进行把关；而精通生产管理的利用部门则从功能上、利用方便性等方面进行确认，相互合营，共同完成选型事情。
否则，纵然是IT部精挑细选回来的软件，利用部门觉得不好用，不愿意合营利用，这样的系统，即便是架构再好，集成性再好，终极还是避免不了失落败的结局。

7）易用性。
系统利用界面友好，操作大略，易学易用，确保车间工人能节制。

8）性价比高。
在知足利用哀求条件下，还要做到价格合理、功能实用，降落企业购置本钱。

总之，数字化车间培植要以实际需求为牵引，以经济效益为驱动，以成功落地为导向。
在前辈设备的根本上，在管理方面深挖潜力，充分发挥人的浸染，构建数字化、网络化和适度智能的生产模式，切实做到明显的“降本提质增效”。
并以量化数据为根本，循规蹈矩，有效地提升企业的竞争力。
比如通过三年韶光，能将设备利用率提高一倍，将产品合格率提升一个档次，就极有可能“确保企业的未来”，这才是比较务实的数字化车间培植原则。
（本文完）