數(shù)字化工廠規(guī)劃之七劍下天山(共9頁)

1、龍源期刊網(wǎng) 數(shù)字化工廠規(guī)劃之七劍下天山作者：柏雋來源：中國工業(yè)評論2017年第09期        數(shù)字化工廠落地規(guī)劃領(lǐng)域的七把寶劍，通過體系化的規(guī)劃方法和手段保障企業(yè)實現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和協(xié)同化，滿足制造業(yè)個性化、服務(wù)化和生態(tài)化的發(fā)展需求，促進制造業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級和提質(zhì)增效。        相傳世間有七把絕世神劍，每隔百年這七把絕世神劍便會現(xiàn)世，更有傳言得七劍者便可號令天下，武林中人爭相奪取。它們分別為莫問劍、游龍劍、青干劍

2、、舍神劍、天瀑劍、日月劍、競星劍，此七把神劍是鑄劍大師晦明在天山上經(jīng)過七個不同劍境所鑄。        此一刻，數(shù)字化工廠規(guī)劃作為當前智能制造落地的首要環(huán)節(jié)，可以幫助企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的過程中明晰企業(yè)的核心優(yōu)勢、發(fā)展瓶頸， 并根據(jù)現(xiàn)有狀況找到可行的落地路徑。七把神劍在手，數(shù)字化工廠盡在囊中。        莫問劍 VS 方法論        企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)

3、型過程中會遇到各種各樣的問題，生產(chǎn)領(lǐng)域的、信息化領(lǐng)域的、自動化領(lǐng)域的，因此需要建立頂層框架來進行思考。筆者研究參考了眾多工業(yè)4.0框架體系后，提出了針對企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的“金字塔容器”模型，對既有的制造金字塔進行了改良，成為一把衡量頂層視角的莫問之劍。（圖1）        “金字塔容器”模型的重點，是根據(jù)企業(yè)現(xiàn)狀從管理咨詢維度、運營咨詢維度以及IT信息化維度，分解智能制造時代數(shù)字化車間、數(shù)字化工廠和數(shù)字化企業(yè)的層級關(guān)系，面向落地和實施。      

4、60; 最底層是數(shù)字化車間，主要是車間設(shè)備、PLC和HMI。中間層是數(shù)字化工廠，一般是由控制系統(tǒng)和運營系統(tǒng)組成，有MES和SCADA。最上層是數(shù)字化企業(yè)層，包括ERP、PLM還有電子商務(wù)、客戶關(guān)系管理等。旁邊是每一個層次需要的不同運營咨詢的方法論，比如說5S、TOC、shopfloor是在車間管理層面，LEAN屬于工廠層面。旁邊還有兩朵云是有關(guān)數(shù)據(jù)分析的服務(wù)，目前大家聽到最多的是有關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)分析，其實再往上面還有一些訂單數(shù)據(jù)、產(chǎn)能數(shù)據(jù)分析的服務(wù)，這也是很大一塊數(shù)據(jù)的寶藏沒有被挖掘。        金字塔

5、容器模型核心解決三大領(lǐng)域的問題，分別是數(shù)字化工廠戰(zhàn)略規(guī)劃、數(shù)字化工廠詳細設(shè)計和數(shù)字化工廠運營實現(xiàn)。（圖2）        戰(zhàn)略規(guī)劃里面核心要做的重點是現(xiàn)狀分析，企業(yè)首先得了解自己的現(xiàn)狀和企業(yè)的數(shù)字化遠景，這樣才能知道差距到底在哪里。數(shù)字化工廠的詳細設(shè)計需要去做數(shù)字化的企業(yè)架構(gòu)分析，架構(gòu)分析EA是當前企業(yè)信息化規(guī)劃領(lǐng)域全球范圍的一個最佳實踐，但是在自動化、數(shù)字化領(lǐng)域還是有所欠缺，需要再往工廠和車間的數(shù)字化層面深入一些。對于中小型制造業(yè)企業(yè)來說，通過剪裁和定制，構(gòu)成了數(shù)字化工廠詳細設(shè)計的主要包含內(nèi)容。 

6、60;      數(shù)字化工廠運營實現(xiàn)包括精益生產(chǎn)的導(dǎo)入及運營，軟件以及硬件設(shè)備的選型，實施計劃的關(guān)鍵行動路線。其實最核心的就是IT和OT的融合，包括各種關(guān)鍵運營、設(shè)備、管理的數(shù)據(jù)在縱向地自動流通和橫向地自動流通。        美國的國家標準院NIST也給出了智能工廠的規(guī)劃途徑，制造業(yè)企業(yè)往往說不清楚數(shù)字化工廠到底該怎么做？在新建工廠或者改造老工廠的時候都需要做哪些事情？美國國家標準院其實給出了比較好的體系方法，在Factory Specification

7、工廠詳細設(shè)計里面共計有39個子項，用來規(guī)范數(shù)字化工廠的詳細設(shè)計，幫助企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時候不至于盲目。        當然，美國給出的這個體系也過于龐大，對于中國的中小型制造業(yè)企業(yè)，需要在此基礎(chǔ)上做一些剪裁和定制，更貼近國內(nèi)的企業(yè)實際狀況，才能使數(shù)字化轉(zhuǎn)型真正做到有的放矢。        簡單歸納，數(shù)字化工廠規(guī)劃是這么一個迭代過程，首先是收集信息，這里的信息不都是指信息化、數(shù)字化的領(lǐng)域，往往是需求相關(guān)的、產(chǎn)品相關(guān)的、工藝相關(guān)的、物流相關(guān)

8、的、安全相關(guān)的，這些都是企業(yè)最核心的生產(chǎn)要素。再往下要做分析歸納，這里面包括產(chǎn)品族分析、xyzabc庫存矩陣分析、工藝流程分析和價值流分析。        根據(jù)分析歸納的結(jié)果，首先做宏觀布局規(guī)劃，其中包含功能區(qū)域規(guī)劃、功能區(qū)面積需求計算以及各功能區(qū)布局組合優(yōu)化。然后是微觀布局規(guī)劃，包括工作站設(shè)計、生產(chǎn)線設(shè)計、生產(chǎn)單元設(shè)計、站間物流設(shè)計。最后是驗證和決策，可以通過仿真模型的設(shè)計來輔助最終決策。        競星劍 VS 現(xiàn)狀分析

9、0;       現(xiàn)狀分析該怎么做，首先得知道企業(yè)的自身做得到底怎么樣，了解自身的狀態(tài)首先需要有一個對標的體系。美國的制造成熟度MRL評級標準，把制造成熟度分為從1到10十個等級，對知道制造業(yè)企業(yè)的全面數(shù)字化該怎么去做非常有幫助和指引作用。        現(xiàn)在大家都迫切地需要數(shù)字化轉(zhuǎn)型，但是不知道該怎么做，或者說怎么往下細分，具體該細分到什么樣的層次，都有很多的疑問。其實再往下細分的話，可以分到運營管理層、研發(fā)與設(shè)計層、生產(chǎn)層、物流與服務(wù)層等。舉

10、例來說，其中運營管理層里面還可以往下細分到成本管理、持續(xù)改進、供應(yīng)商策略與管理以及人員績效與組織發(fā)展等。（圖3）        以前在接觸智能制造、數(shù)字化工廠的時候，腦海里第一浮現(xiàn)的大多是工廠里的傳感器、大數(shù)據(jù)、機器人之類的。好像覺得跟我們的成本管理，人員績效組織發(fā)展沒有太多的關(guān)系，但其實數(shù)字化工廠是一個整體，各個細節(jié)各個層面都融合在了一起。智能制造是產(chǎn)品和生產(chǎn)模式的變革，包含了從研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)執(zhí)行以及服務(wù)交付等整條企業(yè)價值鏈的優(yōu)化。    

11、0;   日月劍 VS 愿景規(guī)劃        柯林斯在1994年出版的基業(yè)長青一書中，討論居世界前列的18家高瞻遠矚公司基業(yè)長青的理由，得出的結(jié)論是：那些能夠長期維持競爭優(yōu)勢的企業(yè)，都有一個基本的經(jīng)營理念，基本的理念是這些公司發(fā)展史的最重要的成分。這種核心理念，柯林斯將它定義為“愿景”（Vision）。之后，彼得圣吉的第五項修煉中又重點強調(diào)“塑造共同愿景”。馬克利普頓令人信服地解釋了一個強大的愿景規(guī)劃如何從CEO頭腦中的理念轉(zhuǎn)而變?yōu)榻M織成功成長的引擎。  

12、0;     企業(yè)在做數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級遠景規(guī)劃的時候，同樣需要明確分析數(shù)字化企業(yè)的愿景。愿景是一個具體的目標，一個將來的生動畫面，它既是可以被描述的，又是具有挑戰(zhàn)性的。同時，它還指出了一個組織工作的具體方法，以及在這個組織工作的人們的期望獲得。其實，這就是企業(yè)的數(shù)字化戰(zhàn)略。所謂數(shù)字化戰(zhàn)略，就是對企業(yè)的內(nèi)外部環(huán)境做出科學(xué)分析，并根據(jù)企業(yè)的遠景目標，提出企業(yè)未來在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中所采取的行動，然后付諸實施，并對實施過程進行監(jiān)控、對實施結(jié)果進行評估。        大多數(shù)企業(yè)的

13、數(shù)字化遠景再往下細分，又可以分為數(shù)字化設(shè)計與仿真、數(shù)字化制造、數(shù)字化運營與管理以及數(shù)字化工廠數(shù)據(jù)服務(wù)。有了愿景，就有了清晰的目標可以對標，找出自身的不足，朝著數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級遠景目標前進。        青干劍 VS 價值流分析        精益生產(chǎn)，是衍生自豐田生產(chǎn)方式的一種管理哲學(xué)。精益生產(chǎn)方式是戰(zhàn)后日本汽車工業(yè)遭到的“資源稀缺”和“多品種、少批量”的市場制約的產(chǎn)物。它是從豐田佐吉開始，經(jīng)豐田喜一郎及大野耐一等人的共同努力，直到20

14、世紀60年代才逐步完善而形成的。        精益生產(chǎn)方式源于豐田生產(chǎn)方式，由美國麻省理工學(xué)院組織世界上17個國家的專家、學(xué)者，花費5年時間，耗資500萬美元，以汽車工業(yè)這一開創(chuàng)大批量生產(chǎn)方式和精益生產(chǎn)方式JIT的典型工業(yè)為例，經(jīng)理論化后總結(jié)出來的。精益生產(chǎn)的工具和方法非常多，是非常龐大的一個體系，包括車間管理、防差錯系統(tǒng)、全員生產(chǎn)維護、低成本自動化、工廠可視化、持續(xù)改善、價值流分析等。        價值流分析是企業(yè)在做數(shù)字化工廠規(guī)

15、劃很關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，“數(shù)字化工廠”拆開了看是由“數(shù)字化”和“工廠”組合而成的，首先得有工廠、有業(yè)務(wù)才能談得上數(shù)字化。工廠業(yè)務(wù)的優(yōu)化是數(shù)字化的核心目標，不能舍本逐末。價值流分析就是要把企業(yè)的生產(chǎn)理順，企業(yè)需要知道產(chǎn)品的客戶需求節(jié)拍和各個工序的生產(chǎn)周期，通過節(jié)拍和生產(chǎn)周期的比較分析，可以明確需要改進的環(huán)節(jié)，從而采取針對性的措施進行調(diào)整。        當生產(chǎn)節(jié)拍大于生產(chǎn)周期時，生產(chǎn)能力相應(yīng)過剩，如果按照實際生產(chǎn)能力安排生產(chǎn)就會造成生產(chǎn)過剩，導(dǎo)致大量中間產(chǎn)品積壓，引起庫存成本上升、場地使用緊張等問題。如果按照生產(chǎn)節(jié)拍安排

16、生產(chǎn)，就會導(dǎo)致設(shè)備閑置，勞動力等工等現(xiàn)象，造成生產(chǎn)能力浪費。當生產(chǎn)節(jié)拍小于生產(chǎn)周期的情況下，生產(chǎn)能力不能滿足生產(chǎn)需要，這時就會出現(xiàn)加班、提前安排生產(chǎn)、分段儲存加大等問題。因此，生產(chǎn)周期大于或小于生產(chǎn)節(jié)拍都會對生產(chǎn)造成不良影響。        價值流分析改進的目的就是要盡可能地縮小生產(chǎn)周期和生產(chǎn)節(jié)拍的差距，然后通過生產(chǎn)線平衡Line Balance對生產(chǎn)線的全部工序進行負荷分析，分析完了就會清楚哪些地方需要降低制品庫存？哪些地方需要建立看板和超市？哪些工序是要合并的？哪些加工周期是需要縮減的？通過調(diào)整工序間的負荷分配

17、使各工序達到能力平衡，作業(yè)時間盡可能相近，最終消除各種等待浪費現(xiàn)象，提高生產(chǎn)線的整體效率。        工廠布局規(guī)劃貌似與智能制造和數(shù)字化工廠沒有直接的關(guān)系，但是任何一家企業(yè)都會面臨兩種情況，一種是老工廠地方不夠用，或者產(chǎn)線、物流路線設(shè)計不合理，再怎么修補也不能滿足產(chǎn)能提升；另外一種情況是建造新工廠，那么新設(shè)計就要做物流布局和路線的規(guī)劃，如何提升生產(chǎn)線的精益程度，最大程度避免浪費，這些關(guān)系是非常密切的。        天瀑劍 VS 信

18、息化規(guī)劃        當前企業(yè)基本圍繞分布式建設(shè)走向數(shù)據(jù)大集中，數(shù)據(jù)大集中完成后，企業(yè)信息化建設(shè)必然存在應(yīng)用系統(tǒng)多、系統(tǒng)間交互復(fù)雜、數(shù)據(jù)共享迫切、技術(shù)架構(gòu)優(yōu)化等問題。企業(yè)架構(gòu)是一種從企業(yè)戰(zhàn)略出發(fā)去梳理業(yè)務(wù)架構(gòu)，進一步分析和規(guī)劃IT架構(gòu)，并用于指導(dǎo)、規(guī)范計算機信息系統(tǒng)建設(shè)的理念和方法，是當前數(shù)字化工廠、數(shù)字化企業(yè)規(guī)劃所采用的一種最佳實踐和方法論。        通過對企業(yè)架構(gòu)的分析，在對業(yè)務(wù)戰(zhàn)略和業(yè)務(wù)流程理解的基礎(chǔ)上，對企業(yè)的信息系統(tǒng)進

19、行總體規(guī)劃和科學(xué)實施，從而可以將企業(yè)的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略和業(yè)務(wù)流程與具體的信息系統(tǒng)緊密地結(jié)合起來，為企業(yè)描繪出一個未來的數(shù)字化企業(yè)中業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、應(yīng)用和技術(shù)互動的藍圖。（圖4）        通過企業(yè)架構(gòu)的分析，可以幫助企業(yè)回答很多以前沒有想清楚的問題公司有多少業(yè)務(wù)流程？流程之間是怎么銜接的？這些業(yè)務(wù)的目標是什么？哪些業(yè)務(wù)是有規(guī)范，沒有流程？哪些業(yè)務(wù)是有規(guī)范，有流程？哪些業(yè)務(wù)又沒有規(guī)范，又沒有流程，急需要建立？有流程的業(yè)務(wù)又是通過什么樣的IT平臺來支撐運行的？是用ERP實現(xiàn)呢，還是用MES實現(xiàn)，亦或是用PLM實現(xiàn)？如何去界定？

20、業(yè)務(wù)部門提出某一業(yè)務(wù)需求，改需求是通過軟件包呢，還是在現(xiàn)有系統(tǒng)上進行改進呢？如果是在現(xiàn)有系統(tǒng)上實現(xiàn)，在哪個系統(tǒng)上實現(xiàn)好呢？如果使用現(xiàn)有產(chǎn)品構(gòu)件，用哪個構(gòu)件呢？我的系統(tǒng)要取員工信息，但員工信息來自哪個系統(tǒng)呢.        制造業(yè)企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的過程中，隨著業(yè)務(wù)規(guī)模的擴展，會涉及越來越多的信息化平臺，不同的平臺之間需要做數(shù)據(jù)的集成和打通。ERP和MES之間需要傳遞什么數(shù)據(jù)？ERP和PLM之間需要傳遞什么數(shù)據(jù)？PLM和MES之間的數(shù)據(jù)交互又是如何？MES會給SCADA傳遞什么指令，得到何種類型的數(shù)據(jù)反饋？如果這些

21、數(shù)據(jù)交互沒有梳理清楚，那么上了信息化就又是建成了一個個的信息孤島，不能最大化發(fā)揮信息系統(tǒng)的價值。        尤其現(xiàn)在隨著智能制造的大熱，上MES系統(tǒng)成了很多制造業(yè)企業(yè)在做數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心手段。在ERP時期，ERP實施成功率很低，其實放到現(xiàn)在上MES也是一樣的，涉及企業(yè)生產(chǎn)管理的方方面面，如果沒有規(guī)劃好匆忙上線，不僅不會提高效率，還會因為生產(chǎn)流程的打亂影響產(chǎn)品交付和客戶滿意度。MES的導(dǎo)入需要正確的規(guī)劃，嚴謹?shù)墓?yīng)商選型，科學(xué)的實施，這三個重要的環(huán)節(jié)缺一不可。    

22、60;   舍神劍 VS 自動化規(guī)劃        自動化是指機器設(shè)備、系統(tǒng)或過程（生產(chǎn)、管理過程）在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)預(yù)期的目標的過程。在數(shù)字化工廠規(guī)劃領(lǐng)域，核心的三大規(guī)劃內(nèi)容分別是生產(chǎn)自動化規(guī)劃、物流自動化規(guī)劃和現(xiàn)場總線規(guī)劃。（圖5）        生產(chǎn)自動化規(guī)劃主要體現(xiàn)在自動化生產(chǎn)線的設(shè)計，通過自動化輸送及其他的輔助裝置，按照生產(chǎn)

23、流程將各種自動化專機連接成一體，并通過氣動、液壓、電機、傳感器和電氣控制系統(tǒng)使各部分的動作聯(lián)系起來，使整個系統(tǒng)按照規(guī)定的程序自動地工作，連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品。由于行業(yè)的差異性和產(chǎn)品的特殊性，不同企業(yè)的自動化生產(chǎn)線設(shè)計沒有完全一樣的，但大體上都可以分解為加工單元、搬運單元、分揀單元、提取安裝單元、操作手單元、供料單元和檢測單元。        物流自動化規(guī)劃指的是不同工序之間物料的轉(zhuǎn)運模式，上下料實現(xiàn)的方式，物流自動調(diào)度實現(xiàn)的策略等。只有將不同工序間串聯(lián)起來，才能實現(xiàn)智能化工廠設(shè)計目標。比較好的操作方

24、式是通過布局規(guī)劃以后，清楚認識不同工序間物流的難度，認識到可實現(xiàn)的形式，然后將物流自動化方案揉入布局，觀察分塊與整體的效果，評估風(fēng)險點，優(yōu)化方案。        現(xiàn)場總線規(guī)劃要保證系統(tǒng)運行的可靠性、實時性、多任務(wù)和多回路分布特性。需要考慮網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)、節(jié)點的位置分布、總線速率和傳輸能力。由于各種歷史原因，企業(yè)的現(xiàn)場設(shè)備往往都是老、中、青并存，為了保證系統(tǒng)設(shè)備的互聯(lián)、互操作和互換性，還需要考慮總線設(shè)備之間遵從的協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)的升級和設(shè)備的替換?，F(xiàn)場總線是聯(lián)接信息層和設(shè)備層的關(guān)鍵技術(shù)，是智能生產(chǎn)、智能物流、智能服務(wù)等業(yè)務(wù)，得以實現(xiàn)的關(guān)鍵所在，也是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和制造技術(shù)相互融合的關(guān)鍵所在。        游龍劍 VS 仿真建模規(guī)劃       &