什么是數(shù)字化工廠？建設(shè)數(shù)字化工廠組裝還是重構(gòu)PLM、ERP、MES、WMS等系統(tǒng)

隨著數(shù)字技術(shù)5G、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)快速發(fā)展，以及工業(yè)4.0、中國(guó)制造2025、數(shù)字中國(guó)建設(shè)規(guī)劃的深度推進(jìn)，打造“數(shù)字化工廠”成為了很多企業(yè)的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。什么是“”數(shù)字化工廠”？面對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶來(lái)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)制造企業(yè)該如何跟上時(shí)代的步伐打造數(shù)字化工廠？數(shù)字化工廠建設(shè)對(duì)傳統(tǒng)PLM、ERP、MES、WMS等業(yè)務(wù)系統(tǒng)帶來(lái)哪些挑戰(zhàn)和變化？01什么是數(shù)字化工廠數(shù)字化工廠DF（DigitalFactory，DF）是運(yùn)用數(shù)字技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，將生產(chǎn)線和生產(chǎn)設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)高效、自動(dòng)化、智能化、自適應(yīng)的一種先進(jìn)的制造模式。這種制造模式以數(shù)字化工廠為核心，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、質(zhì)量、物流、環(huán)保等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知、存儲(chǔ)、分析、決策和控制，提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提升客戶(hù)滿意度和創(chuàng)造核心價(jià)值。、智能化工廠是智能制造的核心，是未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)的一種新趨勢(shì)和新模式。數(shù)字化工廠提供了全面的制造過(guò)程管理，在實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)前，在計(jì)算機(jī)模擬的環(huán)境中完成虛擬生產(chǎn)全部過(guò)程，生成經(jīng)過(guò)“數(shù)字化工廠”驗(yàn)證過(guò)的、實(shí)際生產(chǎn)所需的各種工藝數(shù)據(jù)和文檔。從應(yīng)用層面看，數(shù)字化工廠核心，即是PLM、ERP、MOM、WMS、DCS五大系統(tǒng)的全面集成、打通和融合，并以MOM/MES（制造運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)）為中樞核心，形成智能制造創(chuàng)新平臺(tái)。1、PLM系統(tǒng)PLM系統(tǒng)（ProductLifecycleManagement）是一種用于整個(gè)產(chǎn)品生命周期管理的軟件系統(tǒng)。PLM系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制造、銷(xiāo)售和維護(hù)等各個(gè)階段，用于協(xié)調(diào)和管理整個(gè)生命周期的所有過(guò)程。2、ERP系統(tǒng)ERP系統(tǒng)是一個(gè)企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（EnterpriseResourcePlanning），是一種綜合性的企業(yè)管理軟件，旨在協(xié)調(diào)和整合企業(yè)各個(gè)方面的業(yè)務(wù)流程。ERP系統(tǒng)可以集成銷(xiāo)售、采購(gòu)、生產(chǎn)、物流、財(cái)務(wù)等多個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，使各個(gè)部門(mén)之間的信息流和業(yè)務(wù)流更加協(xié)調(diào)和高效。3、MOM系統(tǒng)MOM系統(tǒng)（ManufacturingOperationsManagement）是一種用于制造業(yè)的管理系統(tǒng)，旨在協(xié)調(diào)和管理整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。MOM系統(tǒng)主要包括五個(gè)部分：生產(chǎn)管理、過(guò)程控制、設(shè)備管理、人機(jī)交互和數(shù)據(jù)分析。4、WMS系統(tǒng)WMS系統(tǒng)（WarehouseManagementSystem）是一種倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，旨在幫助企業(yè)有效地管理倉(cāng)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)鏈的優(yōu)化。WMS系統(tǒng)可以管理倉(cāng)庫(kù)中的貨物流動(dòng)，跟蹤每一件貨物的位置、狀態(tài)和數(shù)量，支持物流管理中的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括收貨、質(zhì)檢、入庫(kù)、存儲(chǔ)、揀選、裝運(yùn)等。5、DCS系統(tǒng)SCADA+PLC的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)（DistributedControlSystem）是一種分布式控制系統(tǒng)，主要用于工業(yè)自動(dòng)化和過(guò)程控制。DCS系統(tǒng)通過(guò)分布在系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制器和傳感器等裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。02智能制造本質(zhì)的理解智能制造本質(zhì)應(yīng)用最新工業(yè)工程及數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等），重新審視企業(yè)現(xiàn)有流程與生產(chǎn)組織方式，實(shí)現(xiàn)企業(yè)在供應(yīng)、營(yíng)銷(xiāo)、設(shè)計(jì)及制造等領(lǐng)域的經(jīng)營(yíng)創(chuàng)新，全面推動(dòng)企業(yè)向生產(chǎn)智能、管理智能化、運(yùn)營(yíng)智能方向轉(zhuǎn)型，以滿足客戶(hù)敏捷、個(gè)性、服務(wù)化需求。企業(yè)的數(shù)字化和智能化改造大體分為4個(gè)階段：自動(dòng)化產(chǎn)線與生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備互聯(lián)與數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)的打通與直接應(yīng)用、數(shù)據(jù)智能決策與控制執(zhí)行。這4個(gè)階段并不是嚴(yán)格按順序進(jìn)行的，各階段不是孤立且可能跨越多個(gè)階段。數(shù)字化工廠的主要環(huán)節(jié)包括：設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、售后等環(huán)節(jié)。關(guān)鍵技術(shù)包括：人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、智能制造系統(tǒng)等。其中，數(shù)字化建模、虛擬仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)/加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）等技術(shù)包含其中。產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)利用數(shù)字化建模技術(shù)為產(chǎn)品構(gòu)建三維模型，利用數(shù)值仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品在各種條件下的性能進(jìn)行模擬和測(cè)試。產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)可以大大縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、快速響應(yīng)市場(chǎng)需求和定制化生產(chǎn)。生產(chǎn)規(guī)劃環(huán)節(jié)利用虛擬仿真技術(shù)對(duì)生產(chǎn)執(zhí)行進(jìn)行預(yù)規(guī)劃和驗(yàn)證是數(shù)字化工廠生產(chǎn)流程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)數(shù)字化建模和仿真技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行虛擬仿真，既可以提前預(yù)測(cè)生產(chǎn)執(zhí)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，也可以?xún)?yōu)化和驗(yàn)證生產(chǎn)方案的可行性。生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)數(shù)字化工廠的生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)是指公司采用數(shù)字化技術(shù)和工具實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃和任務(wù)的執(zhí)行過(guò)程，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃與實(shí)際情況的一致性，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程中的參數(shù)和指標(biāo)，并提供實(shí)時(shí)反饋，幫助企業(yè)及時(shí)調(diào)整、優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。倉(cāng)儲(chǔ)物流環(huán)節(jié)數(shù)字化工廠倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)是指利用數(shù)字化技術(shù)和設(shè)備，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)管理進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)的過(guò)程。通過(guò)數(shù)字化技術(shù)，倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的庫(kù)存管理、更高效的物流運(yùn)輸和更快速的訂單處理，同時(shí)可以有效降低倉(cāng)儲(chǔ)成本和提高工作效率。數(shù)字化智能化車(chē)間的三維結(jié)構(gòu)模型將數(shù)字化建模、數(shù)字化控制、數(shù)字化管理等技術(shù)應(yīng)用于車(chē)間規(guī)劃與改善、生產(chǎn)運(yùn)行、工藝執(zhí)行、庫(kù)存物流、質(zhì)量控制、設(shè)施維護(hù)等六大主要業(yè)務(wù)活動(dòng)。結(jié)合5M2E（人員Man，設(shè)備Machine，物料Material，方法Method，測(cè)量Measurement，能源Energy和環(huán)保Environment）對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中這六個(gè)元素進(jìn)行監(jiān)控和管理，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，并降低生產(chǎn)成本和資源浪費(fèi)。工廠數(shù)字化、智能化到一定程度，就能通過(guò)智能決策來(lái)做執(zhí)行控制和自適應(yīng)。自適應(yīng)則指的是系統(tǒng)或設(shè)備能夠根據(jù)外部環(huán)境的變化、自動(dòng)調(diào)整參數(shù)以及工作模式的能力。就像人體就是天然的自組織，手指破了皮膚會(huì)自動(dòng)修復(fù)，運(yùn)動(dòng)疲勞了身體會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，長(zhǎng)跑久了在沒(méi)有大腦指令的情況下雙腳也能維持和諧的跑姿，走路遇到水溝大腦還沒(méi)反應(yīng)過(guò)來(lái)雙腿不由自主地跨越過(guò)去了。03數(shù)字化工廠驅(qū)使PLM、ERP、MES、WMS等系統(tǒng)解構(gòu)和重構(gòu)通常認(rèn)為，數(shù)字化工廠就是將PLM、ERP、MES、WMS業(yè)務(wù)系統(tǒng)組合并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，然后結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，以及基于云計(jì)算、邊緣計(jì)算等構(gòu)建的數(shù)字化生產(chǎn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化。但實(shí)際情況是否真的如此？在大規(guī)模批量生產(chǎn)的流程制造也許問(wèn)題還不明顯，但對(duì)于小批量、需要較高柔性和可定制性，以及對(duì)市場(chǎng)需求反應(yīng)快的離散型制造就會(huì)有較大的問(wèn)題。傳統(tǒng)的PLM、ERP、MES、WMS等系統(tǒng)，主要還是基于流程和管理的業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)模式。過(guò)去工廠缺少很多一線生產(chǎn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，或信息傳遞較原始，效率較低，而且ERP、CRM、MES等各種信息系統(tǒng)互相獨(dú)立，存在很多數(shù)據(jù)孤島。這些產(chǎn)品通常流程重且死板，適用性差，改造難；系統(tǒng)間多套主數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)，僅面向企業(yè)內(nèi)部經(jīng)營(yíng)管理，無(wú)外部資源整合的能力。現(xiàn)在開(kāi)始有一些公司通過(guò)新型的管理軟件，對(duì)工廠的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合打通，并在此基礎(chǔ)上提供更高效的信息傳遞、生產(chǎn)管理和協(xié)同，用以適應(yīng)C2M和OTD。以C2M場(chǎng)景為例，如果用戶(hù)在下單及提出定制化需求后，在這之后取消訂單、修改訂單、追加訂單，或者修改了產(chǎn)品的屬性。這些改變除了在產(chǎn)品數(shù)量有變化之外，還會(huì)涉及BOM、工藝、設(shè)備的變化，然后引起采購(gòu)需求、生產(chǎn)主計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)存、成本、工序等一系列的變化。這些變化會(huì)首先從PLM系統(tǒng)引發(fā)跟ERP、MES、WMS等系統(tǒng)交互，然后再是各系統(tǒng)的交互和協(xié)同，整個(gè)協(xié)同鏈路長(zhǎng)，甚至存在鏈路有斷點(diǎn)、信息孤島和數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。由于企業(yè)自身情況以及廠家各自擅長(zhǎng)產(chǎn)品和領(lǐng)域的不同，PLM、ERP、MES、WMS等業(yè)務(wù)系統(tǒng)往往是在企業(yè)發(fā)展不同階段，由不同廠家實(shí)施和搭建的，然后通過(guò)流程和管理來(lái)打通和協(xié)同，導(dǎo)致各系統(tǒng)間的關(guān)系是串行關(guān)系。但實(shí)際上業(yè)務(wù)運(yùn)行的實(shí)質(zhì)是牽一發(fā)而動(dòng)全身，他們之間是互為網(wǎng)狀關(guān)系，但由于信息化時(shí)代數(shù)字技術(shù)還沒(méi)發(fā)展起來(lái)，還不具備運(yùn)行網(wǎng)狀關(guān)系的條件和基礎(chǔ)。當(dāng)數(shù)字技術(shù)充分發(fā)展后，這個(gè)網(wǎng)狀協(xié)同關(guān)系是可以很好地運(yùn)作起來(lái)，并可事先通過(guò)數(shù)字孿生、仿真的技術(shù)手段在數(shù)字世界模擬和驗(yàn)證。比如無(wú)論是PLM系統(tǒng)，還是ERP、MES、WMS系統(tǒng)，它們中某一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生了變化，作為出發(fā)點(diǎn)均需要同時(shí)跟其它幾個(gè)系統(tǒng)協(xié)同和交互。就像在小水溝里丟一塊石頭后，石頭激起的波紋會(huì)延著水溝的某個(gè)方向延伸，可以看成是串聯(lián)的波動(dòng)。水溝里的水基本上往一個(gè)方向波動(dòng)，波動(dòng)結(jié)束后水才會(huì)整體回流，只是力道減弱了。如果往水塘中間丟一塊石頭，那么激起的波浪就會(huì)向四面八方擴(kuò)散和迭代。池塘里的水在蕩漾出去后，這個(gè)波動(dòng)自觸發(fā)以后就是連續(xù)的，看起來(lái)向外擴(kuò)散又像是向內(nèi)回流，已經(jīng)分不清哪里是開(kāi)始哪里是結(jié)束。水塘這種波浪擴(kuò)散、延伸和迭代的模式和效果，類(lèi)似端到端的實(shí)時(shí)計(jì)算和響應(yīng)，才是數(shù)字化工廠和智能制造真正需要的。以C2M為例，可能一開(kāi)始用戶(hù)需求的變化從PLM開(kāi)始觸發(fā)后，系統(tǒng)就開(kāi)始不間斷地運(yùn)行。但當(dāng)運(yùn)行到某個(gè)環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)境可能是PLM、也可能是ERP、MES、WMS甚至是DCS發(fā)現(xiàn)異常，然后從異常點(diǎn)開(kāi)始往四面八方擴(kuò)散和延伸。這個(gè)時(shí)候已經(jīng)說(shuō)不清誰(shuí)是開(kāi)始誰(shuí)是結(jié)束，因?yàn)榛橐蚬P(guān)系。也就是說(shuō)，當(dāng)數(shù)字化、智能化工廠開(kāi)始運(yùn)行后，業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)角度看，已經(jīng)不清楚誰(shuí)來(lái)影響誰(shuí)，因?yàn)樗鼈兪悄阒杏形?，我中有你，無(wú)始無(wú)終。就像平時(shí)談?wù)摰降资窍扔须u還是先有蛋，永遠(yuǎn)都說(shuō)不清楚，其實(shí)也已經(jīng)不重要了，因?yàn)槿魏问挛镩_(kāi)始的時(shí)候可能就是以終為始，然后結(jié)束的時(shí)候就是以終為始。因此，對(duì)于C2M和柔性制造的數(shù)字化工廠，還需要對(duì)PLM、ERP、MES、WMS等系統(tǒng)進(jìn)行解構(gòu)和重構(gòu)。要解決數(shù)據(jù)孤島、協(xié)同鏈路長(zhǎng)、以及依賴(lài)串行流程控制這些問(wèn)題，就需要這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都要采集、存儲(chǔ)到同一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)里（數(shù)據(jù)中臺(tái)）。然后在此基礎(chǔ)上解構(gòu)原有的PLM、ERP、MES、WMS等業(yè)務(wù)，將共性、關(guān)聯(lián)性和協(xié)同性很強(qiáng)的部分融合，原有獨(dú)立性較強(qiáng)的核心的模塊繼續(xù)保留，同時(shí)也會(huì)增加一些新數(shù)字孿生、仿真驗(yàn)證等應(yīng)用場(chǎng)景。從縱橫向兩個(gè)維度對(duì)原有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行解構(gòu)和重構(gòu)，然后在低代碼平臺(tái)進(jìn)行承載和落地（類(lèi)似技術(shù)中臺(tái)+業(yè)務(wù)中臺(tái)）。解構(gòu)和重構(gòu)等PLM、ERP、MES、WMS系統(tǒng)后，可以實(shí)現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)源統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)一體化敏捷運(yùn)營(yíng)、智能決策，精確排產(chǎn)、自適應(yīng)生產(chǎn)管理，全域透明、智慧拉動(dòng)式生產(chǎn)物流，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提升客戶(hù)滿意度。這種直接在數(shù)據(jù)中臺(tái)上架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能的做法，可以看成是數(shù)據(jù)中臺(tái)智能的延伸，類(lèi)似直營(yíng)店和加盟店的關(guān)系?！爸睜I(yíng)店”的數(shù)據(jù)直接通過(guò)低代碼平臺(tái)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中臺(tái)，“加盟店”是先將業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，然后再將數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)匯聚到數(shù)據(jù)中臺(tái)。也許數(shù)據(jù)中臺(tái)的終極目的地就是所有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)是直接架掛在數(shù)據(jù)中臺(tái)之上，但那個(gè)時(shí)候也許已經(jīng)不叫數(shù)據(jù)中臺(tái)了，但是不管它叫什么其實(shí)不重要，它出現(xiàn)的時(shí)機(jī)和使命決定了它的任務(wù)和價(jià)值所在。將PLM、ERP、MES、WMS系統(tǒng)解構(gòu)和重構(gòu)實(shí)施起來(lái)會(huì)有不小的難度，首先要充分考慮好架構(gòu)，然后考慮到ERP的功能模塊多且很復(fù)雜。但有難度并不代表不可行，比如可以用代碼平臺(tái)減少開(kāi)發(fā)工作量，使用具備豐富ERP產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)參與和主導(dǎo)。04結(jié)語(yǔ)未來(lái)，隨著數(shù)字化、