数字化车间架构图,智能制造的重要指导思想

在制造型企业，车间处于非常重要的位置。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，在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间。

数字化车间架构图

很多人认为，大量采购和引入数字化设备是建设好数字化车间的前提。这是一个很大的误解：数字化设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化设备，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。

数字化车间建设有三条主线：

一条是以机床、热处理设备、机器人、测量测试设备等组成的自动化设备与相关设施，实现生产过程的精确化执行，这是数字化车间的物理基础。

第二条线是以MES为中心的智巧化管控系统，实现对计划调度、生产物流、工艺执行、过程质量、设备管理等生产过程各环节及要素的精细化管控。

第三条主线是在互联互通的设备物联网基础上，并以之作为桥梁，联接起信息化系统与机床等物理空间的自动化设备，构建车间级的HCPS系统，实现了两个世界的相互作用、深度融合。

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精益思想要贯穿始终

如果说设备、MES、HCPS等三条主线是“实线”的话，精益生产则是数字化车间建设的一条“虚线”，要贯穿数字化建设的始终。

1）精益生产，智能制造的重要指导思想

精益生产是管理学史上重要的实践成果之一，深刻地影响着汽车工业，乃至全球制造业。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落伍，恰恰相反，精益思想是企业进行智能制造体系构建的重要指导思想之一。

在此，笔者总结出五条可以指导智能制造建设的精益思想原则。

① 关注客户价值：精益生产强调，流程中所有环节的输入与输出都应当用客户价值这个标尺去衡量。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服务。

② 识别并消除浪费：企业在实施智能制造系统之前，应当对流程中各种浪费进行梳理与改善。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等七大浪费需要不断进行完善与消除。

③价值的快速流动：精益生产强调价值流的快速流动，包括物理布局工艺流程化，信息传递自动化，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复杂度。

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）的实施与改善，实现产线在生产不同型号、不同配置，甚至是不同种类产品时，可以根据需要进行快速切换。

在小品种多批量、客户需求千变万化的今天，智能制造建设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浪费。

⑤尽善尽美原则：精益生产中标准作业、自工序完结、良品条件创建与维持、质量内建、安灯控制、防错与纠错机制、变化点管理、全员生产性维持（TPM）等术语之下，都有一套品质维持的理念、原则与方法，这些原则和方法同样可以指导智能制造的建设。

2）智能制造，精益生产的有效使能手段

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，但是要深究问题的根本原因还需要大量的观察与分析，当变异的条件发生变化时，会给分析带来很多困难。

而智能制造以数字化、网络化、智能化等新技术、新手段就可以较容易地解决这些问题。比如：

识别浪费是精益改善的重要组成部分，除了传统的精益手法，通过设备物联网系统采集设备稼动率、待机原因等，能够准确地识别出设备利用等方面的浪费；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浪费；通过APS高级排产优化生产计划，可以减少人员与设备等待的浪费等等。

3）殊途同归，精益智能共促企业良性发展

虽然精益生产与智能制造是两个领域的概念，侧重点也不尽相同，精益生产主要是强调了生产过程中的管理理念与实现方法，智能制造更侧重技术实现，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，是实施智能制造的基础。

快速切换、减少浪费、可视化生产、均衡化生产、准时化生产、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、高级排产、过程协同、资源精益化管控、质量过程管控、大数据分析、可视化、预测性维护等方法与手段，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、低成本的生产与服务模式是两者的共同目标。

智能制造背景下的精益屋

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数字化车间实施策略

数字化车间建设是一项复杂的系统工程，数字化车间建设可遵循以下实施策略。

1）统筹规划，服务战略

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。数字化车间建设也要为这个目的服务，从整体上服务于企业经营战略。

企业要结合自身实际情况，基于企业战略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基础、存在问题、实施目标等，进行深入分析并综合考虑，这些不同的因素决定了企业不同的实施智能制造方法和路径。

数字化车间建设不仅仅是一系列新技术或新系统的单纯应用，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，还要考虑计划调度、生产工艺、物料配送、精益生产、安全环保等各种因素，是一项影响到车间各个层面，甚至是可以影响到企业层面的综合性工程，一定要有全局的概念与系统的思维。

2）聚焦痛点，扎实推进

基于降本提质增效、快速响应市场的目的，从车间存在的实际痛点出发，打造一个能解决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。根据痛点明确要解决的主要问题，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，制订相应的解决方案。

其次，还需要分步实施，扎实推进。数字化车间建设有很多阶段，其实施顺序取决于存在问题、生产特点、企业基础及资金投入等多种因素，切忌贪大贪全，可从基础、较易成功的地方着手。

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，而是以自动化、数字化、网络化、智能化等新理念、新技术手段，帮助人类实现更高效、更高质、更绿色、更低成本的生产与服务。在智能制造时代，人变得更加重要，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、服务于人这个出发点，而不是简单地替代人、减少人。另外，无论多么先进的系统，如果不把人的积极性调动起来，系统就不能发挥最大价值，智能制造就不可能取得成功。

在数字化车间建设中，要以人为本，以更好地发挥人的价值为基本出发点。另外，还要充分意识到数字化车间建设的主体与应用对象不同。

数字化车间的主要用户是人数众多、文化水平偏低，甚至年龄偏大的车间工人，要充分考虑系统的易用性、便捷性、安全性、环保性等特点，以精益生产为指导思想，以使用者为中心，在流程优化、工艺优化等基础上，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，以管理优化为突破口，通过数字化车间的建设实现精益化、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基础。

4）效益驱动，落地为王

在数字化车间建设中，既要符合智能制造的理念，有一定的先进性、前瞻性，又要本着务实落地原则。

要汲取经验与教训，不要过于理想化，不要过多强调自感知、自决策、自执行、自组织、自学习等所谓高大上技术，企业不是研究机构，应该以创造效益为根本目的。

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数字化车间实施效果

通过成功实施数字化车间系统，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基础。

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、机器人等数字化设备实现程序网络通讯、数据远程采集、程序集中管理、大数据分析、可视化展现、智能化决策支持，将设备由以前的单机工作模式，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

通过系统中的计划、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计划、精益化生产、可视化展现、精细化管理。

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，加工程序等技术文档、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时间，可明显提升设备生产效率，降低生产成本，提高客户满意度。

3)虚实融合，数据在流动中增值

改变传统的制造模式，做到虚拟世界与物理世界深度融合，虚实精准映射、相互促进。

车间各岗位、各设备都融于整个信息化系统，以数据有序流动为特征，以高效高质生产为核心，人、机、料、法、环、测各环节相互融合，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、低成本、绿色、协同的智巧化生产与服务模式。

4) 智能制造，降本提质增效是标尺

通过数字化车间建设，对车间进行全面的科学管控，大幅度提升车间计划科学性、生产过程协同性、生产设备与信息化系统的深度融合度，并在大数据分析与决策支持的基础上进行透明化、量化管理，可对企业生产效率、产品质量、生产成本等方面有明显改善。

以下是数字化车间系统实施后的统计结果：

制造信息量提高15-60%

生产效率提高10-30%

计划质量提高25-70%

生产透明度20-70%

经济效益提高10-25%

生产灵活性提高15-60%

生产周期降低15-40%

外协费用降低5-15%

生产准备成本降低15-40%

处理紧急事故的成本降低20-60%

生产管理成本减少15-25%

生产计划成本降低10-30%

产品准时交货率提高15-40%

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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）完整性

很多系统只是停留在生产、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）先进性

制造企业需要的是一套理念及技术先进的系统，高级排产、数据自动采集、协同制造等都是数字化车间的核心功能，虽有很大的技术难度，但只有真正突破这些技术瓶颈，才能支撑起智能制造的发展需要，才能最大程度地发挥车间的生产潜能，而不仅仅满足于台账的电子化或者简单的看板管理。

3）成熟性

系统应该是有行业成功案例的成熟产品，并具有良好的灵活性和扩展性。最好是平台化产品，便于根据企业实际情况进行快速定制开发与系统部署，减少企业的实施风险。

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，也分机械加工、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、具体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，甚至机械加工都没做过，面对多品种、小批量的军工等行业，这类系统就很难成功。

5）技术团队

数字化车间系统需要专业团队进行二次开发与实施，需要周到、及时、专业的服务，制造企业需要对供应商进行公司实力、服务能力、典型客户等多方面的考察，确保项目的成功率及将来可持续性的服务。

6）选型人员组成要合理

最好采用“IT为主导，用户为主体”的方式，IT部门组织交流、调研等活动，并从IT技术方面进行把关；而精通生产管理的使用部门则从功能上、使用方便性等方面进行确认，相互配合，共同完成选型工作。

否则，纵然是IT部精挑细选回来的软件，使用部门感觉不好用，不愿意配合使用，这样的系统，即便是架构再好，集成性再好，最终还是避免不了失败的结局。

7）易用性

系统使用界面友好，操作简单，易学易用，确保车间工人能掌握。

8）性价比高

在满足使用要求前提下，还要做到价格合理、功能实用，降低企业购置成本。

总结：数字化车间建设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。

在先进设备的基础上，在管理方面深挖潜力，充分发挥人的作用，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”。并以量化数据为基础，循序渐进，有效地提升企业的竞争力。