文/ 朱铎先 赵敏 数字化车间建设是制造企业实施智能制造的主战场，是制造企业走向智能制造的起点。本文节选自《机·智：从数字化车间走向智能制造》，经授权公布。

作者认为数字化车间建设要以实际需求为牵引，以经济效益为驱动，以乐成落地为导向。在先进设备的基础上，在治理方面深挖潜力，充实发挥人的作用，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《车间的竞争优势》一书中强调指出：“在价值缔造历程中，其焦点是通过车间生产将原料转化为产物——这可以称为生产性转化。”在制造型企业，车间处于很是重要的位置。企业价值最终体现在产物与服务上，而车间是企业中将种种图纸转变为产物的主要场所，是决议生产效率与产物质量的重要环节，车间往往也是企业中员工数量最多的组织。

因此，在很大水平上，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：“推进制造历程智能化，在重点领域试点建设智能工厂/数字化车间。

”数字化车间建设是智能制造的重要一环，是制造企业实施智能制造的主战场，是制造企业走向智能制造的起点。1数字化车间的建设主线现在，海内外对数字化车间还没有尺度的界说，笔者基于自己的明白，对数字化车间举行如下形貌：数字化车间是基于生产设备、生产设施等硬件设施，以降本提质增效、快速响应市场为目的，在对工艺设计、生产组织、历程控制等环节优化治理的基础上，通过数字化、网络化、智能化等手段，在盘算机虚拟情况中，对人、机、料、法、环、测等生产资源与生产历程举行设计、治理、仿真、优化与可视化等事情，以信息数字化及数据流动为主要特征，对生产资源、生产设备、生产设施以及生产历程举行精致、精准、敏捷、高效地治理与控制。

数字化车间是智能车间的第一步，也是智能制造的重要基础。需要指出的是，此处的“数字化车间”，是企业已经熟悉和常用的基本术语，其中“数字化”的内在包罗可是并不限于数字化自己，而是将数字化、网络化要素集成为一体并在内在上有所扩大的“数字化”观点，其基本寄义与德国工业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。本文以下通常提及“数字化车间”之处，皆接纳该术语内在。◎ 图1 数字化车间架构图许多人认为，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须要条件，也非充实条件。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，没有实现生产历程的数字化治理，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化设备，但经由“三哑革新”，设备被接入信息化系统，生产历程实现数字化、网络化与智能化（如智能排产、决议支持分析等），对生产计划、生产资源、生产进度与产物质量等数据在信息化系统中举行有效治理，并可以凭据生产需要举行有序流动，也可算是数字化车间。

好比，在服装加工等劳动麋集型企业都可以通过数字化、网络化革新实现车间的数字化治理。对于数字化车间建设，我们可以参考德国工业4.0中对“智能工厂”的界说：重点研究智能化生产系统及历程，以及网络化漫衍式生产设施的实现。

前半句“智能化生产系统及历程”，指除了包罗智能化的机床、机械人等生产设施以外，还包罗对生产历程的智巧化管控，站在信息化的角度，就是智巧化的MES制造执行系统。尔后半句：“以及网络漫衍式生产设施的实现”，是指将生产所用的生产设备与设施（如机床、热处置惩罚设备、机械人、AGV、丈量测试设备等种种数字化设备），举行互联互通、智巧化的治理，实现信息化系统与物理系统的深度融合。

现在许多企业实施的设备物联网（包罗传统的DNC/MDC功效)是其重要的体现形式。从中可以看到，数字化车间建设有三条主线，一条是以机床、热处置惩罚设备、机械人、丈量测试设备等组成的自动化设备与相关设施，实现生产历程的准确化执行，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，实现对计划调理、生产物流、工艺执行、历程质量、设备治理等生产历程各环节及要素的精致化管控，这是典型的赛博系统。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，联接起赛博空间的MES等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CPS系统，实现了赛博与物理两个世界的相互作用、深度融合。

三条主线交汇，实现数据在自动化设备、信息化系统之间根据人的意愿举行有序流动，将整个车间打造成软硬一体的系统级CPS，最终实现高效、高质、绿色、低成本的生产模式，提升企业竞争力。2精益思想要贯串始终如果说设备、MES、CPS等三条主线是“实线”的话，精益生产则是数字化车间建设的一条“虚线”，要贯串数字化建设的始终。1）精益生产，智能制造的重要指导思想精益生产是治理学史上重要的实践结果之一，深刻地影响着汽车工业，以致全球制造业。精益生产基本思想和追求的治理目的，并没有随着智能制造的生长而落伍，恰恰相反，精益思想是企业举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权衡。在前端要买通客户真实需求之间的接口，在企业内部，以客户需求来界说自己的产物与服务。

如果系统不能满足客户对高质、高效、低成本、高满足度的要求，即即是设备或技术很是先进，也不能算是一个乐成的智能制造项目。② 识别并消除浪费企业在实施智能制造系统之前，应当对流程中种种浪费举行梳理与改善。精益生产中将制造过多过早、库存、搬运、等候、不须要的作业、不须要的行动以及不良品流窜这七种形式，归纳为七大浪费，这七大浪费是企业生产效率不高、盈利能力不足的泉源，需要不停举行完善与消除。

如果这些问题没解决，就直接实施智能制造，很可能是用系统的方式把浪费固化下来，既丧失了改善的时机，又增加了不须要的投入。好比，没有对库存过多的浪费举行改善，就投入大量财力物力去建设智能化的立体堆栈；没有对行动浪费举行改善，就引进机械人或机械臂去从事这些本属于浪费的行动，这些都造成了很大的浪费。③价值的快速流动精益生产强调价值流的快速流动，包罗物理结构工艺流程化，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。

如果在物理结构上有大量断点存在，就会给智能制造的排产与调理带来了更大庞大度。在系统整体运转的历程中，尽可能多地消除停滞和等候，需要将人、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举行设计与建设。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，实现产线在生产差别型号、差别设置，甚至是差别种类产物时，可以凭据需要举行快速切换。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思量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精美绝伦原则精益生产中尺度作业、自工序完结、良品条件建立与维持、质量内建、安灯控制、防错与纠错机制、变化点治理、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。好比，上下工序之间，设备与零件部之间都需要建设全数良品的加工条件与尺度，当条件发生偏离时，应当向相关人员发出异常提醒，甚至停止生产。如果智能制造系统缺少这样的机制，自动化水平越高，损失往往越大。

2）智能制造，精益生产的有效使能手段经由几十年的生长，精益生产已经成为制造业的重要指导思想。在技术快速进步的今天，智能制造又可以很好地促进精益生产的落地与进一步生长。传统精益生产目视治理有许多很有效的手段和方法，好比5S治理、安灯、尺度作业三票、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、质料等信息，可是要深究问题的基础原因还需要大量的视察与分析，当变异的条件发生变化时，会给分析带来许多难题。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。好比：识别浪费是精益改善的重要组成部门，除了传统的精益手法，通过设备物联网系统收罗设备稼动率、待机原因等，能够准确地识别出设备使用等方面的浪费；通过MES系统对物料、工具等举行精益化库存治理，可以显着地淘汰库存的浪费；通过APS高级排产优化生产计划，可以淘汰人员与设备等候的浪费等等。

实现流的生产、平衡化生产是个不停改善的历程，但在离散制造车间，生产设备动辄上百台、工序上千上万项，如何保证这些工序在差别设备上生产的平衡化、流动化？如果只靠人的履历很难实现这种生产方式，很容易造成设备忙闲不均，造成工序的等候或停滞。通过APS高级排产以及生产历程协同治理等信息化手段，就可以有效解决这些问题，有助于实现产物“流”的生产及生产的平衡化。

品质改善的目的是确保输生产品品质一致。但由于生产条件种种变化，好比设备故障、热处置惩罚温度、刀具磨损等，都可能导致产物质量不稳定。

通过设备状态、工艺参数、刀具磨损等的实时监控，就可以快速发现问题，保证生产历程的受控，有效地提升产物品质。作为重要的使能手段，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生长。看板(Kanban)是精益生产中通报信号与控制生产的工具，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，通常以手动方式举行填写。但在智能制造历程中，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。

知识内建与治理也是精益生产中的重要理念。在精益运行良好的企业，都很是重视对知识的治理与传承。

以前主要是靠师傅言传身教、尺度作业文件与流程制度等传统方式，存在学习时间长、可复制性差等缺点。通过数字化、网络化、智能化等智能制造新技术、新手段，可以将知识体现在流程与系统中，隐性知识显性化，对知识的沉淀、传承、挖掘、使用都具有重要的促进作用。现在，公共所熟知的精益生产治理方法与实现手段总结于上世纪八十年月，带有显着的时代特征。

但事实上，如果现在重新去研究今天的丰田汽车，就会发现其实现方式已经发生了庞大的改变，体现了自动化、数字化、网络化、智能化等许多最新技术结果。因此，精益生产的理念与手段也应该随着智能制造的生长而生长。

3）殊途同归，精益智能共促企业良性生长虽然精益生产与智能制造是两个领域的观点，偏重点也不尽相同，精益生产主要是强调了生产历程中的治理理念与实现方法，智能制造更偏重技术实现，但两者是相辅相成的关系。从生产历程来看，精益生产中的许多理念，如生产结构、节奏、后工序拉动、尺度作业等，是实施智能制造的基础。快速切换、淘汰浪费、可视化生产、平衡化生产、准时化生产、工序流动化等理念，也是智能制造要实现的历程目的。

同样，智能制造中的设备互联互通、高级排产、历程协同、资源精益化管控、质量历程管控、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。从实现的目的来看，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配合目的。

为体现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配景下的精益屋，请见图2。该精益屋以自动化设备、信息化系统为基础，以精益思想为主线，以自働化、智能化（含数字化、网络化）为新时代的支柱，基于5S、生产结构、尺度作业、设备TPM等传统精益理念，在设备互联互通、高级计划排产、大数据分析等数字化、网络化、智能化手段的支撑下，实现自动化、智能化、精益化三者的深度融合，并通过智能化手段更好地促进生产历程的平衡化、柔性化、准时化以及实现消除浪费与连续革新，从而确保企业的质量、成本、交期，构建一个客户满足、员工满足、社会满足、充满活力与竞争力的智能化、精益化企业。◎ 图2 智能制造配景下的精益屋3数字化车间实施计谋数字化车间建设是一项庞大的系统工程，数字化车间建设可遵循以下实施计谋。

1）统筹计划，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谋划战略。企业要联合自身实际情况，基于企业战略举行智能制造的设计。

好比，要对企业所处行业、企业规模、产物特点、盈利能力、行业职位、生长趋势以及企业自身基础、存在问题、实施目的等，举行深入分析并综合思量，这些差别的因素决议了企业差别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，还要思量计划调理、生产工艺、物料配送、精益生产、宁静环保等种种因素，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“不要在落伍的工艺基础上搞自动化，不要在落伍的治理基础上搞信息化，不要在不具备数字化网络化基础时搞智能化。”刘强教授强调了在智能制造计划与建设时，也要注意工艺优化、治理优化等方面事情，而不能只盯着自动化、信息化、智能化。企业在举行数字化车间建设之前，一定要向导出头并连续关注，在企业战略目的指导下举行系统计划，逐步厘清企业存在的问题、建设目的、解决思路和实施步骤，调动企业各方资源，通力互助，制止信息化部门或车间等单一部门孤军作战，通过工艺优化、组织优化、流程优化、治理优化等事情，为数字化车间建设提供坚实基础。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、治理以及信息化、网络化、智能化等各个方面有重点地举行优化、挖掘潜力，最大水平地提升企业生产效率及治理水平。

首先要聚焦痛点。凭据痛点明确要解决的主要问题，好比，是生产效率不高，是产物质量不稳定，还是生产历程不透明等，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。数字化车间建设有许多阶段，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、较易乐成的地方着手。好比，从设备互联互通做起，因为设备通讯、数据收罗这些内容都是客观因素，不太涉及人员、治理等主观因素，实施的可控性强，乐成率高。

项目乐成后，大家对信息化建设的信心与热情就会增加，就会主动要求更多的革新与功效扩展。这时，再在前面乐成实施的基础上，逐渐推进到MES等涉及人员、治理等信息化系统，由于这些系统需要部门变换人员事情习惯及车间生产治理模式，主观身分较大，甚至会触动一些人的利益，实施的难度相对较大，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。固然，基础好、推进力度大的企业，也可接纳同步实施的方式。

3）以人为本，治理取胜如前所述，本次智能制造不是“机械换人”的历程，而是以自动化、数字化、网络化、智能化等新理念、新技术手段，资助人类实现更高效、更高质、更绿色、更低成本的生产与服务。在智能制造时代，人变得越发重要，而不是相反。

无论是机械人等设备，还是MES等信息化系统，都要基于资助人、服务于人这个出发点，而不是简朴地替代人、淘汰人。另外，无论何等先进的系统，如果不把人的努力性调动起来，系统就不能发挥最大价值，智能制造就不行能取得乐成。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，还要充实意识到数字化车间建设的主体与应用工具差别。

不像PLM等系统用户基本上都是年轻的技术人员，数字化车间的主要用户是人数众多、文化水平偏低，甚至年事偏大的车间工人，要充实思量系统的易用性、便捷性、宁静性、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的，以治理优化为突破口，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基坚实的基础。4）效益驱动，落地为王在数字化车间建设中，既要切合智能制造的理念，有一定的先进性、前瞻性，又要本着务实落地原则。

要罗致当年CIMS的履历与教训，不要过于理想化，不要过多强调自感知、自决议、自执行、自组织、自学习等所谓高峻上技术，企业不是研究机构，应该以缔造效益为基础目的。凭据“二八原则”，解决80％的问题，通常只会泯灭20％的成本，而剩下的20％却需要高昂的成本。以前，产物更新换代慢，往往许多年都在重复生产同一款产物，而现在市场变化快速，为了适应日新月异的市场变化和个性化需求，即将建设的系统很可能过几年就需要更新和调整。

系统满足当前需求并有一定的前瞻性即可，不要太过庞大、不要过于强调先进性，否则，极重的投资会给企业带来很大的经济肩负。4数字化车间实施效果通过乐成实施数字化车间系统，企业在车间治理方面将会有质的提升，为企业智能化转型升级奠基良好的基础。1)设备互联，“哑设备”智慧起来通过设备的互联互通，将车间的数控机床、热处置惩罚设备、机械人等数字化设备实现法式网络通讯、数据远程收罗、法式集中治理、大数据分析、可视化展现、智能化决议支持，将设备由以前的单机事情模式，升级为数字化、网络化、智能化的治理模式。

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、决议等模块，以信息化系统为手段，实现种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、精致化治理，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，加工法式等技术文档、工装夹具等生产资源已经全部准备停当，大大淘汰设备的种种等候时间，可显着提升设备生产效率，降低生产成本，提高客户满足度。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，以高效高质生产为焦点，人、机、料、法、环、测各环节相互融合，基于数字化、网络化、智能化的治理系统，使治理者能做到“看得见，说得清，做得对”，实现了生产历程的“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，对车间举行全面的科学管控，大幅度提升车间计划科学性、生产历程协同性、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议支持的基础上举行透明化、量化治理，可对企业生产效率、产物质量、生产成本等方面有显着改善。以下是数字化车间系统实施后的统计效果：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%外协用度降低5-15%生产准备成本降低15-40%处置惩罚紧迫事故的成本降低20-60%生产治理成本淘汰15-25%生产计划成本降低10-30%产物准时交货率提高15-40%5数字化车间系统选型原则现在市场上号称能做数字化车间或MES系统的公司有许多，良莠不齐。

企业在系统选型时应从以下几个方面举行思量：1）完整性。许多系统只是停留在生产、库房、质量等部门模块上，不能够对车间举行全方位的治理，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、数据自动收罗、协同制造等都是数字化车间的焦点功效，虽有很大的技术难度，但只有真正突破这些技术瓶颈，才气支撑起智能制造的生长需要，才气最大水平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朴的看板治理。

3）成熟性。系统应该是有行业乐成案例的成熟产物，并具有良好的灵活性和扩展性。最好是平台化产物，便于凭据企业实际情况举行快速定制开发与系统部署，淘汰企业的实施风险。

4）专业性。数字化车间系统具有很是显着的行业配景，除了分为流程、离散两个大类之外，即即是同为离散行业，也分机械加工、电子组装、服装加工等许多类型的行业。用户要凭据自己的行业特点、详细需求来选择专业的系统。

好比，有的系统即便在太阳能领域很乐成，但可能没做过军工行业，甚至机械加工都没做过，面临多品种、小批量的军工等行业，这类系统就很难乐成。5）技术团队。数字化车间系统需要专业团队举行二次开发与实施，需要周到、实时、专业的服务，制造企业需要对供应商举行公司实力、服务能力、典型客户等多方面的考察，确保项目的乐成率及未来可连续性的服务。6）选型人员组成要合理。

最好接纳“IT为主导，用户为主体”的方式，IT部门组织交流、调研等运动，并从IT技术方面举行把关；而醒目生产治理的使用部门则从功效上、使用利便性等方面举行确认，相互配合，配合完成选型事情。否则，纵然是IT部精挑细选回来的软件，使用部门感受欠好用，不愿意配合使用，这样的系统，即即是架构再好，集成性再好，最终还是制止不了失败的了局。7）易用性。

系统使用界面友好，操作简朴，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，还要做到价钱合理、功效实用，降低企业购置成本。

总之，数字化车间建设要以实际需求为牵引，以经济效益为驱动，以乐成落地为导向。在先进设备的基础上，在治理方面深挖潜力，充实发挥人的作用，构建数字化、网络化和适度智能的生产模式，切实做到显着的“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。

好比通过三年时间，能将设备使用率提高一倍，将产物及格率提升一个档次，就极有可能“确保企业的未来”，这才是比力务实的数字化车间建设原则。（本文完）编辑：e-works 张千慧。

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