数字化工厂规划之七剑下天山

总结出来的。精益生产的工具和方法非常多，是非常庞大的一个体系，包括车间管理、防差错系统、全员生产维护、低成本自动化、工厂可视化、持续改善、价值流分析等。

价值流分析是企业在做数字化工厂规划很关键的一个环节，“数字化工厂”拆开了看是由“数字化”和“工厂”组合而成的，首先得有工厂、有业务才能谈得上数字化。工厂业务的优化是数字化的核心目标，不能舍本逐末。价值流分析就是要把企业的生产理顺，企业需要知道产品的客户需求节拍和各个工序的生产周期，通过节拍和生产周期的比较分析，可以明确需要改进的环节，从而采取针对性的措施进行调整。

当生产节拍大于生产周期时，生产能力相应过剩，如果按照实际生产能力安排生产就会造成生产过剩，导致大量中间产品积压，引起库存成本上升、场地使用紧张等问题。如果按照生产节拍安排生产，就会导致设备闲置，劳动力等工等现象，造成生产能力浪费。当生产节拍小于生产周期的情况下，生产能力不能满足生产需要，这时就会出现加班、提前安排生产、分段储存加大等问题。因此，生产周期大于或小于生产节拍都会对生产造成不良影响。

价值流分析改进的目的就是要尽可能地缩小生产周期和生产节拍的差距，然后通过生产线平衡Line Balance对生产线的全部工序进行负荷分析，分析完了就会清楚哪些地方需要降低制品库存？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缩减的？通过调整工序间的负荷分配使各工序达到能力平衡，作业时间尽可能相近，最终消除各种等待浪费现象，提高生产线的整体效率。

工厂布局规划貌似与智能制造和数字化工厂没有直接的关系，但是任何一家企业都会面临两种情况，一种是老工厂地方不够用，或者产线、物流路线设计不合理，再怎么修补也不能满足产能提升；另外一种情况是建造新工厂，那么新设计就要做物流布局和路线的规划，如何提升生产线的精益程度，最大程度避免浪费，这些关系是非常密切的。

天瀑剑 VS 信息化规划

当前企业基本围绕分布式建设走向数据大集中，数据大集中完成后，企业信息化建设必然存在应用系统多、系统间交互复杂、数据共享迫切、技术架构优化等问题。企业架构是一种从企业战略出发去梳理业务架构，进一步分析和规划IT架构，并用于指导、规范计算机信息系统建设的理念和方法，是当前数字化工厂、数字化企业规划所采用的一种最佳实践和方法论。

通过对企业架构的分析，在对业务战略和业务流程理解的基础上，对企业的信息系统进行总体规划和科学实施，从而可以将企业的业务战略和业务流程与具体的信息系统紧密地结合起来，为企业描绘出一个未来的数字化企业中业务、数据、应用和技术互动的蓝图。（图4）

通过企业架构的分析，可以帮助企业回答很多以前没有想清楚的问题——公司有多少业务流程？流程之间是怎么衔接的？这些业务的目标是什么？哪些业务是有规范，没有流程？哪些业务是有规范，有流程？哪些业务又没有规范，又没有流程，急需要建立？有流程的业务又是通过什么样的IT平台来支撑运行的？是用ERP实现呢，还是用MES实现，亦或是用PLM实现？如何去界定？业务部门提出某一业务需求，改需求是通过软件包呢，还是在现有系统上进行改进呢？如果是在现有系统上实现，在哪个系统上实现好呢？如果使用现有产品构件，用哪个构件呢？我的系统要取员工信息，但员工信息来自哪个系统呢......

制造业企业在数字化转型升级的过程中，随着业务规模的扩展，会涉及越来越多的信息化平台，不同的平台之间需要做数据的集成和打通。ERP和MES之间需要传递什么数据？ERP和PLM之间需要传递什么数据？PLM和MES之间的数据交互又是如何？MES会给SCADA传递什么指令，得到何种类型的数据反馈？如果这些数据交互没有梳理清楚，那么上了信息化就又是建成了一个个的信息孤岛，不能最大化发挥信息系统的价值。

尤其现在随着智能制造的大热，上MES系统成了很多制造业企业在做数字化转型的核心手段。在ERP时期，ERP实施成功率很低，其实放到现在上MES也是一样的，涉及企业生产管理的方方面面，如果没有规划好匆忙上线，不仅不会提高效率，还会因为生产流程的打乱影响产品交付和客户满意度。MES的导入需要正确的规划，严谨的供应商选型，科学的实施，这三个重要的环节缺一不可。

舍神剑 VS 自动化规划

自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。在数字化工厂规划领域，核心的三大规划内容分别是生产自动化規划、物流自动化规划和现场总线规划。（图5）

生产自动化规划主要体现在自动化生产线的设计，通过自动化输送及其他的辅助装置，按照生产流程将各种自动化专机连接成一体，并通过气动、液压、电机、传感器和电气控制系统使各部分的动作联系起来，使整个系统按照规定的程序自动地工作，连续、稳定地生产出符合质量要求的产品。由于行业的差异性和产品的特殊性，不同企业的自动化生产线设计没有完全一样的，但大体上都可以分解为加工单元、搬运单元、分拣单元、提取安装单元、操作手单元、供料单元和检测单元。

物流自动化规划指的是不同工序之间物料的转运模式，上下料实现的方式，物流自动调度实现的策略等。只有将不同工序间串联起来，才能实现智能化工厂设计目标。比较好的操作方式是通过布局规划以后，清楚认识不同工序间物流的难度，认识到可实现的形式，然后将物流自动化方案揉入布局，观察分块与整体的效果，评估风险点，优化方案。

现场总线规划要保证系统运行的可靠性、实时性、多任务和多回路分布特性。需要考虑网络节点数、节点的位置分布、总线速率和传输能力。由于各种历史原因，企业的现场设备往往都是老、中、青并存，为了保证系统设备的互联、互操作和互换性，还需要考虑总线设备之间遵从的协议以及网络的升级和设备的替换。现场总线是联接信息层和设备层的关键技术，是智能生产、智能物流、智能服务等业务，得以实现的关键所在，也是互联网技术和制造技术相互融合的关键所在。

游龙剑 VS 仿真建模规划

数字化工厂的规划包括整个工厂、车间、生产单元（生产线）和设备、工位等层次。与传统制造技术相比，数字化制造技术的关键是建模与仿真技术。建模和仿真技术不仅仅是一种计算机辅助分析的支撑技术，也是企业从传统制造向可预测制造转变的一种新方法、新模式。这样企业可以构建虚拟的数字化工厂环境，以期在实际工厂建设投产之后，就能对其性能进行系统和综合评价优化，数字化工厂仿真建模规划也存在一个不断规划、调试、优化的过程。（图6）

数字化双胞胎模型指的是以数字化方式在虚拟空间呈现物理对象，以数字化方式为物理对象创建虚拟模型，模拟其在现实环境中的行为特征，通过仿真建模可以快速地帮助制造业企业回答如下问题——工厂的布局、生产及吞吐能力能否满足生产需求？设计的生产线能适应订单数量的变化和品种的变化吗？要多大面积，要多少设备、多少工人，怎么去布局？生产线是否较好地平衡？生产线的各部分是否能正确控制和同步运行？

企业可以通过修改或者仿真建模一个工艺段，完成工艺验证，然后在整个生产流程中进行试生产，并且反馈真实工厂的运行情况，从而积累工厂运行数据，直观展示，辅助决策，达到制造规划与物理制造的完美融合。

七剑游走完毕，企业可以按照这个思路建立一个整体的认识。需要反复思考的是，在未来一段时间内，适宜可行的数字化发展目标是什么？为了实现数字化战略目标，企业所需要的核心能力和資源是什么？在减少产品上市时间，减少设计修改，降低生产费用以及库存，实现精细化管理，提升产品质量等方面，企业应该做什么，如何做？回答好这些问题，数字化工厂的规划方可收放自如，七剑方可齐下天山。