數(shù)字化工廠的建設(shè)的核心要素可以歸納為工廠裝備數(shù)字化、工廠物流數(shù)字化、設(shè)計研發(fā)數(shù)字化、生產(chǎn)過程數(shù)字化，如下圖所示。
通過這四個方面的建設(shè)，帶動產(chǎn)品設(shè)計方法和工具的創(chuàng)新、企業(yè)管理模式的創(chuàng)新。
▲核心四要素
工業(yè)4.0和數(shù)字化工廠的相關(guān)技術(shù)將促進產(chǎn)業(yè)鏈和價值鏈的分工重組，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的業(yè)態(tài)和合作形式，形成自動化、信息化、一體化、精益化、集成化的數(shù)字化工廠。
這其中工廠裝備數(shù)字化，是數(shù)字化工廠建設(shè)的前提和基礎(chǔ)，為設(shè)計、研發(fā)、生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持。工控產(chǎn)品，如PLC、伺服電機、傳感器等仍然是數(shù)字化工廠不可或缺的部分。
在此基礎(chǔ)上，工廠物流能夠從被動感知變?yōu)橹鲃痈兄?，實現(xiàn)透明、安全和高效，包括產(chǎn)品運輸過程跟蹤，運輸車輛跟蹤定位，物料出庫，物料配送上線等。
更加重要和經(jīng)常被切斷的環(huán)節(jié)，來自上游的設(shè)計。
通過設(shè)計研發(fā)數(shù)字化，從而實現(xiàn)設(shè)計、工藝、制造、檢測等各業(yè)務(wù)的高度集成，包括CAD/CAPP/CAE/CAM/PLM的集成，虛擬仿真技術(shù)，MDB模型的應(yīng)用，產(chǎn)品全生命周期管理等。
生產(chǎn)過程的數(shù)字化主要是利用數(shù)字化的手段應(yīng)對更復(fù)雜的車間生產(chǎn)過程管理，這其中最重要的是制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的建設(shè)以及MES與ERP/PLM和車間現(xiàn)場自動化控制系統(tǒng)的交互。
MES在智能制造領(lǐng)域的作用越來越明顯。
它既是一個相對獨立的軟件系統(tǒng)又是企業(yè)信息傳遞路由器，匯集市場與服務(wù)、產(chǎn)品設(shè)計、MRP/ERP、供應(yīng)鏈等信息，并轉(zhuǎn)化為詳細的生產(chǎn)作業(yè)指令，從而實現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品制造過程生產(chǎn)現(xiàn)場的管理與控制。MES向上承接ERP下達的生產(chǎn)計劃以及PLM經(jīng)過仿真驗證的產(chǎn)品BOM，向下銜接車間現(xiàn)場SCADA控制系統(tǒng)，彌補了ERP與車間過程控制之間的真空，實現(xiàn)了工業(yè)4.0所強調(diào)的垂直方向上的集成以及貫穿價值鏈的端到端工程數(shù)字化集成。
下面這張圖充分的反映了數(shù)字化工廠幾大核心系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息流動關(guān)系，強調(diào)了不同系統(tǒng)之間的應(yīng)用邊界和交互界面。
數(shù)字化工廠是在信息集成的基礎(chǔ)上，對研發(fā)、制造、管理等各個環(huán)節(jié)進行全面的過程集成，構(gòu)建數(shù)字化工廠是一項艱巨并且復(fù)雜的系統(tǒng)工程。
而任何復(fù)雜系統(tǒng)工程的實施都離不了系統(tǒng)建模、系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)分析和優(yōu)化，同樣數(shù)字化工廠也不能例外。
首先要全面了解數(shù)字化工廠，建立數(shù)字化工廠的模型和參考架構(gòu)，然后需要有一套完整的方法論、工具和流程對數(shù)字化工廠的各個階段進行建模、規(guī)劃、分析和優(yōu)化。
▲企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型框架
上圖中的參考架構(gòu)即是筆者研究參考了眾多工業(yè)4.0框架體系后，提出的針對企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型框架模型，重點是根據(jù)當前企業(yè)現(xiàn)狀從管理咨詢維度和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。
隨著現(xiàn)代制造對產(chǎn)品開發(fā)的要求不斷提高，以及產(chǎn)品逐步轉(zhuǎn)向多品種、小批量的訂單模式，企業(yè)內(nèi)各系統(tǒng)之間的統(tǒng)一性與有效整合問題就逐漸浮出水面。
目前大多數(shù)企業(yè)面臨的是對原來工廠，從基礎(chǔ)信息化與自動化向數(shù)字化改造的問題。
無論是建新廠還是改造老廠，首先要面對的問題就是數(shù)字化工廠的規(guī)劃，而每一家企業(yè)所處的階段都不盡相同，這就需要梳理企業(yè)現(xiàn)狀，量身剪裁出合身的數(shù)字化工廠規(guī)劃藍圖。如下圖所示，數(shù)字化工廠的建設(shè)x軸代表這技術(shù)水平，y軸代表著管理水平。
▲數(shù)字化工廠實施路徑圖
管理水平從基礎(chǔ)管理、標準化管理一直到集成化管理、智能化管理。技術(shù)水平從基礎(chǔ)IT與自動化，到業(yè)務(wù)流程變革，再到系統(tǒng)集成，最后實現(xiàn)CPS。企業(yè)可以根據(jù)自身所處的階段，重點關(guān)注本階段需要重點去推進的事情，做到2.0補課，3.0普及，4.0目標。
在數(shù)字化工廠的建設(shè)過程中，有了細致周密的數(shù)字化規(guī)劃藍圖，就擁有了數(shù)字化工廠建設(shè)的基點和指南針。接下來就應(yīng)該選擇最合適的技術(shù)，這里注意不是最先進的技術(shù)，先進的技術(shù)并不一定在企業(yè)數(shù)字化建設(shè)中發(fā)揮最大的效用，需要根據(jù)企業(yè)自身功能和用途需求合理決策。在信息化程度還比較低的企業(yè)，RFID技術(shù)的使用，不見得比條碼技術(shù)更實用。
制造業(yè)的數(shù)字化工廠建設(shè)是一個大的系統(tǒng)工程，并非幾天、幾個月就能建設(shè)好并投入使用的，需要一個較長的實施周期，不能跨越式建設(shè)。
每個階段都是以前一個階段為基礎(chǔ)，逐步推進的，而且很多問題并不是技術(shù)上的問題，而是管理、組織方式、觀念的變革。
這是對管理者真正的考驗。管理者需要痛下決心，付出耐心。而這同時也對數(shù)字化工廠的咨詢顧問，提出了非常綜合的要求：需要了解企業(yè)管理、懂技術(shù)實現(xiàn)、懂生產(chǎn)運營等等。員工的士氣也是一個重要考量。這是一個學(xué)習(xí)型的漸進過程，三方都必須深浸其中，才能推進全面的數(shù)字化建設(shè)。
冶金行業(yè)、石油石化行業(yè) 、 化工醫(yī)藥行業(yè)、 火電 發(fā)電行業(yè)、環(huán)保污水處理 行業(yè) 、以及其它流程制造行業(yè)
Bentley針對于流程工廠行業(yè)的解決方案是面向全生命周期的。從設(shè)計階段的多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計到施工階段的工作包管理，以及后期的運營維護。
Bentley全生命周期解決方案架構(gòu)
Bentley 工廠解決方案旨在建立工程行業(yè)的工程數(shù)據(jù)管理平臺，在設(shè)計建造完成后，通過數(shù)字化移交的過程將項目信息的管理，轉(zhuǎn)移到資產(chǎn)信息的管理的階段。
工程數(shù)據(jù)管理平臺
在設(shè)計階段，專業(yè)的應(yīng)用工具集，如下圖所示：
如何規(guī)劃數(shù)字化工廠
Bentley工廠設(shè)計產(chǎn)品架構(gòu)
這樣軟件產(chǎn)品的組合是為了滿足如下這些需求：
多專業(yè)協(xié)同工作
? Bentley ProStructures結(jié)構(gòu)加工級模型
? Bentley Analysis 應(yīng)力分析系列
協(xié)同的設(shè)計環(huán)境
? 專業(yè)協(xié)同，內(nèi)容協(xié)同，流程協(xié)同
? 基于局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的部署方式
? 工作內(nèi)容的分級授權(quán)與管理
? 工作標準的統(tǒng)一控制與流程管理
? 版本控制與內(nèi)容管理
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