導(dǎo) 讀 ( 文/ 1878 )

數(shù)字化車間是基于生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施等硬件設(shè)施，以降本提質(zhì)增效、快速響應(yīng)市場(chǎng)為目的，在對(duì)工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織、過(guò)程控制等環(huán)節(jié)優(yōu)化管理的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等手段。

一、什么是數(shù)字化車間

數(shù)字化車間是基于生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施等硬件設(shè)施，以降本提質(zhì)增效、快速響應(yīng)市場(chǎng)為目的，在對(duì)工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織、過(guò)程控制等環(huán)節(jié)優(yōu)化管理的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等手段，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)“人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)”等生產(chǎn)資源與生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)、管理、仿真、優(yōu)化與可視化等工作，以信息數(shù)字化及數(shù)據(jù)流動(dòng)為主要特征，對(duì)生產(chǎn)資源、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施以及生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行精細(xì)、精準(zhǔn)、敏捷、高效的管理與控制。

二、為什么要升級(jí)到數(shù)字化車間

在傳統(tǒng)車間中，主要生產(chǎn)要素是“人、機(jī)、料”，即由人以手工方式或控制機(jī)器將物料變成產(chǎn)品。在相同的設(shè)備條件下，人的知識(shí)、技能和經(jīng)驗(yàn)起主導(dǎo)作用，生產(chǎn)效率主要取決于車間管理者的能力和執(zhí)行者的效率，對(duì)于離散型制造行業(yè)更是如此。具體來(lái)講，傳統(tǒng)車間有如下明顯的基本問(wèn)題：

（1）信息記錄與交換手段落后。采用紙質(zhì)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)（工單）、工藝資料和領(lǐng)料單等載體來(lái)記錄任務(wù)、簽字、名稱及數(shù)量等信息，有信息不完整、難以檢索、容易出錯(cuò)等明顯缺陷，無(wú)法形成完整的信息流，更談不上信息集成。

（2）生產(chǎn)不可見(jiàn)。即使在實(shí)施了ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)企業(yè)中，生產(chǎn)車間也有“盲區(qū)”。由于無(wú)法獲取實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，管理層、采購(gòu)部門、銷售部門等均無(wú)法知道物料是否缺少、設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常、產(chǎn)品生產(chǎn)到哪一步、人員是否空閑以及質(zhì)量是否合格等信息。

（3）產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題難以追溯。產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題常常是在用戶使用時(shí)被發(fā)現(xiàn)的，由于沒(méi)有生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，很難追溯導(dǎo)致問(wèn)題的原因：是人員操作失誤，物料質(zhì)量不合格，還是設(shè)備運(yùn)行異常？這些都只能靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，因此導(dǎo)致同樣的質(zhì)量問(wèn)題反復(fù)出現(xiàn)。

（4）生產(chǎn)計(jì)劃與控制方法粗糙。成見(jiàn)生產(chǎn)計(jì)劃制定包括排產(chǎn)（先后順序）和排程（精確時(shí)間點(diǎn)）兩個(gè)步驟，這對(duì)于混線生產(chǎn)和定制化生產(chǎn)非常重要，是提高車間生產(chǎn)效率最關(guān)鍵的步驟之一。在傳統(tǒng)車間中，排產(chǎn)和排程的好壞基本取決于生管員的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法精確。在作業(yè)任務(wù)被分派后，由于沒(méi)有執(zhí)行數(shù)據(jù)反饋，對(duì)生產(chǎn)異常情況處理、訂單變更和績(jī)效分析等都難以有效應(yīng)對(duì)，計(jì)劃和控制無(wú)法形成閉環(huán)。

顯然，在傳統(tǒng)車間中要實(shí)現(xiàn)精益管理很困難，更談不上智能化。解決途徑是先實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，再逐步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和智能化，漸進(jìn)式提高生產(chǎn)管理水平。

三、數(shù)字化車間的特征

和傳統(tǒng)車間相比，數(shù)據(jù)化車間的顯著特征是：在“人、機(jī)、料”之外多了數(shù)字虛體（計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、軟件、模型、報(bào)表和圖形等的組合）。

在傳統(tǒng)車間中只存在二體：意識(shí)人體和物理實(shí)體。意識(shí)人體是車間管理和生產(chǎn)人員，以及這些人的知識(shí)、技能、經(jīng)驗(yàn)和智慧等構(gòu)成的意識(shí)與行為；物理實(shí)體是設(shè)備、物料、產(chǎn)品、工裝、工位和場(chǎng)地等對(duì)象以及它們形成的生產(chǎn)能力。車間活動(dòng)就是人體用意識(shí)和行為操作或操縱實(shí)體來(lái)完成生產(chǎn)任務(wù)，人的腦力和體力就是生產(chǎn)條件的組成部分，也就是說(shuō)，人體和實(shí)體同樣處于生產(chǎn)回路中。

顯然，按照上述生產(chǎn)方式，人需要?jiǎng)谛膭诹?，而且效率低下?/strong>于是，人們就像，如果機(jī)器、物料等實(shí)體具有人的智能，就可以將人類從繁重的體力或腦力勞動(dòng)中解放出來(lái)，而且生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等都會(huì)有極大提升。計(jì)算機(jī)尤其是軟件技術(shù)的發(fā)展提供了這種可能性。雖然無(wú)法將人腦嫁接在物理實(shí)體（如機(jī)器）上，但可以建立與物理實(shí)體對(duì)應(yīng)的數(shù)字虛體（軟件、模型、數(shù)據(jù)等），將人的知識(shí)、技能、經(jīng)驗(yàn)和智慧植入數(shù)字虛體中，用數(shù)字虛體替代大部分腦力，指揮物理實(shí)體完成“體力”工作，這個(gè)過(guò)程就是智能制造。

仿照上述智能制造的定義，可以通俗地定義：數(shù)字化車間=傳統(tǒng)車間+車間數(shù)字虛體。

那么，什么是車間數(shù)字虛體呢？它是傳統(tǒng)車間中的實(shí)體和行為在數(shù)字空間的映射。實(shí)體映射包括“人、機(jī)、料”的數(shù)字化表現(xiàn)，表達(dá)形式有圖片、表格、視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、數(shù)據(jù)類以及XML文件等。行為映射是根據(jù)采集的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)（如機(jī)器起停時(shí)間、收料數(shù)量和時(shí)間以及工人操作節(jié)拍）推演得到的生產(chǎn)過(guò)程動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。如果數(shù)據(jù)足夠多，就可以想象數(shù)字化車間是虛、實(shí)兩個(gè)版本的鏡像車間，這也被稱作“數(shù)字孿生”。西門子公司在北京數(shù)字化體驗(yàn)中心展示了兩條鏡像生產(chǎn)線：虛擬車間是一排計(jì)算機(jī)屏幕，每個(gè)屏幕上展示一個(gè)軟件（如產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)仿真）；實(shí)體車間是一條真實(shí)的產(chǎn)線，兩條產(chǎn)線的生產(chǎn)對(duì)象和生產(chǎn)過(guò)程一模一樣。

四、數(shù)字化車間的構(gòu)成

總體來(lái)說(shuō)，數(shù)字化車間的數(shù)字虛體由兩個(gè)層次構(gòu)成：生產(chǎn)控制層和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層。

（1）生產(chǎn)控制層：一般由MES軟件實(shí)現(xiàn)，支持車間生產(chǎn)計(jì)劃和控制高層管理活動(dòng)。包括排產(chǎn)排程、任務(wù)分派、計(jì)劃跟蹤與調(diào)整、生產(chǎn)績(jī)效分析、物料管理、設(shè)備管理和質(zhì)量管理等。

（2）現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層：一般由SCADA等數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集和人工操作數(shù)據(jù)采集。設(shè)備數(shù)據(jù)通過(guò)接口自動(dòng)獲取，人工操作數(shù)據(jù)采集需要通過(guò)手工輸入或借助條碼、二維碼、射頻識(shí)別（RFID）等自動(dòng)識(shí)別裝置進(jìn)行采集。設(shè)備數(shù)據(jù)包括設(shè)備狀態(tài)、起停時(shí)間、參數(shù)和執(zhí)行結(jié)果等，人工操作數(shù)據(jù)包括人員、操作時(shí)間和操作類型等。除了數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行層還要完成生產(chǎn)控制層發(fā)出的設(shè)備和人員控制指令。

為了支撐上述功能，數(shù)字化車間要部署相應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、IT設(shè)施和軟件。包括以下三層：

（1）第1層：傳感層，包括傳感器、數(shù)字化設(shè)備接口及I/O等，實(shí)現(xiàn)車間現(xiàn)場(chǎng)層的數(shù)據(jù)采集和操作指令接收功能。本層數(shù)據(jù)主要通過(guò)設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)傳送。本層的數(shù)據(jù)特征是數(shù)字信號(hào)。

(2）第2層：控制層。下半層包括PLC、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，用于匯聚傳感層數(shù)據(jù)及形成操作指令，通過(guò)設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)；上半層包括工控機(jī)、PC工作站等設(shè)備及HMI、SCADA等軟件系統(tǒng)，形成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過(guò)運(yùn)營(yíng)信息網(wǎng)絡(luò)與執(zhí)行層進(jìn)行通信，通過(guò)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)和PLC、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備與傳感層通信。本層的數(shù)據(jù)特征是指令和狀態(tài)。

(3）第3層：執(zhí)行層。包括服務(wù)器、PC、PAD、手機(jī)等IT設(shè)備設(shè)施及MES、WMS等管理軟件，實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)控制層的功能。本層的數(shù)據(jù)特征是業(yè)務(wù)描述。

輕造MES管理系統(tǒng)免費(fèi)3個(gè)月試用

標(biāo)簽：