制造業(yè)為什么要數(shù)字化？

先說結(jié)論：制造企業(yè)之所以要數(shù)字化，核心還是為了優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高效率、質(zhì)量和協(xié)同。

比方說，制造企業(yè)打造出了一個數(shù)字化車間，就可以整合實體與虛擬，預(yù)見設(shè)計質(zhì)量、推進協(xié)同，確保執(zhí)行準確。此外，企業(yè)運用了數(shù)字孿生模型，則可以實現(xiàn)設(shè)計、制造的高效銜接，從計劃到執(zhí)行全程可控，促進智能制造發(fā)展。

所以，企業(yè)通過數(shù)字化技術(shù)，能快速適應(yīng)市場需求，降低成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，從而提升競爭力。

制造業(yè)要數(shù)字化，除了要知曉數(shù)字化核心價值外，我們還需要了解更多相關(guān)內(nèi)容，比如“生產(chǎn)管理常遇問題，數(shù)字化車間的特征和作用，以及數(shù)字孿生模型在制造企業(yè)生產(chǎn)過程中的作用”等等。

關(guān)于這3點，下面一文講透，保證大家都能輕松看懂。

一、生產(chǎn)管理常見問題

從事生產(chǎn)管理的人員都知道，在生產(chǎn)管理過程中，主要生產(chǎn)要素是“人、機、料”，即操作人員通過“手工方式”或“控制機器”將物料變成產(chǎn)品。在相同的條件下，人的知識、技能和經(jīng)驗起關(guān)鍵作用，生產(chǎn)效率主要決定于車間管理者的能力和執(zhí)行者的效率，對于離散型制造業(yè)更是如此。

實際經(jīng)營管理者通常會存在以下幾個問題：

1、生產(chǎn)不透明：

即使在車間已經(jīng)引入了ERP系統(tǒng)，生產(chǎn)車間依然存在"盲區(qū)"。因為無法實時獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，管理層、采購部門、銷售部門等都無法了解物料是否短缺、設(shè)備是否正常運行、產(chǎn)品生產(chǎn)的階段、員工是否空閑、質(zhì)量是否達標等關(guān)鍵信息。

2、信息記錄與交換滯后：

仍在使用紙質(zhì)工單、工藝資料和領(lǐng)料單等手段來記錄任務(wù)、簽字、名稱及數(shù)量等信息。這些方式存在信息不完整、難以檢索、容易出錯等明顯問題，導(dǎo)致信息流程不暢，難以進行有效的信息集成。

3、粗糙的生產(chǎn)計劃與控制方法：

車間生產(chǎn)計劃包括排產(chǎn)（確定先后順序）和排程（確定精確時間）兩個關(guān)鍵步驟。這對于混合生產(chǎn)和定制生產(chǎn)尤為重要，也是提升車間生產(chǎn)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。然而，在傳統(tǒng)車間中，這些步驟的質(zhì)量主要依賴于生產(chǎn)管理人員的經(jīng)驗，缺乏精確性。一旦作業(yè)任務(wù)分配完成，由于缺乏執(zhí)行數(shù)據(jù)反饋，處理生產(chǎn)異常、訂單變更和績效分析等問題變得困難，生產(chǎn)計劃與控制難以實現(xiàn)閉環(huán)。

4、產(chǎn)品質(zhì)量追溯困難：

產(chǎn)品質(zhì)量問題通常在用戶使用過程中被發(fā)現(xiàn)。由于缺乏生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，很難追溯問題的根本原因：是員工操作失誤、物料質(zhì)量不合格還是設(shè)備故障？這些問題只能依靠經(jīng)驗判斷，導(dǎo)致同樣的質(zhì)量問題反復(fù)發(fā)生。

從這些問題可以看出，傳統(tǒng)車間要實現(xiàn)精益生產(chǎn)管理并不容易，更不用說實現(xiàn)智能化了。要解決這些問題，直接有效的方法就是先進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，然后逐步實現(xiàn)智能化，逐步提升生產(chǎn)管理水平，降低制造成本。

二、數(shù)字化車間具備以下特征和作用：

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)市場為目的，在對工藝設(shè)計、生產(chǎn)組織、過程控制等環(huán)節(jié)優(yōu)化管理的基礎(chǔ)上，通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等手段，在數(shù)字虛體環(huán)境中，對“人、機、料、法、環(huán)”等生產(chǎn)資源與生產(chǎn)過程進行設(shè)計、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)流動為主要特征，對生產(chǎn)資源、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施以及生產(chǎn)過程進行精細、精準、敏捷、高效地管理與控制。

相較于傳統(tǒng)車間，數(shù)字化車間的顯著特點是：在“人、機、料”外，還多了數(shù)字虛體（如計算機、網(wǎng)絡(luò)、軟件、模型、報表和圖形等組合）。

那么，什么是車間的數(shù)字虛體呢？

它是傳統(tǒng)車間中實體和操作在數(shù)字空間中的映射。實體映射包括"人、機、料"的數(shù)字表示，可以用圖片、表格、視頻、虛擬現(xiàn)實等形式呈現(xiàn)。操作映射是基于生產(chǎn)過程的動態(tài)場景，如生產(chǎn)排產(chǎn)計劃、工藝清單和設(shè)備運行時間等數(shù)據(jù)，推演出生產(chǎn)過程的動態(tài)場景。因此，數(shù)字化車間實際上是虛、實兩個版本的鏡像車間，也稱為“數(shù)字孿生模型”。

三、數(shù)字孿生模型在制造企業(yè)生產(chǎn)過程中的作用主要體現(xiàn)在：

1、預(yù)測設(shè)計質(zhì)量和制造過程：

通過建立與制造流程相對應(yīng)的數(shù)字孿生模型，可以詳細展現(xiàn)所有制造過程細節(jié)，并在虛擬世界中驗證這些過程。企業(yè)可以在設(shè)計階段通過數(shù)字孿生模型預(yù)測產(chǎn)品性能，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果進行改進和優(yōu)化。這樣，企業(yè)在制造流程初期就能夠獲得詳細信息，預(yù)見問題并確保每一個細節(jié)無誤。提前了解如何制造卓越產(chǎn)品，能夠更快推向市場，贏得先機。

2、推動設(shè)計與制造高效協(xié)同：

在數(shù)字孿生模型中，產(chǎn)品需求、制造方式、資源等各方面可以進行系統(tǒng)規(guī)劃，實現(xiàn)設(shè)計和制造之間的協(xié)同。一旦計劃發(fā)生變化，數(shù)字孿生模型可以方便地更新制造過程，包括更新物料清單、創(chuàng)建新工序、分配操作人員等。數(shù)字孿生模型還能輔助設(shè)計全過程，如何布局設(shè)備、工具、資源和操作人員等，將這些信息與產(chǎn)品設(shè)計無縫關(guān)聯(lián)。基于數(shù)字孿生模型，推進設(shè)計和制造人員的協(xié)同，確保設(shè)計方案和生產(chǎn)布局的同步，從而提高制造業(yè)的敏捷性和效率，幫助企業(yè)應(yīng)對更復(fù)雜的制造挑戰(zhàn)。

3、確保設(shè)計和制造的準確執(zhí)行：

利用數(shù)字孿生模型，可以對不同的生產(chǎn)策略進行模擬和評估，通過大數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計學(xué)技術(shù)，快速找出空閑時間，優(yōu)化生產(chǎn)排程計劃，最大化資源利用率。同時，在數(shù)字孿生模型中構(gòu)建規(guī)劃和執(zhí)行的閉環(huán)，將虛擬世界與現(xiàn)實生產(chǎn)環(huán)境結(jié)合起來。一旦生產(chǎn)計劃開始執(zhí)行，數(shù)字孿生模型可以生成詳細的生產(chǎn)工藝指南，并與全過程管理相關(guān)聯(lián)。這意味著任何變更都會自動更新，甚至可以從生產(chǎn)環(huán)境中收集實時質(zhì)量數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)疊加在數(shù)字孿生模型上，與設(shè)計和實際制造結(jié)果進行比對，找出差異的原因并提供解決方案，確保生產(chǎn)按計劃執(zhí)行。

數(shù)字化車間的構(gòu)成？

在結(jié)構(gòu)上，數(shù)字化車間可以分為生產(chǎn)控制層和現(xiàn)場執(zhí)行兩部分。生產(chǎn)控制層主要強調(diào)的是生產(chǎn)計劃控制與執(zhí)行，通過MES報ERP與企業(yè)的現(xiàn)場控制有機地集合鹽業(yè)，它的主要功能包括 ：排產(chǎn)排程、任務(wù)分派、計劃跟蹤與調(diào)整、生產(chǎn)績效分析、物料管理、設(shè)備管理和質(zhì)量管理等整個車間生產(chǎn)管理和執(zhí)行控制任務(wù)?，F(xiàn)場執(zhí)行層主要強調(diào)的是設(shè)備的控制，包括數(shù)控設(shè)備、人機接口單元、數(shù)據(jù)采集等智能接口設(shè)備；實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、工序監(jiān)控、人機結(jié)構(gòu)管理、設(shè)備監(jiān)控等功能，從生產(chǎn)控制層接收生產(chǎn)指令、系統(tǒng)運行參數(shù)等信息，并向其反饋工序進度、設(shè)備運行參數(shù)、物料使用信息等現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

要實現(xiàn)數(shù)字化生產(chǎn)車間，還需要相應(yīng)的自動化設(shè)備、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、IT設(shè)施和軟件等支持，用于實現(xiàn)數(shù)字化車間的功能。數(shù)字化車間設(shè)備架構(gòu)包括傳感層、控制層和執(zhí)行層：

1、傳感層：

這一層包括傳感器、數(shù)字設(shè)備接口和輸入/輸出設(shè)備等，用于采集車間實時數(shù)據(jù)和接收操作指令。

2、控制層：

下半部分包括PLC、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備，用于匯聚傳感層數(shù)據(jù)和形成操作指令，通過設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)。上半部分包括工控機、PC工作站等設(shè)備，以及HMI、SCADA等軟件系統(tǒng)，用于生成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過運營信息網(wǎng)絡(luò)與執(zhí)行層通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換與傳遞。

3、執(zhí)行層：

這一層包括服務(wù)器、PC、PDA等IT設(shè)備設(shè)施，以及MES、WMS等管理軟件，實現(xiàn)車間生產(chǎn)控制層的各項功能。

結(jié)語：

企業(yè)要想提升運營效率，實現(xiàn)智能制造，必須重視企業(yè)信息化系統(tǒng)與設(shè)備自動控制系統(tǒng)的無縫連接。MES作為兩者之間的橋梁，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。注重應(yīng)用MES和相關(guān)技術(shù)，是推動智能制造建設(shè)的基礎(chǔ)且關(guān)鍵的工作之一。

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