隨著數字技術5G、大數據、邊緣計算、云計算、人工智能、物聯(lián)網等技術快速發(fā)展，以及工業(yè)4.0、中國制造2025、數字中國建設規(guī)劃的深度推進，打造“數字化工廠”成為了很多企業(yè)的重要戰(zhàn)略目標。

什么是“”數字化工廠”？面對數字化轉型帶來的機遇與挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)制造企業(yè)該如何跟上時代的步伐打造數字化工廠？數字化工廠建設對傳統(tǒng)PLM、ERP、MES、WMS等業(yè)務系統(tǒng)帶來哪些挑戰(zhàn)和變化？

01

什么是數字化工廠

數字化工廠DF（Digital Factory，DF）是運用數字技術、大數據、人工智能、物聯(lián)網等先進技術，將生產線和生產設備連接起來，實現(xiàn)高效、自動化、智能化、自適應的一種先進的制造模式。

這種制造模式以數字化工廠為核心，在設計、生產、質量、物流、環(huán)保等領域，實現(xiàn)數據的實時感知、存儲、分析、決策和控制，提高生產效率、降低生產成本、提高產品質量、提升客戶滿意度和創(chuàng)造核心價值。、智能化工廠是智能制造的核心，是未來工業(yè)生產的一種新趨勢和新模式。

數字化工廠提供了全面的制造過程管理，在實際產品生產前，在計算機模擬的環(huán)境中完成虛擬生產全部過程，生成經過“數字化工廠”驗證過的、實際生產所需的各種工藝數據和文檔。

從應用層面看，數字化工廠核心，即是PLM、ERP、MOM、WMS、DCS五大系統(tǒng)的全面集成、打通和融合，并以MOM/MES（制造運營系統(tǒng)）為中樞核心，形成智能制造創(chuàng)新平臺。

1、PLM系統(tǒng)

PLM系統(tǒng)（Product Lifecycle Management）是一種用于整個產品生命周期管理的軟件系統(tǒng)。PLM系統(tǒng)包括設計、開發(fā)、制造、銷售和維護等各個階段，用于協(xié)調和管理整個生命周期的所有過程。

2、ERP系統(tǒng)

ERP系統(tǒng)是一個企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（Enterprise Resource Planning），是一種綜合性的企業(yè)管理軟件，旨在協(xié)調和整合企業(yè)各個方面的業(yè)務流程。ERP系統(tǒng)可以集成銷售、采購、生產、物流、財務等多個業(yè)務領域，使各個部門之間的信息流和業(yè)務流更加協(xié)調和高效。

3、MOM系統(tǒng)

MOM系統(tǒng)（Manufacturing Operations Management）是一種用于制造業(yè)的管理系統(tǒng)，旨在協(xié)調和管理整個生產過程。MOM系統(tǒng)主要包括五個部分：生產管理、過程控制、設備管理、人機交互和數據分析。

4、WMS系統(tǒng)

WMS系統(tǒng)（Warehouse Management System）是一種倉庫管理系統(tǒng)，旨在幫助企業(yè)有效地管理倉庫，實現(xiàn)對供應鏈的優(yōu)化。WMS系統(tǒng)可以管理倉庫中的貨物流動，跟蹤每一件貨物的位置、狀態(tài)和數量，支持物流管理中的各個環(huán)節(jié)，包括收貨、質檢、入庫、存儲、揀選、裝運等。

5、DCS系統(tǒng) SCADA+PLC的生產現(xiàn)場控制系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)（Distributed Control System）是一種分布式控制系統(tǒng)，主要用于工業(yè)自動化和過程控制。DCS系統(tǒng)通過分布在系統(tǒng)各個節(jié)點的控制器和傳感器等裝置，實現(xiàn)對生產過程的實時監(jiān)控和控制。

02

智能制造本質的理解

智能制造本質應用最新工業(yè)工程及數字網絡技術（移動互聯(lián)網、邊緣計算、大數據、人工智能、物聯(lián)網等），重新審視企業(yè)現(xiàn)有流程與生產組織方式，實現(xiàn)企業(yè)在供應、營銷、設計及制造等領域的經營創(chuàng)新，全面推動企業(yè)向生產智能、管理智能化、運營智能方向轉型，以滿足客戶敏捷 、個性、服務化需求。

企業(yè)的數字化和智能化改造大體分為4個階段：自動化產線與生產設備，設備互聯(lián)與數據采集，數據的打通與直接應用、數據智能決策與控制執(zhí)行。這4個階段并不是嚴格按順序進行的，各階段不是孤立且可能跨越多個階段。

數字化工廠的主要環(huán)節(jié)包括：設計、生產、物流、售后等環(huán)節(jié)。關鍵技術包括：人工智能、大數據、物聯(lián)網、邊緣計算、智能制造系統(tǒng)等。其中，數字化建模、虛擬仿真、虛擬現(xiàn)實/加強現(xiàn)實（VR/AR）等技術包含其中。

產品設計環(huán)節(jié)

在產品研發(fā)設計環(huán)節(jié)利用數字化建模技術為產品構建三維模型，利用數值仿真、虛擬現(xiàn)實等技術，對產品在各種條件下的性能進行模擬和測試。產品設計環(huán)節(jié)可以大大縮短設計周期、提高設計質量、快速響應市場需求和定制化生產。

生產規(guī)劃環(huán)節(jié)

利用虛擬仿真技術對生產執(zhí)行進行預規(guī)劃和驗證是數字化工廠生產流程中的一個重要環(huán)節(jié)。通過數字化建模和仿真技術，對生產環(huán)節(jié)進行虛擬仿真，既可以提前預測生產執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)的問題，也可以優(yōu)化和驗證生產方案的可行性。

生產執(zhí)行環(huán)節(jié)

數字化工廠的生產執(zhí)行環(huán)節(jié)是指公司采用數字化技術和工具實現(xiàn)生產計劃和任務的執(zhí)行過程，幫助企業(yè)實現(xiàn)生產計劃與實際情況的一致性，實時監(jiān)測生產設備和生產過程中的參數和指標，并提供實時反饋，幫助企業(yè)及時調整、優(yōu)化生產過程。

倉儲物流環(huán)節(jié)

數字化工廠倉儲環(huán)節(jié)是指利用數字化技術和設備，對倉儲管理進行優(yōu)化升級的過程。通過數字化技術，倉儲環(huán)節(jié)可以實現(xiàn)更精準的庫存管理、更高效的物流運輸和更快速的訂單處理，同時可以有效降低倉儲成本和提高工作效率。

數字化智能化車間的三維結構模型

將數字化建模、數字化控制、數字化管理等技術應用于車間規(guī)劃與改善、生產運行、工藝執(zhí)行、庫存物流、質量控制、設施維護等六大主要業(yè)務活動。 結合5M2E（人員Man，設備Machine，物料Material，方法Method，測量Measurement，能源Energy和環(huán)保Environment）對生產過程中這六個元素進行監(jiān)控和管理，提高生產效率和產品品質，并降低生產成本和資源浪費。

工廠數字化、智能化到一定程度，就能通過智能決策來做執(zhí)行控制和自適應。自適應則指的是系統(tǒng)或設備能夠根據外部環(huán)境的變化、自動調整參數以及工作模式的能力。

就像人體就是天然的自組織，手指破了皮膚會自動修復，運動疲勞了身體會自動恢復，長跑久了在沒有大腦指令的情況下雙腳也能維持和諧的跑姿，走路遇到水溝大腦還沒反應過來雙腿不由自主地跨越過去了。

03

數字化工廠驅使PLM、ERP、MES、WMS等系統(tǒng)解構和重構

通常認為，數字化工廠就是將PLM、ERP、MES、WMS業(yè)務系統(tǒng)組合并實現(xiàn)數據集成，然后結合物聯(lián)網（IoT）、大數據、人工智能等技術，以及基于云計算、邊緣計算等構建的數字化生產平臺，實現(xiàn)生產過程的自動化、數字化和智能化。

但實際情況是否真的如此？在大規(guī)模批量生產的流程制造也許問題還不明顯，但對于小批量、需要較高柔性和可定制性，以及對市場需求反應快的離散型制造就會有較大的問題。

傳統(tǒng)的PLM、ERP、MES、WMS等系統(tǒng)，主要還是基于流程和管理的業(yè)務驅動模式。過去工廠缺少很多一線生產環(huán)節(jié)數據，或信息傳遞較原始，效率較低，而且ERP、CRM、MES等各種信息系統(tǒng)互相獨立，存在很多數據孤島。這些產品通常流程重且死板，適用性差，改造難；系統(tǒng)間多套主數據運營，僅面向企業(yè)內部經營管理，無外部資源整合的能力。

現(xiàn)在開始有一些公司通過新型的管理軟件，對工廠的數據進行整合打通，并在此基礎上提供更高效的信息傳遞、生產管理和協(xié)同，用以適應C2M和OTD。

以C2M場景為例，如果用戶在下單及提出定制化需求后，在這之后取消訂單、修改訂單、追加訂單，或者修改了產品的屬性。這些改變除了在產品數量有變化之外，還會涉及BOM、工藝、設備的變化，然后引起采購需求、生產主計劃、生產計劃、庫存、成本、工序等一系列的變化。

這些變化會首先從PLM系統(tǒng)引發(fā)跟ERP、MES、WMS等系統(tǒng)交互，然后再是各系統(tǒng)的交互和協(xié)同，整個協(xié)同鏈路長，甚至存在鏈路有斷點、信息孤島和數據不一致的問題。

由于企業(yè)自身情況以及廠家各自擅長產品和領域的不同，PLM、ERP、MES、WMS等業(yè)務系統(tǒng)往往是在企業(yè)發(fā)展不同階段，由不同廠家實施和搭建的，然后通過流程和管理來打通和協(xié)同，導致各系統(tǒng)間的關系是串行關系。

但實際上業(yè)務運行的實質是牽一發(fā)而動全身，他們之間是互為網狀關系，但由于信息化時代數字技術還沒發(fā)展起來，還不具備運行網狀關系的條件和基礎。當數字技術充分發(fā)展后，這個網狀協(xié)同關系是可以很好地運作起來，并可事先通過數字孿生、仿真的技術手段在數字世界模擬和驗證。

比如無論是PLM系統(tǒng)，還是ERP、MES、WMS系統(tǒng)，它們中某一個環(huán)節(jié)發(fā)生了變化，作為出發(fā)點均需要同時跟其它幾個系統(tǒng)協(xié)同和交互。

就像在小水溝里丟一塊石頭后，石頭激起的波紋會延著水溝的某個方向延伸，可以看成是串聯(lián)的波動。水溝里的水基本上往一個方向波動，波動結束后水才會整體回流，只是力道減弱了。

如果往水塘中間丟一塊石頭，那么激起的波浪就會向四面八方擴散和迭代。池塘里的水在蕩漾出去后，這個波動自觸發(fā)以后就是連續(xù)的，看起來向外擴散又像是向內回流，已經分不清哪里是開始哪里是結束。水塘這種波浪擴散、延伸和迭代的模式和效果，類似端到端的實時計算和響應，才是數字化工廠和智能制造真正需要的。

以C2M為例，可能一開始用戶需求的變化從PLM開始觸發(fā)后，系統(tǒng)就開始不間斷地運行。但當運行到某個環(huán)節(jié)，這個環(huán)境可能是PLM、也可能是ERP、MES、WMS甚至是DCS發(fā)現(xiàn)異常，然后從異常點開始往四面八方擴散和延伸。這個時候已經說不清誰是開始誰是結束，因為互為因果關系。

也就是說，當數字化、智能化工廠開始運行后，業(yè)務和數據角度看，已經不清楚誰來影響誰，因為它們是你中有我，我中有你，無始無終。就像平時談論到底是先有雞還是先有蛋，永遠都說不清楚，其實也已經不重要了，因為任何事物開始的時候可能就是以終為始，然后結束的時候就是以終為始。

因此，對于C2M和柔性制造的數字化工廠，還需要對PLM、ERP、MES、WMS等系統(tǒng)進行解構和重構。

要解決數據孤島、協(xié)同鏈路長、以及依賴串行流程控制這些問題，就需要這些業(yè)務系統(tǒng)的數據都要采集、存儲到同一個統(tǒng)一的數據平臺里（數據中臺）。然后在此基礎上解構原有的PLM、ERP、MES、WMS等業(yè)務，將共性、關聯(lián)性和協(xié)同性很強的部分融合，原有獨立性較強的核心的模塊繼續(xù)保留，同時也會增加一些新數字孿生、仿真驗證等應用場景。從縱橫向兩個維度對原有的業(yè)務系統(tǒng)進行解構和重構，然后在低代碼平臺進行承載和落地（類似技術中臺+業(yè)務中臺）。

解構和重構等PLM、ERP、MES、WMS系統(tǒng)后，可以實現(xiàn)端到端的數據源統(tǒng)一，實現(xiàn)一體化敏捷運營、智能決策，精確排產、自適應生產管理，全域透明、智慧拉動式生產物流，進而提高生產效率、降低生產成本、提高產品質量、提升客戶滿意度。

這種直接在數據中臺上架構和實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)功能的做法，可以看成是數據中臺智能的延伸，類似直營店和加盟店的關系。“直營店”的數據直接通過低代碼平臺將數據存儲到數據中臺，“加盟店”是先將業(yè)務系統(tǒng)數據存儲到自己的數據庫，然后再將數據庫的數據匯聚到數據中臺。

也許數據中臺的終極目的地就是所有的業(yè)務系統(tǒng)是直接架掛在數據中臺之上，但那個時候也許已經不叫數據中臺了，但是不管它叫什么其實不重要，它出現(xiàn)的時機和使命決定了它的任務和價值所在。

將PLM、ERP、MES、WMS系統(tǒng)解構和重構實施起來會有不小的難度，首先要充分考慮好架構，然后考慮到ERP的功能模塊多且很復雜。但有難度并不代表不可行，比如可以用代碼平臺減少開發(fā)工作量，使用具備豐富ERP產品設計團隊參與和主導。

04

結語

未來，隨著數字化、智能化工廠的規(guī)劃和實現(xiàn)，將會個人就業(yè)、企業(yè)定位以及產業(yè)的布局都會帶來較大的沖擊和影響。

比如未來有實力的制造型企業(yè)可以建設數字化、智能化工廠，沒有實力建設數字化、智能化工廠的企業(yè)，可能需要將企業(yè)核心競爭力聚焦在品牌打造、市場營銷和渠道關系維系等方面，產品設計、制造和物流方面就需要外包出去，逐漸形成營銷型企業(yè)、產品型企業(yè)、生產型企業(yè)、物流型企業(yè)等。

建設數字化、智能化工廠也會對行業(yè)和產業(yè)帶來沖擊，并最終會驅動產業(yè)的分化、融合和重組，形成以“數字產業(yè)+基礎資源產業(yè)“的新產業(yè)體系。

審核編輯 ：李倩