智能制造背景下工業企業設計制造一體化創新研究

向雪梨 羅曉 余忺杪 彭徽

摘 要：繼2013年德國提出“工業4.0”戰略以后，中國政府通過學習借鑒以及充分結合中國現階段制造業特色，著眼于整個國際國內的經濟發展階段、產業變革的大趨勢，提出了《中國制造2025》的制造強國戰略，智能制造也由此被人們所重視。對于工業企業而言，設計和制造是最為重要的環節，在智能制造的背景下，設計制造的創新率先被人們所探討，因此，本文對智能制造背景下工業企業設計制造一體化創新進行研究。

關鍵詞：智能制造;工業企業;設計;制造

一、工業4.0背景下的工業企業智能制造分析

在全球的生產制造行業中，德國具有領先的地位。這主要是因為德國非常注重工業生產的創新和科研，并且注重對工業生產流程的管理。德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部聯手，并聯合德國工程院等組織，在2013年推動形成了工業4.0的項目。

在德國的“工業4.0”項目當中，其的目標就是智能工程的建設，但是“工業4.0”當前還是個愿景和概念。隨著時間的推移、技術的發展、管理理念的革新，我們對“工業4.0”的認知會漸進明細。在目前的階段當中，主要的工作還是數字化工廠的建設，在“工業4.0”中，數字化工廠是只能發展的基礎。“工業4.0”就是要基于強大的計算機技術、優異的創新能力來構建出數字化的智能工廠。智能工廠要能夠建設和實施，數字化的發展是前提，只有實現了從上到下、由里到外的數字化，才能夠使得制造過程當中的“智能”得以實現。所以，數字化是智能工程能夠建設和運營的關鍵，在數字化的這一根基上，進一步加入智能制造、智能設備等智能因素，才能夠使得智能工廠得以打造出來，使得智能生產成為可能。

制造企業實現“工業4.0”是在“工業3.0”得到良好實踐的基礎上進行的。總體來說就是基于數字化來進行智能制造。在智能制造的過程當中，工廠是其中的核心，工廠的科學化高效管理非常重要，工廠并非自己獨立工作，而是要伴隨著供應鏈上下游，智能電網，運輸物流等共同連接工作，按照物流、訂單情況、資源情況來對生產進行動態的調整。隨著技術的進步、需求的提升，工廠的生產也變得越來越智能化，知道在什么樣的情況下應當進行怎樣的生產，機器也變得更加智能，得以更好地將信息傳輸，這都有助于對生產的組織和控制。

二、工業企業設計制造一體化創新策略

（一）工業企業設計制造一體化創新思路

工業企業設計制造一體化實際是 把智能工廠作為數字化建設的愿景，在柔性靈活的生產模式下，持續提升的生產力，優化的生產資源配置，成本精益的企業文化的基礎上，通過制造過程的數字化、信息化與自動化將推動工廠的整體協同，最終實現智能工廠。

數字化工廠采用了一種全新的方法，其將世界分成兩部分，即虛擬世界和物理世界;虛擬世界里解決產品的設計研發、工藝規劃、仿真驗證等等，在物理世界中就是實實在在的進行產品的加工制造、物料采購、設備運作、工程服務等;然而這兩者不是孤立的，而是虛擬世界設計規劃輸出給物理世界用于指導，而物理世界的實做發生將反饋給虛擬世界用于下一輪的提升改進。通過研發制造一體化來改變傳統價值流的狀態，讓設計制造一體化幫助企業增強制造柔性化能力，以適應混線復雜制造模式，從而可以更好的滿足前端客戶對產品的個性化需求。

（二）西門子工業企業設計制造一體化創新案例分析

在西門子SEWA數字化工廠實際就是依據這樣的一個原理在運作。在此基礎上，能夠決定這個企業核心競爭力要取決于設計和研發的協同程度，產品設計到底多大程度上、要多久可以形成制造規約，實際上是端到端價值鏈的核心環節;如果企業在市場上沒能尋找到創新的點，那么研發和生產一體化的創新程度將推動企業向前。所以認識到這一點，你會發現不單單是西門子SEWA工廠，西門子已經把研發和生產二合一組合發展成為西門子全球工廠的“標準配置”。在設計和生產之間存在一個鴻溝，如果以一個研發制造的項目而言，這個鴻溝所占的比例大約是40%-60%。可見設計制造一體化可以大大提升項目的整體效率。

西門子SEWA數字化工廠，通過設計制造一體化增強制造柔性化能力，以適應混線復雜制造模式從而可以更好的滿足前端客戶對產品的個性化需求。所謂混線復雜制造，就是按照比較特別途徑來識別智能的產品，這樣能夠隨時對產品的情況進行確定，而且還能夠了解到為了使得目標能夠實現，還有什么其他的備選路徑。制造系統讓企業和工廠的信息傳遞變得更加順暢，在業務流程上的相互聯結，使得生產的整體過程都能夠得到控制和管理，各類資源也能夠得到更好的調整和配置。西門子數字化工廠一直在探索制造管理的高效性，2008年第一條完整意義的混線模式的生產線落成。從客戶發起需求到產品設計再到生產執行，是目前非常具有特點和價值的制造業的價值鏈條，其處于一個相對靜態的狀態下，并且完成的時間需要比較久，這樣對于制造的全球化是難以實現的。雖然，基于技術的視角，產品是能夠順利制造的，然而，顧客是不能根據自身的需求選擇定制化的產品的。隨著數字化技術的應用，可以完成價值鏈端到端解決方案：設計、模擬、驗證、制造、服務等涵蓋了客戶各個方面的需求，包括產品的設計、生產、成品產出、后續服務等，各環節都包括在內，各個環節相互依存的關系也在此當中得到了描述。這種數字化工廠的模式制造始終可跟上產品研發相結合，從而讓企業實現滿足用戶的個性化定制產品。

三、結論

通過對全球領先的面向工業4.0的數字化工廠的創新研究和分析，期望能夠將國外先進模式以及實踐經驗進行總結體現，讓企業能夠更好的認知其先進性、創新性，并能夠形成共識和理解，以便于批判地參考和學習進而讓中國企業在實踐中能夠更好的推進和把握，能夠避免不必要的錯誤發生。同時需要認識到，我國企業也要保持清醒頭腦，清楚地認識到我國的國情和制造業的現狀，要能夠看準問題、找出差距，因地制宜地進行數字化工廠建設。

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作者簡介：

1.向雪梨，女，1992年12月20日生，湖北恩施，大學本科，就職于湖北中煙恩施卷煙廠，助理工程師，主要研究方向為機械自動化、安全管理、環境管理類。

2.羅曉，男，1992年11月21日生，湖北省恩施州鶴峰縣人，本科學歷，現就職于湖北中煙工業有限責任公司恩施卷煙廠，助理工程師，主要研究設備管理、智能制造、機電控制等方向。

3.余忺杪，男，1994年03月生，湖北省恩施州利川市人，本科學歷，現就職于湖北中煙工業有限責任公司恩施卷煙廠，助理工程師，主要研究設備管理、智能制造、機電控制等方向。

4.彭徽，男，1992年7月16日生，湖北巴東人，本科學歷，現就職于湖北中煙工業有限責任公司恩施卷煙廠，助理政工師，主要研究政工人文、煙草機械等方向。

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