現(xiàn)代企業(yè)數(shù)字化工廠建設(shè)研究

摘要：現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，制造業(yè)生產(chǎn)企業(yè)從銷售、生產(chǎn)、質(zhì)量管理、成本管理已經(jīng)離不開數(shù)字化管理，而有效利用工廠的數(shù)字化信息流，利用、控制、管理工廠的工作流、物流和資金流，可實(shí)現(xiàn)工廠內(nèi)部以及各組織內(nèi)所有成員之間的高度協(xié)同和資源共享，達(dá)到降低成本的目的。基于此，本文主要介紹現(xiàn)代企業(yè)數(shù)字化工廠建設(shè)相關(guān)情況，以供參考。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代企業(yè)；數(shù)字化工廠；智能工廠；降低成本

DOI：10.12433/zgkjtz.20241627

在了解數(shù)字化工廠之前，首先需要知道什么是工業(yè)4.0。工業(yè)4.0（Industry4.0）是德國(guó)政府提出的一個(gè)高科技戰(zhàn)略計(jì)劃，被稱為第四次工業(yè)革命的先行者。它是一個(gè)將生產(chǎn)原料、智能工廠、物流配送、消費(fèi)者全部編織在一起的大網(wǎng)，消費(fèi)者只需用手機(jī)下單，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)自動(dòng)將訂單和個(gè)性化要求發(fā)送給智能工廠，由其采購(gòu)原料、設(shè)計(jì)并生產(chǎn)，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)配送直接交付給消費(fèi)者。它由生產(chǎn)原料、智能工廠、物流配送、消費(fèi)者四大要素和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接而成。其中最關(guān)鍵環(huán)節(jié)是智能工廠，智能工廠分兩步走，首先將傳統(tǒng)制造工廠升級(jí)為數(shù)字化工廠，然后將數(shù)字化工廠融合人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能制造，即智能工廠。

數(shù)字化工廠對(duì)傳統(tǒng)工廠的優(yōu)勢(shì)很明顯，有了特定的消費(fèi)市場(chǎng)細(xì)分群體和平臺(tái)推送技術(shù)，產(chǎn)品通過(guò)免費(fèi)、低價(jià)、個(gè)性等策略快速搶占市場(chǎng)，對(duì)于傳統(tǒng)工廠而言，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠，缺少大數(shù)據(jù)平臺(tái)接入、數(shù)據(jù)處理能力，還面臨數(shù)字安全、隱私等法律法規(guī)約束。對(duì)此，需要保護(hù)好自己的數(shù)字資產(chǎn)，做好私域營(yíng)銷，數(shù)據(jù)資產(chǎn)如果輕易給出，就有可能出現(xiàn)破壞自身數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)。

數(shù)字化工廠建設(shè)模塊一般由數(shù)據(jù)采集、MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)、AGV原料搬運(yùn)產(chǎn)品入庫(kù)設(shè)計(jì)、ERP對(duì)接、看板設(shè)計(jì)等。

一、數(shù)據(jù)采集

（一）5G網(wǎng)關(guān)+PLC類數(shù)采方式

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研可利用PLC網(wǎng)關(guān)直連方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集方式和設(shè)備示例如下圖所示。一臺(tái)設(shè)備配備一臺(tái)網(wǎng)關(guān)和一個(gè)開關(guān)電源，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)部分設(shè)備PLC網(wǎng)口占用有，需要備用1交換機(jī)給網(wǎng)關(guān)和PLC提供接入。網(wǎng)關(guān)通過(guò)連接設(shè)備PLC將數(shù)據(jù)采集到網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后通過(guò)5G基站網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器，最終將數(shù)據(jù)傳到展示應(yīng)用層進(jìn)行展示應(yīng)用。

（二）5G網(wǎng)關(guān)+改造類數(shù)采方式

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需要改造增加IO模塊才能進(jìn)行采集，改造和采集方式以及設(shè)備示例如下圖所示；一臺(tái)設(shè)備需要配備一臺(tái)網(wǎng)關(guān)、一臺(tái)開關(guān)電源和一個(gè)IO模塊；網(wǎng)關(guān)通過(guò)連接加裝的IO模塊將數(shù)據(jù)采集到網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后通過(guò)5G基站網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器，最終將數(shù)據(jù)傳到展示應(yīng)用層進(jìn)行展示應(yīng)用。

二、MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)

MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是解決制造業(yè)中的訂單何時(shí)交付，產(chǎn)能如何分配；生產(chǎn)流程中上下游如何協(xié)同；如何控制成本與效率；如何確保產(chǎn)品質(zhì)量；如何確保質(zhì)量可追溯；如何減少浪費(fèi)等問(wèn)題。

（一）數(shù)字化工廠提供基礎(chǔ)支撐

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)及智能系統(tǒng)等新興技術(shù)，提高生產(chǎn)過(guò)程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)柔性化、智能化和高度集成化，系統(tǒng)具有自主能力，可獨(dú)立承擔(dān)分析、判斷、決策等任務(wù)，突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，因此，數(shù)字工廠體現(xiàn)在人與機(jī)器的相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)是人機(jī)一體化。

（二）搭建銷售、生產(chǎn)和物流一體化的解決方案

1.MES功能總體概括

在銷售管理方面，實(shí)現(xiàn)銷售訂單的全流程透明化管理；在計(jì)劃管理方面，車間的生產(chǎn)計(jì)劃管理，并實(shí)現(xiàn)訂單的全流程跟蹤；在工藝管理方面，實(shí)現(xiàn)工藝路線、工藝配方管理；在生產(chǎn)跟蹤方面，建立產(chǎn)品的生產(chǎn)全過(guò)程跟蹤體系；在質(zhì)量管理方面，實(shí)現(xiàn)過(guò)程質(zhì)量管理，異常收集和處置、自動(dòng)生成自檢報(bào)告；在物料管理方面，實(shí)現(xiàn)線邊掃碼收料、線邊庫(kù)統(tǒng)計(jì)；在人員管理方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員工時(shí)核算和問(wèn)題追溯。

2.WMS功能

實(shí)現(xiàn)原材料和產(chǎn)成品倉(cāng)庫(kù)的系統(tǒng)化和看板管理。在入庫(kù)管理方面，實(shí)現(xiàn)原材料和產(chǎn)成品入庫(kù)過(guò)程管理；在庫(kù)內(nèi)管理方面，實(shí)現(xiàn)庫(kù)內(nèi)業(yè)務(wù)管理（調(diào)撥、盤點(diǎn)、移庫(kù)、庫(kù)存預(yù)警）；在出庫(kù)管理方面，實(shí)現(xiàn)原材料、半成品領(lǐng)料出庫(kù)，產(chǎn)成品發(fā)運(yùn)出庫(kù)；在廢品庫(kù)管理方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢品的過(guò)程管理和庫(kù)內(nèi)管理。

3.AGV調(diào)度集成

實(shí)現(xiàn)與AGV系統(tǒng)的調(diào)度集成。

三、AGV原料、產(chǎn)品入庫(kù)搬運(yùn)設(shè)計(jì)

（一）原料、產(chǎn)品入庫(kù)搬運(yùn)流程

運(yùn)行路線設(shè)計(jì)，根據(jù)原材料庫(kù)位和實(shí)際使用位置進(jìn)行路線設(shè)計(jì)；流程說(shuō)明，對(duì)流程中的每一步進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明并繪制流程圖。

（二）AGV需要與電梯、輸送線和機(jī)械手進(jìn)行對(duì)接交互

通信方式一：要求外設(shè)系統(tǒng)支持Modbus TCP通信，AGV系統(tǒng)為客戶端（主站master），電梯控制系統(tǒng)為服務(wù)端（從站slave）。通信方式二：要求中控系統(tǒng)支持modbus tcp通信，AGV系統(tǒng)為客戶端（主站master），中控系統(tǒng)為服務(wù)端（從站slave）。要求中控系統(tǒng)具備對(duì)采集信號(hào)的濾波功能，AGV不對(duì)光電等外部設(shè)備信號(hào)做任何分辨，只以中控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的點(diǎn)位信號(hào)為準(zhǔn)。中控系統(tǒng)需提供的信號(hào)要求：請(qǐng)求取貨信號(hào)、查詢?cè)试S取貨、通知取貨完成、請(qǐng)求卸貨信號(hào)、查詢?cè)试S卸貨、通知卸貨完成。

四、車間生產(chǎn)看板設(shè)計(jì)

（一）車間看板實(shí)現(xiàn)的功能

1.傳遞信息

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員眾多，將信息逐一傳遞到每一個(gè)人是不現(xiàn)實(shí)的。企業(yè)可以通過(guò)看板來(lái)引導(dǎo)大家統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，既準(zhǔn)確又迅速，還能避免遺漏，促使現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員朝著共同目標(biāo)前進(jìn)。

2.幫助管理

看板上的數(shù)據(jù)、計(jì)劃有利于工作人員保持工作進(jìn)度，新人更快地熟悉業(yè)務(wù)，增強(qiáng)管理人員的責(zé)任心。

3.強(qiáng)勢(shì)宜導(dǎo)

展示改善過(guò)程，讓工作人員都能學(xué)到好的方法與技巧，展示改善成績(jī)，讓參與者有成就感、自豪感。

4.褒優(yōu)貶劣

營(yíng)造競(jìng)爭(zhēng)的氛圍、明確管理狀況，營(yíng)造有形及無(wú)形的壓力，有利于工作推進(jìn)。工作成績(jī)通過(guò)看板來(lái)揭示，好、中、差，一目了然，起到激勵(lì)先進(jìn)、鞭策后進(jìn)的作用。以業(yè)績(jī)?yōu)槌叨龋箍?jī)效考核更公正、公開、透明化，促進(jìn)公平競(jìng)爭(zhēng)，防止績(jī)效考核中人為的偏差。讓工作人員了解企業(yè)績(jī)效考核的公正性，積極參與公平競(jìng)爭(zhēng)，使現(xiàn)場(chǎng)充滿活力。

5.加深客戶印象

看板能讓客戶迅速而全面地了解企業(yè)，并留下深刻的良好印象，從而讓客戶或其他人員由衷地贊嘆企業(yè)的管理水平。

（二）看板樣式

現(xiàn)代企業(yè)的數(shù)字化工廠將實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化管理，為企業(yè)帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì)：

1.生產(chǎn)協(xié)同好

在進(jìn)度可見(jiàn)方面，可使各設(shè)備預(yù)計(jì)完成時(shí)間精準(zhǔn)；在工單管理方面，設(shè)備工單透明清晰；在生產(chǎn)協(xié)同方面，各崗位清楚知道工作計(jì)劃；在電子看板方面，車間全貌一切在握；在安燈系統(tǒng)方面，上情下達(dá)，下情上傳，管理規(guī)范，一目了然。

2.效率管理高

在機(jī)器效率方面，時(shí)間稼動(dòng)率、OEE、停機(jī)時(shí)長(zhǎng)；在人員效率方面，生產(chǎn)節(jié)拍，效率正態(tài)分布；在流程瓶頸方面，可對(duì)堵塞、積壓、異常監(jiān)控，從而提高機(jī)器和人員使用效率。

3.工藝監(jiān)管到位

在工藝存儲(chǔ)方面，不因人員流失而丟失工藝；在工藝報(bào)警方面，非法修改參數(shù)報(bào)警，而且工藝參數(shù)不因人員流動(dòng)而丟失，具有防竊功能，保密性好。

4.質(zhì)量分析全面

在參數(shù)異常方面，用設(shè)備參數(shù)判斷質(zhì)量；在關(guān)鍵數(shù)據(jù)方面，保存單品關(guān)鍵參數(shù)，且具有產(chǎn)品質(zhì)量溯源，產(chǎn)品質(zhì)量有保障。

5.設(shè)備運(yùn)維方便

當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)實(shí)時(shí)報(bào)警；在維護(hù)定時(shí)方面，根據(jù)運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)報(bào)警；運(yùn)維日志不可篡改，真實(shí)有效；設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，可以降低維護(hù)成本，故障位置可記憶。

6.能耗管理清晰

在分項(xiàng)計(jì)量方面，按類、按時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)；在單品能耗方面，以產(chǎn)量定能耗；在水氣電冷熱管理方面，綜合管理，節(jié)能降耗，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

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作者簡(jiǎn)介：戴建友（1976），男，浙江杭州人，本科，高級(jí)技師，主要研究方向?yàn)楝F(xiàn)代企業(yè)管理、電氣控制。