現(xiàn)代企業(yè)數(shù)字化工廠建設研究

摘要：現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展已經(jīng)進入數(shù)字化時代，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，達到降低成本的目的?；诖?，本文主要介紹現(xiàn)代企業(yè)數(shù)字化工廠建設相關情況，以供參考。

關鍵詞：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）是德國政府提出的一個高科技戰(zhàn)略計劃，被稱為第四次工業(yè)革命的先行者。它是一個將生產(chǎn)原料、智能工廠、物流配送、消費者全部編織在一起的大網(wǎng)，消費者只需用手機下單，網(wǎng)絡就會自動將訂單和個性化要求發(fā)送給智能工廠，由其采購原料、設計并生產(chǎn)，再通過網(wǎng)絡配送直接交付給消費者。它由生產(chǎn)原料、智能工廠、物流配送、消費者四大要素和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接而成。其中最關鍵環(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，實現(xiàn)智能制造，即智能工廠。

數(shù)字化工廠對傳統(tǒng)工廠的優(yōu)勢很明顯，有了特定的消費市場細分群體和平臺推送技術，產(chǎn)品通過免費、低價、個性等策略快速搶占市場，對于傳統(tǒng)工廠而言，要實現(xiàn)數(shù)字化工廠，缺少大數(shù)據(jù)平臺接入、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。對此，需要保護好自己的數(shù)字資產(chǎn)，做好私域營銷，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)的風險。

數(shù)字化工廠建設模塊一般由數(shù)據(jù)采集、MES系統(tǒng)設計、AGV原料搬運產(chǎn)品入庫設計、ERP對接、看板設計等。

一、數(shù)據(jù)采集

（一）5G網(wǎng)關+PLC類數(shù)采方式

通過現(xiàn)場調(diào)研可利用PLC網(wǎng)關直連方式進行數(shù)據(jù)采集，采集方式和設備示例如下圖所示。一臺設備配備一臺網(wǎng)關和一個開關電源，對現(xiàn)場部分設備PLC網(wǎng)口占用有，需要備用1交換機給網(wǎng)關和PLC提供接入。網(wǎng)關通過連接設備PLC將數(shù)據(jù)采集到網(wǎng)關數(shù)據(jù)庫中，然后通過5G基站網(wǎng)絡上傳到服務器，最終將數(shù)據(jù)傳到展示應用層進行展示應用。

（二）5G網(wǎng)關+改造類數(shù)采方式

通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場設備需要改造增加IO模塊才能進行采集，改造和采集方式以及設備示例如下圖所示；一臺設備需要配備一臺網(wǎng)關、一臺開關電源和一個IO模塊；網(wǎng)關通過連接加裝的IO模塊將數(shù)據(jù)采集到網(wǎng)關數(shù)據(jù)庫中，然后通過5G基站網(wǎng)絡上傳到服務器，最終將數(shù)據(jù)傳到展示應用層進行展示應用。

二、MES系統(tǒng)設計

MES系統(tǒng)設計的目的是解決制造業(yè)中的訂單何時交付，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；如何減少浪費等問題。

（一）數(shù)字化工廠提供基礎支撐

利用物聯(lián)網(wǎng)技術、監(jiān)控技術及智能系統(tǒng)等新興技術，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預，實現(xiàn)柔性化、智能化和高度集成化，系統(tǒng)具有自主能力，可獨立承擔分析、判斷、決策等任務，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)在人與機器的相互協(xié)調(diào)合作，其本質(zhì)是人機一體化。

（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，實現(xiàn)銷售訂單的全流程透明化管理；在計劃管理方面，車間的生產(chǎn)計劃管理，并實現(xiàn)訂單的全流程跟蹤；在工藝管理方面，實現(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)全過程跟蹤體系；在質(zhì)量管理方面，實現(xiàn)過程質(zhì)量管理，異常收集和處置、自動生成自檢報告；在物料管理方面，實現(xiàn)線邊掃碼收料、線邊庫統(tǒng)計；在人員管理方面，實現(xiàn)對人員工時核算和問題追溯。

2.WMS功能

實現(xiàn)原材料和產(chǎn)成品倉庫的系統(tǒng)化和看板管理。在入庫管理方面，實現(xiàn)原材料和產(chǎn)成品入庫過程管理；在庫內(nèi)管理方面，實現(xiàn)庫內(nèi)業(yè)務管理（調(diào)撥、盤點、移庫、庫存預警）；在出庫管理方面，實現(xiàn)原材料、半成品領料出庫，產(chǎn)成品發(fā)運出庫；在廢品庫管理方面，實現(xiàn)對廢品的過程管理和庫內(nèi)管理。

3.AGV調(diào)度集成

實現(xiàn)與AGV系統(tǒng)的調(diào)度集成。

三、AGV原料、產(chǎn)品入庫搬運設計

（一）原料、產(chǎn)品入庫搬運流程

運行路線設計，根據(jù)原材料庫位和實際使用位置進行路線設計；流程說明，對流程中的每一步進行詳細說明并繪制流程圖。

（二）AGV需要與電梯、輸送線和機械手進行對接交互

通信方式一：要求外設系統(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)為服務端（從站slave）。要求中控系統(tǒng)具備對采集信號的濾波功能，AGV不對光電等外部設備信號做任何分辨，只以中控系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)的點位信號為準。中控系統(tǒng)需提供的信號要求：請求取貨信號、查詢允許取貨、通知取貨完成、請求卸貨信號、查詢允許卸貨、通知卸貨完成。

四、車間生產(chǎn)看板設計

（一）車間看板實現(xiàn)的功能

1.傳遞信息

現(xiàn)場作業(yè)人員眾多，將信息逐一傳遞到每一個人是不現(xiàn)實的。企業(yè)可以通過看板來引導大家統(tǒng)一認識，既準確又迅速，還能避免遺漏，促使現(xiàn)場作業(yè)人員朝著共同目標前進。

2.幫助管理

看板上的數(shù)據(jù)、計劃有利于工作人員保持工作進度，新人更快地熟悉業(yè)務，增強管理人員的責任心。

3.強勢宜導

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

4.褒優(yōu)貶劣

營造競爭的氛圍、明確管理狀況，營造有形及無形的壓力，有利于工作推進。工作成績通過看板來揭示，好、中、差，一目了然，起到激勵先進、鞭策后進的作用。以業(yè)績?yōu)槌叨?，使績效考核更公正、公開、透明化，促進公平競爭，防止績效考核中人為的偏差。讓工作人員了解企業(yè)績效考核的公正性，積極參與公平競爭，使現(xiàn)場充滿活力。

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)字化工廠將實現(xiàn)全自動化管理，為企業(yè)帶來以下優(yōu)勢：

1.生產(chǎn)協(xié)同好

在進度可見方面，可使各設備預計完成時間精準；在工單管理方面，設備工單透明清晰；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，下情上傳，管理規(guī)范，一目了然。

2.效率管理高

在機器效率方面，時間稼動率、OEE、停機時長；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，可對堵塞、積壓、異常監(jiān)控，從而提高機器和人員使用效率。

3.工藝監(jiān)管到位

在工藝存儲方面，不因人員流失而丟失工藝；在工藝報警方面，非法修改參數(shù)報警，而且工藝參數(shù)不因人員流動而丟失，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，用設備參數(shù)判斷質(zhì)量；在關鍵數(shù)據(jù)方面，保存單品關鍵參數(shù)，且具有產(chǎn)品質(zhì)量溯源，產(chǎn)品質(zhì)量有保障。

5.設備運維方便

當出現(xiàn)故障時實時報警；在維護定時方面，根據(jù)運行時長報警；運維日志不可篡改，真實有效；設備運行穩(wěn)定，可以降低維護成本，故障位置可記憶。

6.能耗管理清晰

在分項計量方面，按類、按時長統(tǒng)計；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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作者簡介：戴建友（1976），男，浙江杭州人，本科，高級技師，主要研究方向為現(xiàn)代企業(yè)管理、電氣控制。