工廠數字化規劃模板(10篇)

導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇工廠數字化規劃，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

中圖分類號：TV73 文獻標識碼：A 文章編號：

1、工程概況

混凝土面板堆石壩壩頂長度為408.3m，壩頂寬度為10.0m，最大壩高121.5m，大壩上游壩坡1:1.55，下游面設置三條寬3m的水平馬道，一級馬道以上坡比為1：1.6，一級馬道以下坡比為1：1.55。壩頂設有高度為3.3m的防浪墻與面板相接，壩頂高程3204.60m，壩頂設有高度為1.2m 的防浪墻與面板相接。面板頂端厚度0.3m，底部最大厚度0.65m，為不等厚面板，面板間設垂直縫；面板與趾板間設周邊縫；壩頂防浪墻與面板間設伸縮縫。

壩體自上游至下游分別為碎石土蓋重（1B）、上游壤土鋪蓋（1A）、面板（F）、墊層區（2A）、周邊縫處特殊墊層區（2B）、主堆砂礫料區（3B1）、主堆砂礫料區（3B2）、排水區（3F）以及下游壩面砌塊石護坡（3D）。壩體填筑總量507萬m3。其中墊層料、特殊墊層料采用業主提供成品砂礫石料；主堆砂礫料（3B1、3B2）、排水料（3F）主要從C1、C3砂礫石料場開采。

2、C1料場復勘結果

C1砂礫石料場位于壩址區下游大通河右岸出山口的門源縣蘇吉灘鄉燕麥圖呼村一帶Ⅰ～Ⅲ階地，呈長條形沿大通河右岸展布，最大寬度約0.96km，最大長度約1.3km。距壩址區最遠距離約1.9km。C1料場按由上游至下游，由外向里，由近及遠分為A、B、C、D、E、F六個區。復勘時對料場6個料區布置了14個探坑，進行了37組試驗。實驗結果說明如下：

2.1C1料場整體料源級配連續，曲線平滑，超粒徑料較少。

2.2通過對料場復勘試驗檢測資料分析，A、B、C、D、E、F區料源級配相差不大，D＜5mm的顆粒含量在18~31%，0.075mm顆粒含量為0.1~0.3%,均滿足砂礫料3B1、3B2級配包絡曲線的范圍，通過業主、監理溝通，確定3B1、3B2料開采料源為E區和F區，即3B1、3B2料開采過程中均在E、F區同區開采；A、B、C、D區主要開采排水料、墊層料，并布置排水料、墊層料加工系統及篩分料堆放場地。

2.3根據探坑的剖面及現場實際地形，經測算：無用層厚度0.30～1.6m，有用層開采厚度0.9～6.0m，減去料場內小河道、水坑以及墊層料和排水料加工堆放占地面積，砂礫石儲量650.41 萬m3，其中水上砂礫石501.03萬m3，水下砂礫石149.38萬m3。

3、料場規劃原則

經對C1料場復勘后依據施工圖紙工程量、料場資料、施工進度計劃等進行土石方填筑壩料平衡計算。并根據本工程壩料開采、料源布置的特點綜合平衡和充分利用；充分考慮各料場的運距、容量及其它標段直接上壩料等因素，安排各料場的開采量。同時在料場規劃時遵循少占耕地、保護環境、統籌安排、減少干擾、全面規劃、統一布置、就近取料、料盡其用的原則。

4 料場開采

4.1開采程序

砂礫料開采用挖裝設備在C1砂礫石料場直接開采拉運，先清除表層覆蓋層，經試驗合格后開采上壩。開采程序：測量放線開采施工道路修筑覆蓋層揭除分區砂礫石料開采自卸車運輸上壩。

開采時垂直于開采主干道按條帶狀向河岸方向推進開采。條帶寬度擬定為200m，填筑高峰時，可同時進行幾個條帶同步開采，開采條帶間隔錯開，以便于相鄰未開采條帶堆放覆蓋層。待一個條帶開采完畢后，將相鄰條帶堆放的覆蓋及該條帶覆蓋一同回填至已開采條帶內。

砂礫料開采前，首先由反鏟配合自卸車將表層覆蓋層挖至相鄰條帶區，清表主要是將料場區表層50cm～200cm 的多年沉積物及表層有機土質進行清除。砂礫石料開采主要由1.6m3 反鏟挖掘機立面開采為主，20t自卸汽車拉運至填筑區，平均運距1.4km，開采深度3m～8m。若開挖的砂礫料含水量較大則需進行堆放脫水，由現場技術人員根據實際情況進行控制；若開挖料含水量較小，則通過灑水進行調整。在運輸和填筑過程中含水量有損失，所以料場調整含水量時使含水量略大于填筑時的含水量，所超出含水量百分比按現場施工試驗和實際天氣情況確定，保證大壩填筑時砂礫料的含水量為最優含水量。

4.2施工方法

根據對C1進行地質復勘，得出以下結論C1料場砂礫石顆粒組成以卵礫石為主，其中400～300mm占6.84%，300～150mm占10.96%，150～5mm占60.72%，5～0.075mm占18.88%，粒徑＜0.075mm占2.6%。該料場碾壓后滲透系數為10-2cm/s，可直接開采上壩作主堆石料。

開采施工方法：砂礫料開采主要采用1.6m3和1.2m3液壓反鏟挖料裝車，40t自卸汽車直接拉運上壩，對于局部開采粒徑不合格的砂礫石料，挖裝時進行剔除。開采厚度按2m分層開采，第一層（2m）采用平采方式，利用現有1#主干道運至壩面，2m以下采用立面開采，利用一級階地以下的2#主干道運輸至壩面。幾個條狀帶開采過程中，可錯開開采層深（時間），以滿足開采過程中料源均衡開采。在開采過程中，應盡可能地照顧到各個時段的級配平衡。當在施工過程中，有雨天開采料時，應先開采堆存，經自然脫水滿足要求時，再倒運上壩。

5 C1料場施工質量控制

5.1施工前測量人員根據設計提供的控制點和施工圖控制坐標，做好各料場的施工規劃。

5.2應加強開采料場分區先后施工順序的控制，嚴格上壩料級配的質量控制，顆粒的級配應符合規定，砂礫石的最大粒徑不應超過設計規定值。

5.3裝車時應控制每車料的數量相等，避免料不夠或過多，并也要按安全文明施工要求，裝料不得超過車廂板，以免沿途灑落；2A、2B料裝車每車方量應接進，以便等距卸料；施工時應嚴格按施工技術要求執行。

5.4開采中有明確的劃分條帶，使條帶開挖邊界清晰、明確，嚴防開挖混雜和失控。

5.5拉運料物的車輛相對固定，并且時常保持車廂及車體的干凈；不同壩料應在車前駕駛室玻璃處做牌標識。

6 結束語

C1料場通過合理的規劃開采，在施工期間間極大的保證了大壩填筑的質量及進度，同同時通過對C1料場的合理開采最大限度的提高了砂礫料的開采效率及其利用率，通過填筑后的測算納子峽水電站大壩填筑骨料利用率達到97%以上，并且為業主節約征地350畝，得到了建設各方的一直肯定，同時也為類似工程的料場開采積累了寶貴的經驗。

篇2

數字化工廠是以制造產品和提供服務的企業為核心，由核心企業以及一切相關聯的成員構成，使所有運營信息數字化的動態“組織”。通過數字化工廠信息系統有效地組織控制人流、物流、資金流和信息流，實現組織內部所有成員之間的高度協作和資源共享，為客戶提供滿意的產品和服務。而數字化工廠工作流管理系統作為數字化工廠信息系統的基礎，是協調數字化工廠成員內部、成員相互間的各項活動的具體執行者。數字化工廠是指以產品全生命周期的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。是現代數字制造技術與計算機仿真技術相結合的產物，同時具有其鮮明的特征。它的出現給基礎制造業注入了新的活力，主要作為溝通產品設計和產品制造之間的橋梁。

一、數字化工廠概述

數字化工廠（DF）以產品全生命周期的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。在設計部分，CAD和PDM系統的應用已相當普及；在生產部分，ERP等相關的信息系統也獲得了相當的普及，但在解決“如何制造工藝設計”這一關鍵環節上，大部分國內企業還沒有實現有效的計算機輔助治理機制，“數字化工廠”技術與系統作為新型的制造系統，緊承著虛擬樣機（VP）和虛擬制造（VM）的數字化輔助工程，提供了一個制造工藝信息平臺，能夠對整個制造過程進行設計規劃，模擬仿真和治理，并將制造信息及時地與相關部分、供應商共享，從而實現虛擬制造和并行工程，保障生產的順利進行。“數字化工廠”規劃系統通過同一的數據平臺，通過具體的規劃設計和驗證預見所有的制造任務，在進步質量的同時減少設計時間，加速產品開發周期，消除浪費，減少為了完成某項任務所需的資源數目等，實現主機廠內部、生產線供給商、工裝夾具供給商等的并行工程。數字化工廠（DF）是企業數字化輔助工程新的發展階段，包括產品開發數字化、生產準備數字化、制造數字化、管理數字化、營銷數字化。除了要對產品開發過程進行建模與仿真外，還要根據產品的變化對生產系統的重組和運行進行仿真，使生產系統在投入運行前就了解系統的使用性能，分析其可靠性、經濟性、質量、工期等，為生產過程優化和網絡制造提供支持。

二、數字化工廠的關鍵技術

通常研究的制造系統是非線性離散化系統，需要建立產品模型、資源模型制造設備、材料、能源、工夾具、生產人員和制造環境等、工藝模型工藝規則、制造路線等以及生產管理模型系統的限制和約束關系。數字化工廠是建立在模型基礎上的優化仿真系統，所數字化建模技術是數字化工廠的基礎。隨著虛擬設計技術的發展，在計算機中進行產品零件的三維造型、裝配分析和數控加模擬技術以及以上程分析技術不斷發展和完善，這種技術進一步向制造過程領域發展。數字化建模的基礎上，對制造系統進行運動學、動力學、加工能力等各方面進行動態仿真優化。隨著三維造型技術發展，三維實體造型技術已得到普遍的應用。具有沉浸性的虛擬現實技術，使用戶能身臨其境地感受產品的設計過程和制造過程，使仿真的旁觀者成為虛擬環境的組成部分。數字化工，軟件模塊之間以及和其他軟件模塊之間的信息交換和集成。虛擬環境的下具集、各種數據轉換工具、設備控制程序的生成器、各種報表的輸出工具等。

三、數字化工廠的解決方案

（一）產品研發的數字化和虛擬化

數字化工廠通過使用CAX等軟件，建立產品的邏輯、幾何、功能、性能和關聯等模型，實現基于模型的產品定義與關聯設計，在虛擬的數字世界中完成多學科優化、協同設計、優化分析、制造試驗仿真及模擬產品的制造和運營過程（包括虛擬工廠、生產線布局、物流等）。同時，通過PLM與ERP/MES等集成，實現三維模型、數字化工藝指令等信息向生產現場的推送，并與質量、采購、物流等部門進行共享。各部門依據這些共享信息即可開展相應的零部件生產、原材料采購、產品驗收和產品確認等工作。

（二）生產過程的精益化和標準化

數字化工廠是按照精益思想建設的，通過對生產過程進行優化整合，并制定相應的標準化操作規程，確保車間生產節奏更加緊湊和有序。它使用ERP統一管理和下達生產指令，使用MES和數據采集與監控系統實現對生產計劃調度、物料追蹤、數據采集、生產設備狀態監控、工位操作、包裝發貨等生產運營全過程的管理，并將檢測結果與PLM中設計模型進行快速對比，形成從虛擬產品設計到實際生產制造的閉環產品質量控制，實現從原料進廠到產品出廠的生產過程自動化、裝備制造信息化和智能化、生產過程的高度透明化。

（三）車間生產的自動化和集成化

數字化工廠車間生產自動化是在統一通信、統一編程以及統一IT架構的基礎上，通過高運行可靠性和可用性的數據鏈路（物聯網及工業網等），把生產制造過程中眾多獨立的產品、工具與關聯的服務進行集成，支持自動化控制、制造執行和企業資源管理等系統的完美整合。并將網絡與通信、傳感器與感知、自動檢測、人機交互與專家系統等智能化技術加入車間制造單元與生產線中，實現系統自優化、自重構、自診斷，形成高度的柔性生產方式，達到信息技術和制造技術深度融合的目的，使得高度智能的快速生產成為可能。

四、結束語

綠色和人文是數字化工廠的重要特征，所以數字化工廠的建設不僅要求體現數字化、自動化和智能化元素，還要符合綠色人文的需求。它一方面用自動化設備來減輕人員的體力消耗和精神壓力，以及用持續的職業發展規劃來延長員工的工作壽命和工作質量。

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根據學校改革示范校任務目標的發展規劃，結合本學校實際的情況，就一體化工作站提出了建設數字化工廠。通過積極探索，不斷的創新與實踐，充分考慮到今后發展的需要，把企業設計制造過程的現代化無紙化引入學校，真實模擬現代企業的生產經營場景，使學校成為培養高技能高素質的優秀畢業生的理想實踐場所。我校現在已經建立起PLM體驗中心、理實一體化教室、數字化實訓工作站、教學資源庫等數字化平臺。從而實現理論教學、實習訓練的全數字化。為職業教育的“雙師型”師資培養培訓及交流創造良好的數字平臺。

一、“數字化工廠”具體的內涵

信息化建設是現代設計技術的發展方向，是企業走向競爭市場的一次深刻的革命。我們認為從五個方面著手實現“數字化工廠”的目標。對各項目標的具體實施，即為“數字化工廠”具體的內涵。

（1）搭建一體化工作站數字化

搭建安全快速的網絡平臺是一體化工作站信息化的前提。計算機已成為管理人員和操作人員的工具。我校一體化工作站的系統平臺由計算機主機、網絡、數據庫等組成。通過軟件來相連各個系統的平臺，將實訓車間的數控設備與數據管理平臺相連，進而實現對數控設備網絡化管理。當然，操作技術人員必須具備網絡操作能力，只有軟硬件和操作人員都具備了數字化的能力才能實現數字化工廠。

（2）打造無紙生產場景數字化

隨著管理集成系統的搭建，通過數據查詢系統，即可看到學生現階段一體化工作站的任務零件及相關信息如：毛坯尺寸、產品材料、加工圖樣、工藝流程、注意事項等，實現與現代化的生產制造流程接軌。對學生生產用到的數控程序，通過數據終端直接傳輸到機床上進行應用加工，實現無紙化的設計與生產，既提高了生產效率又規范了操作規程。

（3）一體化討論區數字化

在一體化討論區，通過大屏幕投影，可將學生在PLM體驗中心中的工作過程現場調出來，包括產品的三維或二維圖，工藝流程卡、加工模型及刀路軌跡、仿真結果、加工程序等。同時，也可看到車間機床操作面板及產品加工過程。通過模型結果及機床加工過程現場，實現理論與實踐的一體化教學。

（4）一體化工作站管理數字化

通過搭建一體化工作站的管理系統，通過視頻可以看到師生教學在工作臺上的操作場景，包括工件裝夾情況、找正對刀、機床加工等情況。有信息化的支撐，一體化工作站的管理效率大幅度的提高。管理逐步向規范化轉變。

二、建設數字化工廠的體會

幾年來的信息化建設，使我們在探索建立數字化工廠的道路上感受頗多，在此談談自己的心得體會。

（1）規劃管理要統一

信息化建設要統一規劃，在指導部門的安排下進行信息化的建設，信息互聯互通，共享資源，避免重復建設。“應用主導，面向市場”是信息化建設的內在動力和重要手段。

① 強調資源共享時，也耍推進方法和經驗的交流，取長補短。我廠的信息化工作交流活動，將各部門在信息化工作開展過程中的效果和方法進行交流，特別是具有探索性的、難度大的工作，通過交流的方式互相學習進步。

② 建成管理網絡。分三個層次：一層是信息化主管部門負責全廠信息化建設整體規劃及協調工作；二層由專業科室組成，負責在信息化推進過程中結合專業具體開展工作；三層是車間部門層，是各項工作具體落實和實現的地方。

③ 全廠的信息化工作統一規劃。信息化主管部門制定目標，長期目標包括五年計劃，短期目標包括年度和季皮工作計劃等，規劃將包容全廠的信息化工作內容，各部門在此基礎上再制定分解目標，既緊扣總體規劃，又體現自身的個性內容。

（2）現代化技術要合理運用

在建設一體化數字化工廠的過程中，先進的技術是其重要支撐。但是，片面的依賴高、新、全為目標的話，是一個錯誤的誤區，關鍵是要選擇最適合自己的先進的技術。其功能以夠用為主。

（3）推行管理要逐步化

一體化數字工廠是一個長周期的過程，初期投入的時間很長。在建設完善過程中要有耐心和恒心。在建設過程中從人員配合及管理人員的超前意識等等都是一個逐步完善的過程。，要在每一個環節中都能讓大家看到希望，感覺到好處，管理人員覺得不難了，思路清晰了，再將目標提高一個臺階。最終提出了全面推行信息化管理，實現一體化數字化工廠。

（4）操作系統要扁平化

在一體化數字工廠的建設的整個過程中，有些系統在過程中不再適合新條件下生產管理需求。例如，在初期一些小系統的開發，可能到目前為止這些小系統還在用，甚至用得很不錯，但為了完整的大系統，就需要拋棄這些小的孤立的系統，這其實是操作系統需要本身扁平。

（5）建設過程要應用化

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這就是西門子的數字工廠，在對整個產品的生命周期管理中，數字化處處顯現，這也正是Siemens PLM Software的魅力之處。“在新一輪的工業革命中，企業需要思考的是怎樣可以幫助客戶不斷地創新，有了創新的構想之后，我們再幫助他們在制造的質量和設計方面提供軟硬結合的一體化解決方案，這也是我們Siemens PLM Software給客戶帶來的最大價值。”Siemens PLM Software大中華區首席執行官兼董事總經理梁乃明表示。

產品交貨時間縮短50%“智造”速度

數字化的企業平臺能夠帶來什么？Siemens PLM Software的答案是用數字化的方式可以實現精益的生產。

比如，西門子打造的數字化工廠能夠實現社區與制造的融合。按照通常的做法，產品規劃部門完成后提交給研發部門，研發部門開始做開發和設計，研發部門把設計好的圖紙再交給采購或者生產部門，生產部門完成后介入質量部門。

但是這往往存在一個問題，有時候可能因為圖紙改動而造成所有部門變化。反之，如果從產品開始設計的時候就通過數據平臺做到后臺共享，那么，各部門就能做到及時響應，進而縮短產品投入市場的時間，讓設計、制造等環節可以統一融合。

“應用西門子數字化企業平臺解決方案的成都工廠與西門子在中國的其他工廠相比，產品交貨時間縮短了50%。”西門子成都工廠總經理Andreas Bukenberger表示。

“制造環節有各種各樣的參數要求，例如我們加工軌道的寬度、檢測精度，這些數據都可以和我們的研發數據進行同步，然后仿真。研發部門做出來的數據，我們可以通過CAD、CAM這些軟件直接傳送到輸送機床上，這樣就可以解決設計制造融合的時間問題，使之速度更快。”梁乃明解釋道。

“混搭”的流水線“智造”效率

如果接到這樣一個訂單：生產100輛卡車、100輛轎車。傳統的生產工廠可能會按部就班地一樣一樣完成，不過在Siemens PLM Software的幫助下，數字化工廠往往會根據采集到的數據進行分析，或許會做出混搭的生產線。

在西門子數字工廠的工作臺上，會陳列多種不同的零件盒，每個零件盒上都配有指示燈。當自動引導小車送來一款待裝配的產品時，電腦顯示屏上會出現它的信息，相應的所需零件盒上的指示燈亮起，工人們就知道該安裝什么零件了。

這是由于傳感器掃描了產品的條碼信息，并將數據實時傳輸到了MES 系統，MES系統再通過與西門子TIA（全集成自動化系統）的互聯操縱零件盒指示燈，從而代替人完成了思考的過程。如果使用Siemens PLM Software 的Teamcenter軟件，就可以進行靈活地小批量、多批次生產，使它能夠很均勻地、連續流地生產，產生的待售品很少，如此一來，生產過程中需要的原材料消耗也很少，現金流也會較好。

“成都工廠產品的一次通過率（FPY ）可達到99% 以上。”Andreas Bukenberger針對高效生產給出了具體的數字。

引領工業新革命“智造”未來

中國的制造企業都面臨著相似的挑戰：當低廉的勞動力成本不能再作為“中國制造”在全球市場上的優勢標簽，制造企業對變革的需求更為迫切。

為在激烈的全球競爭中保持優勢，制造企業要最大化利用資源，將生產變得更加高效；為適應不斷變化的客戶需求，制造企業必須盡可能地縮短產品上市時間，對市場的響應更加快速；為滿足市場多元化的需求，制造企業還要快速實現各環節的靈活變動，將生產變得更加柔性。而高效、快速、柔性，正是數字化企業為制造業帶來的最大變化。西門子成都工廠這樣的數字化企業的出現，為未來中國制造的變革方向提供了一個良好的參考。

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這種感覺可能是人們對于虛擬現實技術的普遍認識，就是能夠將人們帶入到一種近乎現實的虛擬環境當中。殊不知，虛擬現實技術也在另一個領域產生了巨大的影響，并引發了行業變革。

當前，隨著計算機、傳感、網絡通信等技術的快速發展，虛擬現實逐漸向工業領域滲透應用，為制造業的研發、生產、管理和服務等各環節帶來了深刻變革，進一步推動了智能工廠的發展。日前，西門子在英國一處工廠里安裝了Virtalis虛擬現實（VR）軟件和系統，用于實現裝配工藝的模擬和優化、提高概念設計的效率、精簡設計單位和更加有效地進行工廠規劃，通過VR技術對產品進行制造前的虛擬評估，解決其在制造過程早期階段出現的問題。

虛擬制造技術是以虛擬現實和仿真技術為基礎，對產品的設計、生產過程統一建模，在計算機上實現產品設計、加工、裝配、檢驗等全部流程的模擬和仿真。通過虛擬制造技術，企業能夠在設計階段就對產品制造的全過程進行虛擬集成，預測、檢測、評價產品性能和制造可行性，達到產品的開發周期和成本最小化、產品設計質量的最優化以及生產效率的最大化。奔馳、寶馬、大眾等公司利用虛擬制造技術建立“數字汽車”模型，設計發動機、車體、電氣線路等，并進行碰撞分析和運動分析、模擬數控加工和質量檢驗等，可將新車型的研發生產周期從一年以上縮短至2個月左右，開發成本最多可降到原先的1/10。

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一、引言

“信息化帶動工業化，工業化促進信息化”的國家戰略已取得了世人矚目的成就。信息化對于資產密集型、技術密集型，同時又風險密集型的石化企業來說，扮演著愈發重要的角色，信息化支撐石化企業在安穩長滿優運行的道路上越走越快。“十二五”期間蘭州石化投入大量的人力物力逐步建成了一百多套信息化系統，信息化對業務的支撐已經深入到企業的方方面面，但是依舊未能滿足業務發展的需要，信息孤島的問題也逐漸顯露。為此蘭州石化啟動了數字化工廠系統建設，以期最大限度地滿足業務需要、集成信息資源，減少信息孤島，提升管理效率。新系統給企業能夠帶來怎樣的價值，給企業管理帶來怎樣的改變，是建設新系統之前需要深入分析的課題。

二、數字化工廠概述

數字化工廠的概念最先是在制造業信息化建設中產生的，主要是解決產品設計和產品制造之間的鴻溝，使設計到制造之間的不確定性降低，使生產過程在三維虛擬工廠中得以檢驗，提前發現設計和生產工藝中存在的不足，從而縮短從設計到生產的轉化時間。

對流程工業的石化企業而言，設計和生產的產品并不像制造業的產品那樣有形和可裝配，流程工業的數字化工廠所關注的內容發生了很大變化，主要關注在：集成設計、設備、運行等相關數據，在工廠規劃、裝置設計、工程建設、工廠維護、生產運行、員工培訓、應急演練等業務領域，利用三維虛擬工廠實現對現實工廠立體式監控、浸入式交互和協同式管理。

三、成本實施的費用劃分

分析蘭州石化數字化工廠系統建設費用大體可分為三個部分：系統建設前、系統建設中和系統建設后。系統建設前的費用包括：系統前期技術調研、方案設計、技術咨詢和查新檢索等費用。系統建設中的費用包括：標準定義、硬件購置、軟件許可、接口開發、客戶化開發配置、初始培訓、數據采集優化驗證、歷史數據遷移等。系統建設后的費用包括：軟件維護、服務支持、新用戶培訓、系統改進、硬件維護、變更管理、數據備份等。

四、給企業帶來的收益價值分析

（一）直接收益

1.流暢、優化的數據移交

當今各設計院工程設計已采用三維立體設計，裝置在設計階段已誕生了一套數字化的虛擬裝置，這套帶有各種工程基礎數據的虛擬裝置是煉化企業一筆豐厚的數字資產。但是企業實施數字化工廠系統之前，并沒有一套合適的信息化系統來完整的接收這筆資產。工程移交還停留在紙質圖紙移交方式，移交驗收工作量大，很難高效校驗圖紙的完整性和準確性，也很難使這些工程設計數據在工程建設信息化管理方面發揮作用。通過數字化工廠系統建立了一個自定義的工程數據管理架構，并能固化復雜的校驗規則，實現對裝置工程設計資料的完整接收，和對移交資料的校驗和分析，確保進入系統的數據完整、準確。工程數據電子化移交，使信息交接能力和質量得到極大提升。如德勤對澳大利亞WOODSIDE（烏賽石油公司）數字化工廠項目測算得到：一般每個裝置的工程數據移交費用在100萬到250萬美元之間，實施數字化工廠系統用于數字化移交后，移交費用降到每個裝置25萬美元之內。

2.更高效的信息搜索方式

數字化工廠系統對公司業務流程的效率有著顯著的影響，主要體現在節省了大量的時間。裝置改造、設備維修、動火審批、危險源評估、預案編制、應急救援等管理方案的制定和決策的下達都需要大量的基礎數據提供支持。數據分散，檢索不便會導致決策的延遲，數據不一致、不準確、不充分會導致不恰當的決策和判斷。數字化工廠系統導入了大量裝置設計數據和設備技術數據，以及各種相關的建設、運維、安全數據，并通過集成各種生產運行相關的信息系統，使裝置動靜態數據得以進入一套系統中，數字化工廠系統在數據間建立復雜的網狀關聯關系，通過信息間的互校驗和索引信息，保證了信息的單點查詢、正確無誤和高效檢索，極大地減少了信息的檢索時間。

如德勤對烏賽項目測算得到：用戶用于搜索信息的時間從占用用戶時間的40%降到20%，相當于每個用戶平均每天節省3/4小時，搜索效率提升使用戶平均可以提高10%的生產效率。在蘭州石化各種工程資料和設備資料還是以紙質資料為主，在用信息系統有120多套，信息較為分散，信息集中對信息檢索時間的節約效果將更為明顯。

3.培訓費用降低

數字化工廠系統為多種數據庫和資料庫提供了單一的存取點：ERP、儀表元件庫、文檔管理系統、2D和3D模型、生產運行動態數據、安全環保數據、設備檢維修數據等大量的信息數據，整合到一個系統中，員工查詢信息只需要熟悉一套系統，免去了對員工進行多個信息系統使用方法的培訓。

數字化工廠系統在工藝培訓管理方面，主要通過全裝置三維模型，集成專業培訓系統，實現應用場景、虛擬拆解、異常情況處理、模擬演練、HAZOP分析、知識管理及轉移等員工培訓功能，達到傳統的培訓無法達到的效果與目的。

培訓時間的減少是明顯的，如德勤對烏賽項目測算得到：實施數字化工廠以后對新員工的培訓時間由20小時降到1.5個小時。

4.減少支持性應用程序數量

大量的信息化應用可以直接在數字化工廠系統上實現，如工作流配置和管理。同時數字化工廠系統對所管理的大量不同格式的資料可以在系統中直接打開，用戶以網頁形式在客戶端直接查看資料內容，免去了客戶端購買大量應用和瀏覽軟件工具的費用，和這些軟件的維護、支持費用。如德勤對烏賽石油公司數字化工廠項目測算得到：實施數字化工廠系統后，管理系統由253個降到18個。蘭州石化員工多，各員工都有可能在系統中查詢需要的資料，而這些資料格式多種多樣，每種格式可能需要不同的打開和瀏覽工具，在所有客戶端都配置這些打開和瀏覽工具，將是一筆巨大的軟件費用支出，投入大，使用率卻不高，造成了極大的浪費。數字化工廠系統能夠減少這部分費用支出。

（二）定性與無形收益

除了可量化的收益，數字化工廠系統定性和無形收益還體現在：

1.信息質量的提升帶來更安全的工作環境，降低應用錯誤信息的風險

基礎信息進入數字化工廠系統需要通過自定義的校驗規則的檢驗，集成多個信息系統的數據，數據之間也能夠實現互驗證，這有效地提升了信息的質量，同時信息的跨系統單點查詢使一次查詢所得到的信息更加充分，這為正確有效的決策提供了強大的支撐。有效地降低了不正確不充分的信息導致的決策失誤。基于三維空間的靈活的信息展現方式，也使管理者對信息的掌控得心應手。

2.售出資產具有完善的移交與歸檔數據，使資產售出獲得更大收益

數字化工廠集成了設備、裝置基礎資料，與ERP系統、MES系統、設備管理平臺、預知維修系統、大機組檢測系統等系統集成，加強了對設備、裝置的全生命周期管理。在資產需要更新而出售舊資產過程中能夠提供完善的移交與歸檔數據，更體現出公司對資產的細心和負責，這將使資產在售出過程中贏得客戶的認可和信任，從而獲得更大的收益。

3.工程數據的共享和設計成果的重用，節省更多的工程設計費用支出

數字化工廠系統能夠完整地接收工程設計數據資料，包括工程設計庫數據。進入系統的工程設計模型也能夠導出標準的工程設計二維圖，這使工程數據共享和設計成果的重用更加便捷。公司在裝置改造、新建、擴建過程中可以有效地利用已有的設計成果，促進了設計的標準化，節省了更多的工程設計費用的支出。

4.設備采購、比選更具主動優勢，節省采購成本

完整、準確，查詢便捷的工程設計信息，使采購人員對設備原始設計參數和技術要求更加了解，更加清楚各種表象信息下，哪些技術要求才是需要重點關注的，這使采購人員在設備采購、比選過程中更具主動優勢，采購到最適合需要的設備，節省采購成本。

（三）未來的機會

面對未來，數字化工廠系統提供了更大的應用拓展空間：

1.集成和拓展新的應用系統

數字化工廠系統是一個綜合的集成應用平臺，通過有限的二次開發可以實現更多的應用功能，這使未來需要新建的信息系統大為減少，降低了未來信息化建設的成本。

2.集成移動辦公設備

數字化工廠系統集成移動辦公設備，實現系統工作流各控制點的信息的自動推送和移動辦公，使系統的使用更加便捷和高效，大大提升管理的效率。

3.采用RFID（射頻識別）設備跟蹤識別設備

采用RFID等物流網新技術，實現設備、車輛、人員在數字化工廠三維虛擬空間中的實時定位，有效地提升了公司對生產區域內各對象空間位置信息的掌控，更有利于工廠的安全運行。

4.集成視頻和媒體庫，使現實和虛擬更加融合、真實

通過集成遍布廠區的視頻監控系統，實現虛擬與現實的便捷切換。系統可以聯動各種生產運行數據、火災報警數據、危險源監控數據，在這些數據出現異常時，自動定位異常位置點，顯示實時視頻信息，使異常的應對更加迅速高效。

五、總結

數字化工廠系統是一套開放的信息和應用集成平臺系統，它提供了與現實工廠一致的三維虛擬數字環境，集成在虛擬環境中的海量數字信息使人們更輕松自然地理解并掌控現實裝置，建立在之上的各種應用將為企業提供安穩長滿優運行的信息支撐，為企業積累數據財富，并幫助企業持續降低生產運行和管理成本，其給企業帶來的收益和價值將在企業未來發展中得到逐步體現，為企業管理提升提供強有力的信息支撐。

參考文獻：

[1]管 政 企業信息化需提高投資回報 中國經濟信息 2004 1期57-58

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4月底，這個世界最大的工業技術展在德國舉行。今年展會的主題為“工業融合——發現解決方案”，聚焦智能化、數字化工廠與能源系統的改造，并重點展示工業4.0的實際應用。工業4.0，結合發達的物聯網和信息技術，除了顯著提高工業生產效率與產品質量，更能精準地利用材料和能源，減少資源消耗與污染排放，推動工業領域的綠色發展。據賽迪顧問裝備產業研究中心測算，以“工業4.0”引領的智能制造，將使我國總體生產效率提升25%～30%，降低40%以上的生產線能耗，總碳排放量減少20%以上。

 

智造帶來的綠色變革

 

一輛藍色的大眾轎車前面，屏幕上不斷變化的三維透視圖向人們展示這輛車的內部結構和生產步驟。

 

“通過數字化軟件的計算和控制，我們細致到機械臂給汽車噴涂的每一個動作，都做了優化，以減少多余的運動產生的能耗。”在漢諾威工博會最大的單體展臺上，西門子(中國)有限公司數字化工廠集團及過程工業與驅動集團的專家劉鍇告訴記者。目前，數字化的汽車生產廠已能把生產的整個生命周期，包括設計、規劃、工程、生產，直到最終成品整合為一體，通過集成軟硬件的一體化解決方案實現整個價值鏈的數字化無縫集成。

 

現場同時展示的一輛奔馳汽車，就利用了該公司NX軟件進行產品設計及仿真模擬。“以前很多產品都要生產出來，才知道其實際性能和效果，通過軟件模擬將虛擬與現實生產相結合，大大節省了設計時間成本和樣車生產的能耗、資源成本。”劉鍇說。

 

在展廳的“工業能源”板塊，一個具有互動功能的燈箱模型，直觀展示了能源消費者、傳統發電方式、可再生能源、以及儲能系統之間的相互影響和相互作用，參觀者調節其中的不同因素，能直觀看到從上游電網輸入到輸出，整個復雜環境下各要素的能源消耗量、發熱發電量以及碳排放的變化。

 

數字化更變革了產品制造方式本身。“傳統的制造方法是減材制造，也就是在制造過程中對材料不斷削減加工，原材料消耗相對較大，而增材制造則在生產過程中，通過數字化控制把產品的材料一層一層地‘噴繪’上去。”劉鍇說。3D打印就是增材制造的重要領域之一，可制造出之前用傳統技術無法生產的復雜幾何形狀，以客戶的需求決定產品的設計。

 

記者看到，展臺展示了3D打印增材制造的三種主要方式。一種叫粉末層融合，就是把粉末狀的材料一層一層地鋪在粉末床上，再用激光把粉末熔化成所需要的形狀;第二種是粉末熔積焊接，第三種是材料擠出，是把非常細的塑料絲熔化后再一層一層地堆積起來。

 

目前，已經有大型的跨國數字化工業技術供應商，能夠提供涵蓋整個價值鏈的一體化增材制造軟件和自動化解決方案。

 

加速布局的數字化工廠

 

隨著工業4.0的熱潮從德國涌向全球，越來越多的中國生產企業也感受到數字化引領的工業變革。中國也提出了實施制造強國戰略的第一個行動綱領《中國制造2025》，一方面推進制造業數字化、網絡化、智能化，另一方面是工業能耗、污染物排放的下降。

 

在漢諾威工博會現場，某跨國企業中國研究院數字化工廠專家告訴記者，“2013年我們接到5家企業關于籌建數字化工廠的咨詢，2014年這一數字增加到10家左右，去年上升到幾十家。”

 

事實上，博覽會展現的數字化案例并非紙上談兵，在實踐層面的數字化工廠已經在多地布局。

 

兩年前，西門子在全球布局的第二個數字化工廠在成都落成。而在德國采訪期間，記者有幸參觀了成都這家數字化工廠的“姐姐”——安貝格電子制造工廠，其作為在歐洲乃至全球最先進的數字化工廠，被認為最接近工業4.0概念的工廠。

 

與以往充滿噪音和油污的車間不同，安貝格工廠盡管還保留著上世紀八九十年代的紅磚外觀風格以及1萬平方米的面積，但產能卻較26年前提升了8倍，每年可生產約1200萬件自動化產品，按每年生產230天計算，即平均每秒就能生產出一件產品，產品合格率高達99.9988%。

 

記者看到，明亮寬敞的廠房內不見煙氣與灰塵，齊胸高的灰藍色機柜排成一行。員工身著藍色工服，并不需要自己動手生產，只有生產過程的開頭部分，即員工將初始組件(裸電路板)放置到生產線上的環節，是人工執行的。此后的一切操作都是自動進行。期間只需要操作觸摸屏，通過軟件實現對機器的監控和調節。

 

工廠地面與地下倉庫有一個個小孔洞連通，部件和電路板通過傳送帶從孔洞運上來，并自動運輸到逐個生產環節的機器中，隨即被機械臂抓取加工，之后再放到傳送帶上運往下一環節。

 

上述生產自動化的基礎，是安貝格工廠對超過3億個元器件建立了“身份證”。這些基礎識別信息包括：材質、生產線位置、甚至當時用的扭矩是多少、用什么樣的螺絲釘等等。當一個元件進入時，機器會判斷該用什么溫度以及時間長短，并可以判斷下一個進入的元件是哪一種。安置其間的顯示器上，不斷刷新著數據并閃爍著紅、黃、綠光，告訴工人們每個元器件的加工狀況。

 

近2000億歐元的市場蛋糕

 

當然，除了安貝格工廠這樣的工業數字化頂尖案例，數字化工廠對于中小企業來說也并非高不可攀。

 

“現在每天全球產生的新信息總量達2EB，相當于2000年之前一年的信息量，到2020年全球數據總量將增長至2013年的10倍。目前，我們的自動化業務中，幾乎80%的客戶都是中小企業。”西門子數字化工廠集團首席技術官Bernhard Quendt博士表示，2.0階段的自動化水平較低，很多是通過人力工作。要想邁向4.0階段，首先要提高自動化水平，然后把不同的設備聯系起來。

 

此次工博會上，博世、西門子等龍頭企業都有相應的產品服務，使中小企業加入工業4.0的門檻有所降低，不少解決方案兼容現有生產線，使得中小企業不必另起爐灶。

 

在中國，已有大型的跨國數字化技術供應商與中國醫藥集團聯合工程有限公司、金達控股有限公司、中信戴卡股份有限公司等中國企業建立了數字化企業的合作關系。又如今年3月份簽約的中國石化油有限公司，將根據相關投資管理流程推進在3D實時虛擬現實工廠、生產調度及優化系統、節能系統、工廠運維系統。此外，中建鋼構、華立集團也有數字化工廠的設想并進行了咨詢或評估。

 

據市場調研機構預測，由于工業自動化的出現，數字化制造領域全球銷售額將從2013年的約1600億歐元，增長到2018年的約1950億歐元。

 

工業4.0下的中國企業機遇

 

制造業轉型升級呈現的巨大市場，亦成為國內智能技術供應商競逐的舞臺。

 

“中國政府推出了適合本國制造業發展的‘中國制造2025’戰略。該戰略核心是工業自動化和數字化。德國的工廠設備、企業軟件和系統集成產品具有領先優勢，在中國大受歡迎。中國本身在工業機器人、云計算等工業領域投資巨大，在信息通訊技術領域十分具有競爭力。中德兩國在未來工業合作領域擁有巨大潛力。” 漢諾威工博會新聞發言人布里吉特·曼肯說。

 

記者從工博會了解到，與一些歐美大型企業信息集成度高、涵蓋工業領域廣相比，國內企業在特定的行業，尤其是具有中國特色的行業中，優勢更明顯。例如，作為我國乃至世界陶瓷機械的龍頭，科達節能股份有限公司去年進軍工業軟件領域，推出了工業云平臺，今年首次參加漢諾威工博會。

 

“以往在陶瓷生產中，噴墨打印機、爐窖、拋光設備都是獨立運作的，出現了問題都要現場查看才能知道故障的原因進行處理。而通過物聯網平臺建立數據采集終端后，我們可以把這些設備的數據都傳輸到科大云計算支撐平臺上，實現生產鏈條的遠程監控，故障排查與控制。”科達研發院IT研究室副經理吳啟榮說。陶瓷傳統的生產工藝也因數字化發生變革，科達同時展出的陶瓷噴墨數字打印機，只要輸入個性化的圖案，即可實現自動批量打印。

 

該公司副總裁武楨坦言，雖然國外有的技術比較領先，但中國企業也有自己的優勢。“國外大公司的設計往往缺乏中國應用場景的積累。”

 

在此次工博會上，華為攜帶創新的ICT產品、解決方案和11家客戶及合作伙伴首次參加漢諾威工業博覽會，主要展示其IoT(Internet of Things)聯接管理平臺。與工業云的工作流程類似，平臺內置軟件對海量數據進行分析處理。該平臺可支持測繪、汽車、智慧城市等多個垂直行業的物聯網應用。

 

篇8

中圖分類號：TN711.5文獻標識碼：A 文章編號：

應用背景

AE﹡(﹡化名AE為冶金行業EPC)是一個專業覆蓋面非常廣泛的應用領域，除了工廠管道以外，更有大量的廠房、設備、場地、道路、鐵路、橋梁、自備電站、污水處理以及工程地理信息等眾多的專業子項。這一特點，也對冶金行業應用軟件的選擇提出了更高的要求。 軟件除了能解決本專業的應用問題外，更需要與其他專業能夠實現數據的互用，具有良好的數據兼容能力，能夠實現協同設計。而廣泛的專業軟件覆蓋及數據在專業內部及專業之間的互通互用，使得Bentley在全球冶金行業成為用戶數量最多的軟件供應商。眾多的全球著名EPC公司及業主選擇Bentley的軟件解決方案作為他們的核心軟件環境。

ASE所面臨的挑戰和需求為：同一平臺協作工程 跨專業協作設計實時管控和設計應用軟件平臺統一（尤其是3D設計）最終實現工廠設計數字化。而對平臺及軟件的需求為：易用性實施快捷。重點是與現有正在開發的ERP的集成及功能融合。另外要求要與項目立項及策劃管理設計過程管理項目變更管理項目進度控制管理 ISO質量管理采購管理 施工組織管理及開車管理人工時管理項目文檔合同管理項目查詢與分析等的融合。

項目應用解決方案

1工程項目數字化全生命周期平臺集成方案

Bentley數字化工廠解決方案在ASE應用整體架構規劃圖

Bentley數字化工廠在ASE應用架構數據流向規劃圖

2AE三維工廠設計集成系統實施目標和規劃

作為大型工程技術公司，AE公司擁有鐵燒、焦化、煉鋼、軋鋼、工業爐、總圖 、機制、冶設、土建 、電力、儀表、信息中心、給排水、通風、燃氣、地質、測繪等齊全的多專業勘察設計主線以及優秀的設計人員和設計軟件工具。此項目的規劃及策劃實施，目的在 于利用三維操作的平臺，進一步提高公司自身的設計水平和競爭能力，實現多專業協同設計縮短設計和施工周期，提早投產，創造效益。

因此，我們將構建一個以Bentley三維工廠設計解決方案為基本環境，盡可能 兼容AE公司現有的軟件的集成軟件系統，實現三維數字工廠和協同設計技術在冶金設計行業的應用。

三維協同設計，是真正能夠體現計算機及網絡技術在工程勘察設計行業內數據 價值的系統。這一技術的采用，不僅能夠提高設計的整體效益，更能提高設計質量， 減少設計過程中所產生的錯、漏、碰、缺。

3AE三維工廠設計集成系統實施目標和規劃

基于上述目標及規劃，AE在本項目中如“Bentley數字化工廠解決方案在ASE應用整體架構規劃圖”中所示,其覆蓋的范圍為:

 三維協同輔助設計

 工程設計數據全生命周期管理系統中所有涉及到工程內容部分

 企業資源管理系統中的圖檔及其產生過程，人員與圖檔的相對關系，以及企 業固定資產的管理

具體來說就是：

 以MicroStation為平臺的多專業三維協同設計系統（覆蓋工程的各個專業）

 以ProjectWise為平臺的工程內容管理環境，管理和控制著各種形式（包括 其他產品產生）的工程文檔、工程內容（對象級管理）

 以BentleyFacility為平臺的固定資產管理系統

 以BentleyProjectWiseLifeCycleServer 為平臺的工程數據全生命周期管理系統

Bentley還投入大量的人力物力和技術實現了和其它軟件廠商之間的數據互用， 能夠兼容公司正在運行的現有系統，或與這些系統通過數據交換接口進行對接，充 分保護原有系統投資的延續。例如：機械設計軟件Solidworks、項目管理的P3/P3ec 等。

4多專業協同設計

如何提高多專業的協同操作效率就成為AE關注的關鍵問題。協同操作的內容包括設計平臺的協同、設計標準規范的協同以及模型空間 定位的協同等幾大方面。AE公司完全應用了Bentley 基于MicroStation的三維工程解決方案。規劃使其完全實現專業間的協同操作。

AE采用的Bentley產品結構規劃圖如 下：

真正運用了Bentley工程系列軟件涵蓋專業廣泛，針對性強，統一的操作平臺使得各專業均 在相同的界面上工作的諸多優勢，使其達到實現減少了圖紙格式轉換帶來的麻煩，提高數據傳遞的速度和準 確性。

另外參考工具為多專業協同操作帶來了極大方便，一改以往項目設計專業有時間先 后不同的弊端，使各專業可以同時開展設計工作，并在設計過程當中及時了解其他 專業的設計情況，對設計過程中發生的錯誤及時修改，提高了設計的準確性，并消 除了施工階段的返工現象。

結束語

篇9

國家視野：德國政府于2011年公布《德國高技術戰略2020》，涵蓋工業4.0、數字化進程、智慧服務、大數據、云計算等課題;2013年4月推出《實施工業4.0戰略舉措的建議》。2014年11月頒布《工業4.0標準實施路線圖》

歐洲視野：2014年8月，德國政府頒發《數字化議程2014-2017》，對接歐盟數字化議程項目。在實施工業4.0戰略后又提出“數字化議程”，目的之一是通過“產業的數字化”，包括智能制造與服務、大數據和云計算等領域新的商業模式創新，為德國開辟發展機遇，促進經濟增長和就業，并為工業4.0體系提供長久動力。

國際視野：國際競爭方面，美國政府于2012年推出《美國先進制造業國家戰略計劃》，同年12月通用電氣（GE）提出《工業互聯網》戰略;2013年8月我國工信部《信息化和工業化深度融合專項行動計劃2013-2018》。由此，美國的“工業互聯網”、中國的“兩化深度融合”、德國的“工業4.0”等殊途同歸的工業發展戰略為世人矚目。

國際合作方面，2014年10月中德兩國《中德合作行動綱要：共塑創新》。綱要第二部分“可持續的經濟發展和金融領域合作”，設 “經濟”、“工業4.0合作”、“金融”3大主題。涉及工業4.0合作的內容有：工業生產的數字化（工業4.0）對于未來中德經濟發展具有重大意義，該進程應由企業推進，政府政策支持;建立兩國工業4.0對話機制;將工業4.0議題納入中德標準化合作委員會;進一步深化兩國在移動互聯網、物聯網、云計算、大數據等領域合作。為此，工信部苗圩部長在講到德國工業4.0與中國兩化深度融合關系時，使用了“如出一轍、異曲同工、殊途同歸”三個關鍵詞。

工業4.0的國際探索與實踐案例

據2013年德國“工業4.0前景”報告，47%的公司已積極參與工業4.0計劃，18%的公司參與了對工業4.0的研究，12%的企業已開始實施工業4.0計劃。筆者認為，德國企業既往成績斐然，目前是實施工業4.0戰略的主角，探索最佳實踐眾望所歸。

工業4.0最佳企業實踐

根據文獻研究和筆者2014年訪德交流，工業4.0實施既包括工業4.0創意單位西門子、博世公司和弗勞恩霍夫研究院等，也包括其他諸多企業，如軟件企業SAP和大眾汽車;此外，德國專家還指出諸多中小企業正在努力踐行中。據羅蘭貝格報告（2014），工業4.0最佳企業實踐包括：

德國通快公司作為工業4.0技術提供商，實施了首例“社會化機器（一種人與技術交互而達成產出的環境）”案例，據稱其產品的每一個零件都是智能的，保留著以往加工的所有信息;同時各生產裝置都因互聯而知曉彼此的加工能力，以便生產流程可以自動優化;用戶也得以實時介入乃至干預產品的加工。

德國西門子公司實施工業4.0的醫療工程，一改需要廢時多日適配患者的標準化人造膝蓋和髖關節，在工業4.0方案下僅數小時即可完成個性化產品的人體植入。

英國勞斯萊斯公司采用3D打印技術制造航空發動機元器件，采用輕型材料，并將原需18個月的訂單周期（源于復雜工藝工裝）大大縮減，顯著提高了企業競爭力。

法國達索工業軟件公司，重視工業4.0在產品開發與生產集成方面的應用，實現了從工程到PLM，進而演進到集成虛擬-實體平臺的工業4.0模式，核心內容完整的3D數字化工藝設計、制造和數字化生產線解決方案，以及3D數字化體驗平臺。

工業4.0實踐案例

【德國博世公司實踐案例】作為創意和發起單位，博世參與了德國工業4.0戰略的制訂，其實踐也較完整地表達了工業4.0的內涵。

物聯網和務聯網（IoTS）參考模型：從底層向上依次為物聯網、互聯網系統與服務平臺、務聯網、應用領域等四層，通過機器間（M2M）的無線網絡互聯、業務流程與業務規則的改進，形成了物聯網與務聯網模式。物聯網的IT技術環境包括M2M語義獲取、數據歸集和大數據處理;務聯網的IT技術環境包括互聯的企業、互聯的業務流程和業務規則、云計算與大數據的服務等。博世提供了物聯網套餐或工業4.0“工具箱”軟件系統，為制造企業提供軟件創新解決方案。

“智慧工廠”模型：通過集成IT技術與企業生產的新型商業模式，智慧工廠主要由產品研發與流程，感知與互動環境，生產加工環境，也包括柔性工廠、聯網生產、預測性維護等內容。智慧工廠的外部界面包括自適應的物流模塊，通信與服務模塊，以及云服務的“技術和交易市場”。

工業4.0的應用：智慧服務是工業4.0的核心概念。博世推出“預測性維護”的智慧服務產品，包括實時解釋機器與傳感器數據、分析機器數據及故障預測、規劃維護流程、集成企業IT等環節。對制造企業客戶，好處是提高設備的整體效用和系統運行可靠性，有效利用零部件和產品的最大服務生命周期，并提供專家知識的積累和傳遞。預測性維護的“遠程服務門戶”可集中訪問客戶的機器和系統，并完成遠程軟件更新。

工業4.0路線圖：博世演進開發的工業4.0系統，第一階段開發遠程服務門戶，包括通信平臺建設、對象的狀態監視和預測性維護模塊;第二階段開發基于對象的數據，包括智慧化的適應性測試、物流運輸和庫存數據等;第三階段將開發數據挖掘和分析系統。

【德國西門子公司實踐案例】作為倡導者和踐行者，西門子在漢諾威工業博覽會上展示了工業4.0示范，表達其構建未來智慧生產的能力。

西門子的工業4.0觀：未來企業新增競爭力，將來自通過增加能源和資源使用率來提高企業的經營效益、更多的復雜產品和更大的數據量來縮短產品入市時間、個性化的規模定制和更高的產能來增強產品對市場的適應性。工業4.0宛如“算法化的生產棋盤”，通過聯網的嵌入式技術，與分布式的CPS系統交互，其產品因“縱向集成”而包含加工信息，其生產組織因“橫向集成”而包含整個價值鏈的自組織信息，其生產流程因“端到端的集成”而體現依實時場景的靈活決策。

強調工業信息技術和工業軟件：各類計算機輔助應用軟件、產品數據的協同管理系統、數字化制造軟件、3D流程設計與工廠分析工具、制造執行系統等，實現企業價值創造各環節的緊密相連，優化生產過程。西門子工業部門雇傭了7500位軟件工程師，為其7萬客戶及750萬PLM協議用戶提供專業服務。

“智慧生產”案例：西門子安貝格工廠生產高度數字化，可獨立于實體生產進行仿真與優化;安貝格采用制造執行系統，顯著提高了生產效率和靈活性，允許在一分鐘內更改產品及工序;工廠的測量事件達每日100萬以上，采集后由中央系統保證其數據的一致性;每一件產品都帶有其加工信息，若發現差錯，控制系統可依既定工序進行干預和糾正。由此，安貝格百萬缺陷率僅為15%，成為產品誤差最小的企業。

設計智慧工廠，構建貫穿價值鏈的端到端工程數字化集成：按提高企業生產整體競爭力的要求，從“產品設計”開始，經過“生產規劃”和“生產工程”，到“生產實施”和“服務”等5個環節，展示了工業4.0縱向集成和端到端集成特征。在“產品設計”階段，實現貫穿整個產品生命周期的價值增值，通過產品生命周期管理系統，全面優化企業的產品研發流程。在“生產規劃”階段，通過虛擬仿真技術和PLM解決方案，客戶在實體生產之前即可對生產流程進行模擬檢查和優化，并保證虛擬生產模型與實際生產設備間的無縫互動。在“生產實施”階段，一改傳統單臺產品的優化模式，轉而采用“全集成自動化（TIA）”概念的“集成驅動系統 （IDS）”，一站式地實現了產品系統的增值。

CPS概念的“數字化企業平臺”：數字化企業平臺是實現數字制造的載體，在物聯網、云計算、大數據、工業網絡技術的支持下，通過共同的數據庫和集成工具鏈，集成先進的生產管理系統、生產過程軟件和硬件，達成各種產品元部件生產之間的無縫集成。西門子已開始為我國企業提供數字化企業平臺解決方案。

啟示

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中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2306-1499（2014）12-

1.概念及其作用

數字化工廠是一個集成的計算機網絡環境，用于對企業生產制造過程中的各個環節，在不同的層次上進行設計、仿真、分析和優化，這一環節可以小到一個操作步驟，大到一個生產單元、生產線、生產車間乃至整個公司。它從并行工程的基本理論出發，在產品的設計階段就考慮和解決生產過程中的各類問題，這些問題包括工藝過程設計、工藝裝備、機床設備、刀具、生產線或加工單元的布局、人機工程學、生產調度、物料管理等，真正實現了CAD、CAPE和CAM的一體化。

數字化工廠技術與系統作為新興的制造系統，為制造業企業及其供應商提供了一個共同的制造信息共享、交流平臺，使企業能夠對整個產品制造過程進行設計規劃，模擬仿真和信息化管理，并將制造信息及時地與相關部門、供應商進行交流共享，從而通過統一的數據平臺，實現虛擬制造，實現企業內部各部門、制造車間各生產線和產品供應商等相互之間的并行工程，保障生產的順利進行。數字化工廠可以通過詳細的規劃設計和驗證，預見所有的制造任務，在提高質量的同時減少設計時間，從而加速新產品研發周期，降低研發成本，消除各種浪費。

2.整體架構與實施流程

根據公司的實際情況，確定數字化工廠的整體架構由五個主要部分組成（見圖1），分別為：設計管理、工藝管理、資源管理、數字化制造管理以及產品生命周期管理。具體實施流程如下。

圖1 數字化工廠的整體架構

2.1設計管理

根據市場調研結果、生產制造及營銷改進意見并結合公司發展戰略，由公司董事會向研發中心下達新產品研發和設計改進任務。設計部門通過實體設計軟件進行產品的方案設計和優化，三維實體設計文件統一歸檔至CAXA協同管理的產品結構樹中的3D文檔下按產品型號進行分類集中管理，通過不同的權限設置，研發員、工藝員、車間技術員、公司分管領導和其他相關人員可以進行查看、出庫、入庫、修訂、審核以及等操作，從而達到對該數據的存儲、讀寫等各項操作。實體設計完成后，研發員提報協同管理軟件內部的方案設計審批流程，通過審核后，再通過CAXA軟件本身的集成功能，由三維實體設計直接生成二維圖樣，二維圖樣經過設計標準化、工藝審核和分管領導批準后，最終歸檔并向下序部門下達通知，流程隨之轉入到工藝管理流程。

2.2工藝管理

工藝管理部門接到圖樣歸檔通知后，開始通過CAXA工藝圖表制定產品工藝路線，按產品結構樹中的產品零部件對應關系，填寫相應的工時定額和材料定額并將這些信息強制集中到CAXA協同管理產品結構樹中的工藝文檔下進行統一管理。同上所述，通過不同的權限設置，也可以實現協同管理內產品工藝信息的不同管理操作。

2.3資源管理

通過CAXA協同管理程序，由設計管理中產生的設計BOM和工藝管理中產生的工藝BOM，將由程序自動導出生成，然后提供給用友ERP管理系統，由ERP歸口至生產BOM中，進行除此之外的整個公司資源管理工作。同時，ERP管理系統還要向設計管理程序提供物料基礎檔案，從而順利實現兩個不同管理程序之間的無縫對接。在資源管理中，產品銷售訂單為流程的龍頭，營銷部在接到客戶的訂單后，將有關信息錄入到ERP，隨后流程轉至生產部，生產部開始按設計BOM進行投產，并將生產訂單、委外訂單和采購訂單下發至相關部門處理，相關部門接到訂單后開始組織排產、采購、領料和外協等各項工作，最終經過品質檢驗、總裝和出廠檢驗，入到公司產成品庫，營銷部進行出庫操作，至此產品整個生產、銷售流程便在這個流程中處理完畢。

用友ERP是一個高度集成的信息管理系統，小到日常的考勤管理、后勤管理，大到整個公司的財務管理、生產管理、庫存管理、供應鏈管理（SCM）和客戶關系管理（CRM）等，都能夠在這個平臺上得以順利實現。

2.4數字化制造管理

從ERP下達的生產信息，通過CAXA制造工程師軟件并在CAXA協同管理的協作下，可將這些信息一并顯示到車間的電子顯示屏和各類已經聯網的數控機床上，通過自動編寫加工程序，自動模擬加工軌跡，自動校正加工錯誤等一系列功能，即可實現數字化制造。數字化制造管理還表現在，產品在生產之前就可以通過軟件預先計算出產品的材料定額和工時定額等，從而讓管理者輕松地掌握制造成本，為各項經營管理工作提供了及時準確的財務數據和其他各類管理信息，便于進行后期的經營管理決策。

2.5產品生命周期管理（PLM）

產品生命周期管理是聯系設計管理、工藝管理、資源管理和數字化制造管理的紐帶，它類似于人類的大腦，協調和支配整個數字化工廠的正常運作和相互之間的信息共享、數據存儲、讀取和交換。從客戶對產品的需求開始，到產品淘汰、報廢的全部生命歷程，均可以通過CAXA協同管理PLM來實現，公司組建的PLM基本結構組成如圖2所示。

圖2 CAXA協同管理PLM基本結構組成

3.軟件和硬件架構

數字化工廠的軟件和硬件架構如圖3所示，涉及的軟件有：CAXA協同管理軟件（內含數字簽名、軟件集成、紅線批準和審批流模塊）、CAXA電子圖版、CAXA實體設計、CAXA工藝圖表、CAXA制造工程師、用友ERP-U8；涉及的硬件設施有：電腦、路由器、服務器、網線、顯示屏、數控設備等。

圖3 數字化工廠的軟硬件架構

4.常見問題及解決方案

4.1數據的安全性

考慮到公司領導經常出差，所以管理的實施必須能夠通過移動設備終端來實現。故此，數字化工廠里的所有管理環節和軟硬件設備都需要連接到互聯網上。由于各個電腦、數控設備和服務器之間均與外部的互聯網聯通，為此，數據的安全性成為構建過程中的首要難題。數據安全主要涉及兩個方面：一個是數據不被泄露外傳，一個是數據不被損毀破壞。對于第一個方面，公司引進了加密管理軟件（CASS加密軟件）和網絡管理軟件，對重要數據和文件進行自動加密，對服務器上傳和下載數據進行監控，避免重要數據的流失，同時使之不經過解密，即便流入外網，別人也無法使用；對于第二個方面，公司引進了專業的殺毒軟件和防火墻軟件，同時實施遠程備份和外部存儲備份，確保萬無一失。

4.2流程的時效性

ERP在處理一些流程時，經常會因為某些相關人員出差或遺忘等多種原因，導致流程被擱置，影響工作效率，特別是一些公司高管，如不能及時審批，而下屬又不好督促辦理時，會造成后續工作無法開展。故此這一問題一度造成產品生命周期管理的實施非常不順暢。為此，公司在流程節點上，設置了短信提醒和超時自動處理功能，確保了各項流程的及時處理和流轉。

4.3管理的執行力

為進一步促進無紙化辦公，使各項管理的執行力得到加強，保證整體目標的快速實現，公司還引進了泛微公司的OA管理軟件，輔助數字化工廠建設過程中的各項日常管理工作的開展，特別是在工作任務的下達、跟蹤以及工作責任的分工、落實等方面，該軟件能夠發揮良好的作用，對公司的ERP資源管理和CAXA協同管理的實施是一個強有力的補充。

5.實施的重要意義