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一、概述

隨著企業(yè)對(duì)各類創(chuàng)新技術(shù)的采用以及對(duì)不同資質(zhì)人才的聘用，在新型工業(yè)化的推動(dòng)下數(shù)字化工廠正悄然引領(lǐng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型，并推動(dòng)著制造業(yè)的中心邁向高度定制化的產(chǎn)品和系統(tǒng)。領(lǐng)先的制造型企業(yè)正采用一系列的先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)乃至整條供應(yīng)鏈的數(shù)字化，這些技術(shù)包括大數(shù)據(jù)分析解決方案、端至端的實(shí)時(shí)規(guī)劃和互聯(lián)、自控系統(tǒng)、數(shù)字孿生等。憑借這些技術(shù)，效率得以提升，企業(yè)能夠批量生產(chǎn)高度定制化的產(chǎn)品。然而，想要完全發(fā)揮出數(shù)字化的潛力，企業(yè)仍需要與主要供應(yīng)商和大客戶實(shí)時(shí)互聯(lián)。

作為在電子商務(wù)和電子支付領(lǐng)域內(nèi)全球公認(rèn)的數(shù)字化領(lǐng)先者，中國(guó)在制造業(yè)領(lǐng)域內(nèi)對(duì)數(shù)字化的應(yīng)用卻仍處于起步階段。中國(guó)制造為產(chǎn)業(yè)變革注入了強(qiáng)心針，突顯了戰(zhàn)略緊迫性，但只有在企業(yè)大膽擁抱數(shù)字化的情況下才能取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，并產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

二、數(shù)字化工廠的定義

數(shù)字化工廠正在閃現(xiàn)迷人的色彩，制造業(yè)正在被其光芒所吸引。然而輝光之中，很多企業(yè)也被各種相互矛盾和相互糾纏的概念所混淆，大家都渴望自己擁有一個(gè)洞開一切的神器。而數(shù)字化工廠，的確是一道有著清晰軌跡的光路，它讓人們充分理解智能工廠和工業(yè) 4.0 之間的關(guān)系。

數(shù)字化工廠的定義雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)數(shù)字化工廠的研究越來越多，但是對(duì)于數(shù)字化工廠的定義卻沒有統(tǒng)一的定論。就目前而言，存在兩種數(shù)字化工廠的定義，一種是廣義的，一種是狹義的。

廣義數(shù)字化工廠以生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)的制造企業(yè)為核心企業(yè)，以及相關(guān)聯(lián)的成員，包括核心制造企業(yè)、供應(yīng)商、軟件系統(tǒng)服務(wù)商合作伙伴、協(xié)作廠商、客戶、分銷商、銀行等，包括生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)過程中所有信息數(shù)字化的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。

狹義數(shù)字化工廠以制造資源(resource)、生產(chǎn)操作 (operation) 和產(chǎn)品 (product) 為核心，以產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)等，是產(chǎn)品在生產(chǎn)工位、生產(chǎn)單元、生產(chǎn)線以及整個(gè)工廠中的所有真實(shí)活動(dòng)虛擬化，并對(duì)加工和裝配過程進(jìn)行仿真、試驗(yàn)、分析、優(yōu)化的一種集成組織方式。

實(shí)際上，這也符合工廠企業(yè)的實(shí)際認(rèn)知。數(shù)字化工廠將產(chǎn)品信息數(shù)字化、過程信息數(shù)字化和資源物料信息數(shù)字化，并使這三種數(shù)字化流進(jìn)行有效結(jié)合，是真實(shí)工廠的制造過程 ( 包括設(shè)計(jì)、性能分析、工藝規(guī)劃、加工制造、質(zhì)量檢測(cè)、生產(chǎn)過程管理和控制 )，在計(jì)算機(jī)上的一種映射。

三、數(shù)字化工廠與“工業(yè) 4.0”的關(guān)系

關(guān)于“工業(yè) 4.0”的說法簡(jiǎn)單地說，有兩個(gè)維度，技術(shù)維度就是物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)在制造業(yè)的應(yīng)用，而商業(yè)維度就是用戶驅(qū)動(dòng)。其兩大主題也是讀者耳熟能詳，一是“智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)；二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)交互以及 3D 技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。數(shù)字化工廠和工業(yè) 4.0 之間隔著一個(gè)智能工廠的距離。數(shù)字化本身其實(shí)就是智能的一部分，是一個(gè)入口；而智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上附加了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和各種智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)。

數(shù)字化工廠是智能工廠的落腳點(diǎn)，而智能工廠又是工業(yè) 4.0 的基礎(chǔ)和落腳點(diǎn)。只有實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化工廠，才有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0。

四、數(shù)字化工廠建設(shè)路徑

數(shù)字化工廠是在信息集成的基礎(chǔ)上，對(duì)研發(fā)、制造、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面的過程集成，構(gòu)建數(shù)字化工廠是一項(xiàng)艱巨并且復(fù)雜的系統(tǒng)工程。而任何復(fù)雜系統(tǒng)工程的實(shí)施都離不了系統(tǒng)建模、系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)分析和優(yōu)化，同樣數(shù)字化工廠也不能例外。要全面了解數(shù)字化工廠，建立數(shù)字化工廠的模型和參考架構(gòu)，然后需要有一套完整的方法論、工具和流程對(duì)數(shù)字化工廠的各個(gè)階段進(jìn)行建模、規(guī)劃、分析和優(yōu)化。

數(shù)據(jù)是數(shù)字化工廠的根本所在，需要打造數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)整合方面的能力。通過傳感器，未來的數(shù)字化工廠能夠產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)整合和內(nèi)存方面的技術(shù)能力不斷完善，數(shù)字化工廠與供應(yīng)鏈生態(tài)體系的實(shí)時(shí)整合成為了可能。通過機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)，甚至是供應(yīng)商和客戶，企業(yè)能夠在整條供應(yīng)鏈中實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵供需數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。在未來，數(shù)字化工廠將能夠在客戶需求不足的生產(chǎn)期間規(guī)劃各類維護(hù)和停工檢修安排，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)率的最優(yōu)化。實(shí)現(xiàn)工廠和整個(gè)企業(yè)生態(tài)體系內(nèi)部的全面互聯(lián)，以及對(duì)信息的智能化使用，將成為企業(yè)保持競(jìng)爭(zhēng)力不可或缺的選項(xiàng)?；谝陨咸魬?zhàn)以及數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的必要性，亟須采取的舉措包括：

（1）大處著眼：企業(yè)要想充分挖掘數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值，就應(yīng)當(dāng)打破傳統(tǒng)線性思維，考慮若生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各參與方能夠即刻獲取數(shù)據(jù)和信息，這可以創(chuàng)造什么價(jià)值。

（2）小處著手：面對(duì)資源有限、投資競(jìng)爭(zhēng)激烈的商業(yè)環(huán)境，企業(yè)可確定并優(yōu)先開展個(gè)別價(jià)值驗(yàn)證項(xiàng)目，檢測(cè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型策略，并展示數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)可切實(shí)產(chǎn)生的投資回報(bào)率。

（3）迅速推廣：一旦證實(shí)數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的實(shí)施能夠創(chuàng)造高投資回報(bào)率，企業(yè)就當(dāng)著手在整個(gè)組織層面廣泛實(shí)施這一計(jì)劃。此外，企業(yè)還應(yīng)創(chuàng)造性地應(yīng)對(duì)尋找、培訓(xùn)和保留高技能人才等主要挑戰(zhàn)，調(diào)整企業(yè)內(nèi)部文化，以更具戰(zhàn)略性的途徑創(chuàng)造價(jià)值并滿足顧客需求，進(jìn)而獲取市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

五、通向數(shù)字化工廠的藍(lán)圖

領(lǐng)先的工業(yè)企業(yè)已經(jīng)在數(shù)字化工廠的建設(shè)和發(fā)展方面邁出了堅(jiān)實(shí)的步伐，在提升生產(chǎn)效率的同時(shí)，能夠迅速可靠地生產(chǎn)出更多定制化、高質(zhì)量的產(chǎn)品服務(wù)于市場(chǎng)。對(duì)于許多沒有打算建設(shè)數(shù)字化工廠的企業(yè)而言，缺乏一套數(shù)字化的愿景和企業(yè)文化是讓他們裹足不前的最大阻礙。在我們看來，這正是數(shù)字化工廠先行者們不可獲取的一大要素。數(shù)字化愿景不僅只是考慮各項(xiàng)技術(shù)，而且還定義了這些技術(shù)如何在整個(gè)產(chǎn)品生命周期和企業(yè)生態(tài)圈中相互配合。阻礙企業(yè)制定數(shù)字化工廠計(jì)劃的其他因素還包括機(jī)會(huì)不定、經(jīng)濟(jì)效益不明、投資代價(jià)不菲。

1. 繪制數(shù)字化工廠戰(zhàn)略

制定一套連貫的戰(zhàn)略絕對(duì)是重中之重。數(shù)字化工廠涉及不同技術(shù)的采用，許多技術(shù)很容易臨時(shí)倉(cāng)促上馬。對(duì)于各項(xiàng)技術(shù)如何匹配整體戰(zhàn)略和運(yùn)營(yíng)目標(biāo)，如何與其他現(xiàn)有技術(shù)配合，企業(yè)需要有明確的想法，數(shù)字化愿景也應(yīng)該涵蓋整個(gè)組織，讓數(shù)字化工廠應(yīng)該發(fā)揮 1+1>2的作用。

制定數(shù)字化工廠戰(zhàn)略前，企業(yè)需要認(rèn)識(shí)到自身目前的成熟度，確保人才和技術(shù)得到同等的重視，聚焦能夠帶來價(jià)值最大化的項(xiàng)目。最后，需要組建起一支由高層、中層以及車間工人組成的支持者隊(duì)伍，共同推進(jìn)戰(zhàn)略的落地。

2. 設(shè)立試點(diǎn)項(xiàng)目

數(shù)字化的經(jīng)濟(jì)效益有時(shí)并不容易量化，而且在初始階段，團(tuán)隊(duì)只能提供非常有限的技術(shù)概念和演示，因此可能導(dǎo)致難以爭(zhēng)取到資金和利益相關(guān)方的認(rèn)可。由于數(shù)字化工廠可能會(huì)給整個(gè)勞動(dòng)力帶來深遠(yuǎn)的變革，所以需要讓工人加入到試點(diǎn)工作中。

解決這些問題的手段就是試點(diǎn)。通過試點(diǎn)，企業(yè)能發(fā)現(xiàn)最適合自身的方式，將速贏的成效展現(xiàn)給整個(gè)組織并獲得他們的認(rèn)可，進(jìn)而爭(zhēng)取到資金用于大規(guī)模的推廣。在一兩處生產(chǎn)基地縱向整合，從數(shù)字化工程設(shè)計(jì)到以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為支撐的生產(chǎn)規(guī)劃，是一種可行的試點(diǎn)方案。在主要的生產(chǎn)設(shè)備上安裝傳感器和執(zhí)行裝置，或者使用數(shù)據(jù)分析來探索預(yù)測(cè)性維護(hù)方案，也能取得初步的成效。還可以在特定的工廠中實(shí)現(xiàn)特定產(chǎn)品線的數(shù)字化，將其作為不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化的契機(jī)。當(dāng)然，企業(yè)還可以考慮與初創(chuàng)企業(yè)、高?；蛐袠I(yè)組織等外部的數(shù)字化領(lǐng)先者合作，加快數(shù)字化創(chuàng)新的步伐。

3. 確定所需的能力

生產(chǎn)環(huán)節(jié)中什么最重要？更完善、自動(dòng)化程度更高的物流？為工人提供及時(shí)、定制化的信息？傳感器集成網(wǎng)絡(luò)？我們認(rèn)為，從能力的角度出發(fā)考慮這個(gè)問題能帶來更大的價(jià)值。數(shù)字化工廠的目標(biāo)并不是實(shí)施最酷炫的新裝置，而是達(dá)成提升效率、改善質(zhì)量或增強(qiáng)業(yè)務(wù)本身等特定的目標(biāo)。

根據(jù)試點(diǎn)中汲取的經(jīng)驗(yàn)，從組織、人才、流程和技術(shù)四個(gè)戰(zhàn)略的維度，結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)戰(zhàn)略和整體業(yè)務(wù)目標(biāo)，詳細(xì)勾勒出數(shù)字化工廠所聚焦的能力以及工廠體系的架構(gòu)。

4. 成為數(shù)據(jù)分析和互聯(lián)方面的領(lǐng)先者

流程及質(zhì)量改善、資源管理、預(yù)防性維護(hù)，在數(shù)字化工廠里，這些解決方案幾乎總是與互聯(lián)息息相關(guān)。傳感器協(xié)助收集數(shù)據(jù)，在信息層進(jìn)行分析，然后傳回聯(lián)網(wǎng)的物流設(shè)施和生產(chǎn)設(shè)備上實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)。每家企業(yè)都需要熟練掌握能生成和傳輸數(shù)據(jù)的互聯(lián)工具與系統(tǒng)，以及用于改善效率和質(zhì)量的分析工具。

5. 推動(dòng)工廠向數(shù)字化轉(zhuǎn)型

通向數(shù)字化工廠之路是一條轉(zhuǎn)型之路。如同其他轉(zhuǎn)型一樣，管理變革及其對(duì)員工的影響，是成功的關(guān)鍵。難以發(fā)現(xiàn)合格的人才、缺乏數(shù)字化的企業(yè)文化、部分員工不愿擁抱數(shù)字化變革，這些都是常見的挑戰(zhàn)。

這些問題的解決之道在于及早與員工攜手合作，對(duì)培訓(xùn)和繼續(xù)教育開展投資，而這些投入會(huì)因?yàn)閿?shù)字化工廠所帶來的效率提升而被抵消。

數(shù)字化環(huán)境的培育必須要有領(lǐng)導(dǎo)層的全力支持。高層必須將數(shù)字化工廠戰(zhàn)略視為工作的重點(diǎn)，摒棄保守主義的姿態(tài)加快項(xiàng)目的審批流程，從而讓數(shù)字化團(tuán)隊(duì)加快推進(jìn)轉(zhuǎn)型進(jìn)程。同時(shí)，還需要設(shè)計(jì)簡(jiǎn)練的匯報(bào)渠道，確保數(shù)字化團(tuán)隊(duì)側(cè)重于各類增值活動(dòng)而不是疲于應(yīng)付各類行政要求。

6. 將數(shù)字化工廠與企業(yè)的數(shù)字生態(tài)圈結(jié)合

在推動(dòng)數(shù)字化工廠的過程中，許多企業(yè)都將精力集中在各個(gè)工廠內(nèi)部的縱向整合。在工廠內(nèi)部實(shí)現(xiàn) MES 和 ERP 系統(tǒng)的連接，確實(shí)能實(shí)現(xiàn)顯著的改善。但作為數(shù)字化生態(tài)體系中的一部分，數(shù)字化工廠應(yīng)該發(fā)揮更大的作用。

當(dāng)企業(yè)橫向地將整條供應(yīng)鏈上的供應(yīng)商和客戶信息與數(shù)字化工廠進(jìn)行整合時(shí)，將能帶來更大的效率提升。試想一下：

你可以利用實(shí)時(shí)的短期客戶需求調(diào)整規(guī)劃和生產(chǎn)情況，靈活地根據(jù)客戶的要求做出調(diào)整，以最小的成本換取最大的客戶滿意度。這種利用跟蹤技術(shù)實(shí)現(xiàn)的縱向和橫向整合戰(zhàn)略不僅能讓企業(yè)優(yōu)化規(guī)劃流程和生產(chǎn)執(zhí)行，還能深化企業(yè)與具有戰(zhàn)略意義的供應(yīng)商和客戶之間的紐帶。然而，這些工作只是一個(gè)起步。如果企業(yè)能在產(chǎn)品中整合數(shù)字化功能，就有可能打造出一系列的服務(wù)，將抽象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成具體的價(jià)值。生產(chǎn)流程本身也能通過多種途徑將收集起來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為收入。

在數(shù)字化工廠的深遠(yuǎn)影響下，企業(yè)能夠拓展甚至是徹底改變目前的業(yè)務(wù)模式，不再只是注重生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還能有機(jī)會(huì)在利潤(rùn)豐厚的售后市場(chǎng)中擴(kuò)大份額，提升利潤(rùn)率，并進(jìn)軍全新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

六、總結(jié)

工業(yè) 4.0 使數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界的界限日益模糊，這一變革趨勢(shì)最明顯的表現(xiàn)在于數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)得到日益廣泛的應(yīng)用。數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)能夠綜合來自不同渠道和地區(qū)的數(shù)據(jù)與信息，為產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)和分銷提供助力。傳統(tǒng)的價(jià)值鏈逐漸演變?yōu)榫仃囀降膬r(jià)值網(wǎng)絡(luò)。基于這一網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)能夠與生態(tài)體系內(nèi)的任何相關(guān)方開展數(shù)據(jù)和信息的傳送與接收，從而有效應(yīng)對(duì)多變的市場(chǎng)環(huán)境，并發(fā)掘新的價(jià)值。

數(shù)字化供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)采用互聯(lián)互通的矩陣結(jié)構(gòu)，具有較高的靈活度。這種結(jié)構(gòu)摒棄了傳統(tǒng)的局限于生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)原材料和成品端之間的線性傳播途徑，能夠最大化地提高信息傳播效率，以應(yīng)對(duì)客戶和市場(chǎng)需求的變化，從而促進(jìn)企業(yè)未來的健康發(fā)展。

最后，由于數(shù)字化工廠的轉(zhuǎn)型需要多部門協(xié)調(diào)，往往需要頂層決策者對(duì)數(shù)字化有著較強(qiáng)的決心和較深的認(rèn)識(shí)，能夠指導(dǎo)整個(gè)企業(yè)制定數(shù)字化戰(zhàn)略，帶領(lǐng)企業(yè)順利度過轉(zhuǎn)型，打造出成功的數(shù)字化工廠。