制造业为什么要数字化？

制造业为什么要数字化？

先说结论：制造企业做数字化，核心是为了优化生产过程，提高效率、质量和协同。比如企业打造出数字化车间，就可以整合实体与虚拟，预见设计质量、推进协同，确保执行准确。此外，如果能有效应用数字孪生模型，则可以实现设计、制造的高效衔接，从计划到执行全程可控，促进智能制造发展。【体验产品和获取方案：请点击申请】

所以，企业通过数字化技术，能快速适应市场需求，降低成本，保证产品质量，从而提升竞争力。

制造业要数字化，除了要知晓数字化核心价值外，我们还需要了解更多相关内容，比如“生产管理常遇问题，数字化车间的特征和作用，以及数字孪生模型在制造企业生产过程中的作用”等等。关于这3点，下面一文讲透，保证大家都能轻松看懂。

一、生产管理常见问题

从事生产管理的人员都知道，在生产管理过程中，主要生产要素是“人、机、料”，即操作人员通过“手工方式”或“控制机器”将物料变成产品。在相同的条件下，人的知识、技能和经验起关键作用，生产效率主要决定于车间管理者的能力和执行者的效率，对于离散型制造业更是如此。

实际经营管理者通常会存在以下几个问题：

1、生产不透明：

即使在车间已经引入了ERP系统，生产车间依然存在"盲区"。因为无法实时获取生产数据，管理层、采购部门、销售部门等都无法了解物料是否短缺、设备是否正常运行、产品生产的阶段、员工是否空闲、质量是否达标等关键信息。

2、信息记录与交换滞后：

仍在使用纸质工单、工艺资料和领料单等手段来记录任务、签字、名称及数量等信息。这些方式存在信息不完整、难以检索、容易出错等明显问题，导致信息流程不畅，难以进行有效的信息集成。

3、粗糙的生产计划与控制方法：

车间生产计划包括排产（确定先后顺序）和排程（确定精确时间）两个关键步骤。这对于混合生产和定制生产尤为重要，也是提升车间生产效率的关键环节之一。然而，在传统车间中，这些步骤的质量主要依赖于生产管理人员的经验，缺乏精确性。一旦作业任务分配完成，由于缺乏执行数据反馈，处理生产异常、订单变更和绩效分析等问题变得困难，生产计划与控制难以实现闭环。

4、产品质量追溯困难：

产品质量问题通常在用户使用过程中被发现。由于缺乏生产过程数据，很难追溯问题的根本原因：是员工操作失误、物料质量不合格还是设备故障？这些问题只能依靠经验判断，导致同样的质量问题反复发生。

从这些问题可以看出，传统车间要实现精益生产管理并不容易，更不用说实现智能化了。要解决这些问题，直接有效的方法就是先进行数字化转型，然后逐步实现智能化，逐步提升生产管理水平，降低制造成本。

二、数字化车间具备以下特征和作用：

数字化车间是基于生产设备、生产设施等硬件设施，以降本提质增效、快速响应市场为目的，在对工艺设计、生产组织、过程控制等环节优化管理的基础上，通过数字化、网络化、智能化等手段，在数字虚体环境中，对“人、机、料、法、环”等生产资源与生产过程进行设计、管理、仿真、优化与可视化等工作，以信息数字化及数据流动为主要特征，对生产资源、生产设备、生产设施以及生产过程进行精细、精准、敏捷、高效地管理与控制。

相较于传统车间，数字化车间的显著特点是：在“人、机、料”外，还多了数字虚体（如计算机、网络、软件、模型、报表和图形等组合）。

​三体智能制造模型

那么，什么是车间的数字虚体呢？

它是传统车间中实体和操作在数字空间中的映射。实体映射包括"人、机、料"的数字表示，可以用图片、表格、视频、虚拟现实等形式呈现。操作映射是基于生产过程的动态场景，如生产排产计划、工艺清单和设备运行时间等数据，推演出生产过程的动态场景。因此，数字化车间实际上是虚、实两个版本的镜像车间，也称为“数字孪生模型”。

三、数字孪生模型在制造企业生产过程中的作用主要体现在：

1、预测设计质量和制造过程：

通过建立与制造流程相对应的数字孪生模型，可以详细展现所有制造过程细节，并在虚拟世界中验证这些过程。企业可以在设计阶段通过数字孪生模型预测产品性能，并根据预测结果进行改进和优化。这样，企业在制造流程初期就能够获得详细信息，预见问题并确保每一个细节无误。提前了解如何制造卓越产品，能够更快推向市场，赢得先机。

2、推动设计与制造高效协同：

在数字孪生模型中，产品需求、制造方式、资源等各方面可以进行系统规划，实现设计和制造之间的协同。一旦计划发生变化，数字孪生模型可以方便地更新制造过程，包括更新物料清单、创建新工序、分配操作人员等。数字孪生模型还能辅助设计全过程，如何布局设备、工具、资源和操作人员等，将这些信息与产品设计无缝关联。基于数字孪生模型，推进设计和制造人员的协同，确保设计方案和生产布局的同步，从而提高制造业的敏捷性和效率，帮助企业应对更复杂的制造挑战。

3、确保设计和制造的准确执行：

利用数字孪生模型，可以对不同的生产策略进行模拟和评估，通过大数据分析和统计学技术，快速找出空闲时间，优化生产排程计划，最大化资源利用率。同时，在数字孪生模型中构建规划和执行的闭环，将虚拟世界与现实生产环境结合起来。一旦生产计划开始执行，数字孪生模型可以生成详细的生产工艺指南，并与全过程管理相关联。这意味着任何变更都会自动更新，甚至可以从生产环境中收集实时质量数据，将这些数据叠加在数字孪生模型上，与设计和实际制造结果进行比对，找出差异的原因并提供解决方案，确保生产按计划执行。

​生产管理系统架构——图片来源于：织信低代码

数字化车间的构成？

在结构上，数字化车间可以分为生产控制层和现场执行两部分。生产控制层主要强调的是生产计划控制与执行，通过MES报ERP与企业的现场控制有机地集合盐业，它的主要功能包括 ：排产排程、任务分派、计划跟踪与调整、生产绩效分析、物料管理、设备管理和质量管理等整个车间生产管理和执行控制任务。现场执行层主要强调的是设备的控制，包括数控设备、人机接口单元、数据采集等智能接口设备；实现生产数据采集、工序监控、人机结构管理、设备监控等功能，从生产控制层接收生产指令、系统运行参数等信息，并向其反馈工序进度、设备运行参数、物料使用信息等现场数据。

​数字化车间架构

要实现数字化生产车间，还需要相应的自动化设备、工业网络、IT设施和软件等支持，用于实现数字化车间的功能。数字化车间设备架构包括传感层、控制层和执行层：

1、传感层：

这一层包括传感器、数字设备接口和输入/输出设备等，用于采集车间实时数据和接收操作指令。

2、控制层：

下半部分包括PLC、工业互联网等设备，用于汇聚传感层数据和形成操作指令，通过设备通信网络传递数据。上半部分包括工控机、PC工作站等设备，以及HMI、SCADA等软件系统，用于生成业务数据，通过运营信息网络与执行层通信，实现数据的交换与传递。

3、执行层：

这一层包括服务器、PC、PDA等IT设备设施，以及MES、WMS等管理软件，实现车间生产控制层的各项功能。

​数字化工厂三层企业信息集成模型

​数字化车间的设备设施架构

结语：

企业要想提升运营效率，实现智能制造，必须重视企业信息化系统与设备自动控制系统的无缝连接。MES作为两者之间的桥梁，发挥着至关重要的作用。注重应用MES和相关技术，是推动智能制造建设的基础且关键的工作之一。

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