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数字化车间的建设主线
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，在计算机虚拟环境中，对人、机、料、法、环、测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。数字化车间是智能车间的第一步，也是智能制造的重要基础。
◎ 图1 数字化车间架构图
数字化车间建设有三条主线，一条是以机床、热处理设备、机器人、测量测试设备等组成的自动化设备与相关设施，实现生产过程的精确化执行，这是数字化车间的物理基础。
第二条线是以MES为中心的智巧化管控系统，实现对计划调度、生产物流、工艺执行、过程质量、设备管理等生产过程各环节及要素的精细化管控，这是典型的赛博系统。
第三条主线是在互联互通的设备物联网基础上，并以之作为桥梁，联接起赛博空间的MES等信息化系统与机床等物理空间的自动化设备，构建车间级的CPS系统，实现了赛博与物理两个世界的相互作用、深度融合。
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精益思想要贯穿始终
如果说设备、MES、CPS等三条主线是“实线”的话，精益生产则是数字化车间建设的一条“虚线”，要贯穿数字化建设的始终。
1）精益生产，智能制造的重要指导思想
① 关注客户价值
精益生产强调，流程中所有环节的输入与输出都应当用客户价值这个标尺去衡量。在前端要打通客户真实需求之间的接口，在企业内部，以客户需求来定义自己的产品与服务。
② 识别并消除浪费
企业在实施智能制造系统之前，应当对流程中各种浪费进行梳理与改善。精益生产中将制造过多过早、库存、搬运、等待、不必要的作业、不必要的动作以及不良品流窜这七种形式，归纳为七大浪费，这七大浪费是企业生产效率不高、盈利能力不足的根源，需要不断进行完善与消除。
③价值的快速流动
精益生产强调价值流的快速流动，包括物理布局工艺流程化，信息传递自动化，以及人、产线设备、仓储物流之间高效协同化。如果在物理布局上有大量断点存在，就会给智能制造的排产与调度带来了更大复杂度。
在系统整体运转的过程中，尽可能多地消除停滞和等待，需要将人、产线设备、仓储物流之间的相互协作机制、信息传递机制、防错与纠错机制，在统一的系统框架内进行设计与建设。
④高度柔性与适应性
精益生产的柔性是指通过快速切换（SMED）的实施与改善，实现产线在生产不同型号、不同配置，甚至是不同种类产品时，可以根据需要进行快速切换。
⑤尽善尽美原则
精益生产中标准作业、自工序完结、良品条件创建与维持、质量内建、安灯控制、防错与纠错机制、变化点管理、全员生产性维持（TPM）等术语之下，都有一套品质维持的理念、原则与方法，这些原则和方法同样可以指导智能制造的建设。
2）智能制造，精益生产的有效使能手段
传统精益生产目视管理有很多很有效的手段和方法，比如5S管理、安灯、标准作业三票、可视化看板等方法。这些方法可以直观地提示发生问题的区域、工位、或是机台、材料等信息，但是要深究问题的根本原因还需要大量的观察与分析，当变异的条件发生变化时，会给分析带来很多困难。
实现流的生产、均衡化生产是个不断改善的过程，但在离散制造车间，生产设备动辄上百台、工序上千上万项，如何保证这些工序在不同设备上生产的均衡化、流动化？如果只靠人的经验很难实现这种生产方式，很容易造成设备忙闲不均，造成工序的等待或停滞。通过APS高级排产以及生产过程协同管理等信息化手段，就可以有效解决这些问题，有助于实现产品“流”的生产及生产的均衡化。
品质改善的目的是确保输出产品品质一致。但由于生产条件各种变化，比如设备故障、热处理温度、刀具磨损等，都可能导致产品质量不稳定。通过设备状态、工艺参数、刀具磨损等的实时监控，就可以快速发现问题，保证生产过程的受控，有效地提升产品品质
看板(Kanban)是精益生产中传递信号与控制生产的工具，分传送看板和生产看板两种。传统的看板大多以卡片、纸张等形式存在，通常以手动方式进行填写。但在智能制造进程中，这些数据可以通过MES等信息化系统在电子屏等数字化终端上实时显示，具有更强的实时性与自动性。
知识内建与管理也是精益生产中的重要理念。在精益运行良好的企业，都非常重视对知识的管理与传承。以前主要是靠师傅言传身教、标准作业文件与流程制度等传统方式，存在学习时间长、可复制性差等缺点。通过数字化、网络化、智能化等智能制造新技术、新手段，可以将知识体现在流程与系统中，隐性知识显性化，对知识的沉淀、传承、挖掘、使用都具有重要的促进作用。
3）殊途同归，精益智能共促企业良性发展
虽然精益生产与智能制造是两个领域的概念，侧重点也不尽相同，精益生产主要是强调了生产过程中的管理理念与实现方法，智能制造更侧重技术实现，但两者是相辅相成的关系。
从生产过程来看，精益生产中的很多理念，如生产布局、节拍、后工序拉动、标准作业等，是实施智能制造的基础。快速切换、减少浪费、可视化生产、均衡化生产、准时化生产、工序流动化等理念，也是智能制造要实现的过程目标。同样，智能制造中的设备互联互通、高级排产、过程协同、资源精益化管控、质量过程管控、大数据分析、可视化、预测性维护等方法与手段，都有助于促进精益生产的落地与提升。
从实现的目标来看，智能制造与精益生产也是殊途同归，实现敏捷、高效、高质、低成本的生产与服务模式是两者的共同目标。
◎ 图2 智能制造背景下的精益屋
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数字化车间实施策略
数字化车间建设是一项复杂的系统工程，数字化车间建设可遵循以下实施策略。
1）统筹规划，服务战略
智能制造不是企业的目的，企业真正目的是通过智能制造实现降本提质增效，提升企业竞争力。数字化车间建设也要为这个目的服务，从整体上服务于企业经营战略。
企业要结合自身实际情况，基于企业战略进行智能制造的设计。比如，要对企业所处行业、企业规模、产品特点、盈利能力、行业地位、发展趋势以及企业自身基础、存在问题、实施目标等，进行深入分析并综合考虑，这些不同的因素决定了企业不同的实施智能制造方法和路径。
企业在进行数字化车间建设之前，一定要领导出面并持续关注，在企业战略目标指导下进行系统规划，逐步厘清企业存在的问题、建设目标、解决思路和实施步骤，调动企业各方资源，通力合作，避免信息化部门或车间等单一部门孤军作战，通过工艺优化、组织优化、流程优化、管理优化等工作，为数字化车间建设提供坚实基础。
2）聚焦痛点，扎实推进
基于降本提质增效、快速响应市场的目的，从车间存在的实际痛点出发，打造一个能解决实际问题的数字化车间管控系统，在工艺、设备、管理以及信息化、网络化、智能化等各个方面有重点地进行优化、挖掘潜力，最大程度地提升企业生产效率及管理水平。
3）以人为本，管理取胜
如前所述，本次智能制造不是“机器换人”的过程，而是以自动化、数字化、网络化、智能化等新理念、新技术手段，帮助人类实现更高效、更高质、更绿色、更低成本的生产与服务。在智能制造时代，人变得更加重要，而不是相反。无论是机器人等设备，还是MES等信息化系统，都要基于帮助人、服务于人这个出发点，而不是简单地替代人、减少人。另外，无论多么先进的系统，如果不把人的积极性调动起来，系统就不能发挥最大价值，智能制造就不可能取得成功。
4）效益驱动，落地为王
在数字化车间建设中，既要符合智能制造的理念，有一定的先进性、前瞻性，又要本着务实落地原则。要汲取当年CIMS的经验与教训，不要过于理想化，不要过多强调自感知、自决策、自执行、自组织、自学习等所谓高大上技术，企业不是研究机构，应该以创造效益为根本目的。
根据“二八原则”，解决80％的问题，通常只会耗费20％的成本，而剩下的20％却需要高昂的成本。以前，产品更新换代慢，往往很多年都在重复生产同一款产品，而现在市场变化快速，为了适应日新月异的市场变化和个性化需求，即将建设的系统很可能过几年就需要更新和调整。系统满足当前需求并有一定的前瞻性即可，不要过分复杂、不要过于强调先进性，否则，沉重的投资会给企业带来很大的经济负担。
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数字化车间实施效果
通过成功实施数字化车间系统，企业在车间管理方面将会有质的提升，为企业智能化转型升级奠定良好的基础。
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数字化车间系统选型原则
目前市场上号称能做数字化车间或MES系统的公司有很多，良莠不齐。企业在系统选型时应从以下几个方面进行考虑：
1）完整性。
2）先进性。
3）成熟性。
4）专业性。
5）技术团队。
6）选型人员组成要合理。
7）易用性。
8）性价比高。
总之，数字化车间建设要以实际需求为牵引，以经济效益为驱动，以成功落地为导向。在先进设备的基础上，在管理方面深挖潜力，充分发挥人的作用，构建数字化、网络化和适度智能的生产模式，切实做到明显的“降本提质增效”。并以量化数据为基础，循序渐进，有效地提升企业的竞争力。比如通过三年时间，能将设备利用率提高一倍，将产品合格率提升一个档次，就极有可能“确保企业的未来”，这才是比较务实的数字化车间建设原则。
