裝備制造企業數字化平臺設計與實現

韓棟梁，賀霄琛

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原030024)

數字重塑世界，數字領跑未來，中國從制造業大國向制造業強國轉變過程中需要數字經濟的強有力支撐，制造業與數字經濟深度融合將給企業帶來廣闊的發展空間和巨大的潛力。其中，裝備制造業是引領我國制造業整體競爭力提升的重要支撐，市場規模和發展潛力巨大，是未來制造業高質量發展的重要驅動力。

隨著市場競爭的日益激烈，裝備制造企業面臨訂單品種多、數量少、交貨期短等諸多困境，企業整體創新能力不足，缺乏核心工藝技術，與世界先進企業相比，競爭力存在較大差距。以數字化為驅動力，加速推進數字化轉型，推動企業產品迭代升級，提升核心競爭力，對實現我國制造業強國戰略具有重要的意義[1]。

1 企業數字化現狀

從2010年開始進行信息化建設，設備企業初步實施了科研管理信息化平臺、財務系統、產品數據管理系統和制造執行系統，信息化系統基本涵蓋了管理、研發和制造等業務環節。早期信息化建設由于頂層設計和整體規劃能力不足，各應用系統獨立部署導致業務數據分散且缺乏關聯性，信息流轉不順暢，無法有效發揮信息化的整體價值。

隨著工業互聯網、人工智能、大數據等新一代信息技術的快速發展，新技術的應用對企業數字化轉型的作用越來越明顯。數字化轉型已成為企業發展戰略的重要組成部分。在頂層規劃統籌下，通過數字化平臺建設實現業務流程精細化、規范化、智能化的閉環管控，達到企業數字化轉型升級的目的。

2 數字化平臺設計

數字化轉型是指利用新一代信息技術從根本上提高企業經濟運行質量和運營效率，實現對組織活動、業務流程、業務模式的重新定義。其核心要素是在企業內部實現人員之間、設備之間以及員工與設備之間高效實時的信息交互，在企業外部實現與上游供應商、下游客戶之間的信息共享。通過設計數字化平臺覆蓋產品設計、采購、制造、交付和售后等業務全過程管控階段，實時進行數據交換，實現業務全流程數字化[2]。數字化平臺設計基于管理層、研發層和制造層三個業務層面，總體架構如圖1所示。

圖1 數字化平臺總體架構

2.1 管理層

在企業管理層面，部署企業資源管理系統（ERP）和其它業務信息系統。ERP系統以實現精益生產制造為目標，依據客戶的個性化需求訂單，制定物料采購計劃和主生產計劃，按計劃完成采購、制造、庫存及銷售過程，整合集成管理企業資金流、物流和信息流，為企業提供實時、準確、完整的信息[3]。協同辦公系統（OA）主要包括任務管理、公文管理、檔案管理、通知公告等管理模塊，在數字化平臺中承擔工作流審批以及與報表工具相結合實現決策分析等功能。供應商關系管理系統（SRM）在線實現供應商管理、采購訂單下達、采購合同簽訂、物流發貨、質量檢驗等供應鏈中各環節管控。項目管理系統基于項目運行業務流程，實現項目從立項、預算、執行、監管、驗收等全過程管控，以及項目運行過程中風險、變更管理。主數據管理系統保證業務數據的一致性、準確性和完整性，為多系統業務集成提供統一的數據源和標準，包括數據標準制定、管理流程設計、數據分類及清理等功能。

2.2 研發層

企業研發需要從源頭上改進裝備設計模式，實現產品設計、仿真、工藝等全生命周期研發的數字化管控，構建產品數字化源頭，通過規范化的研發流程，保證產品數據源的統一。PLM系統實現圖文檔管理、版本管理、產品樹結構、設計清單(BOM)管理、變更管理及審批流程等功能[4]。在PLM系統中建立零部件標準庫，構建零部件的重用體系，不斷提升標準件和零部件的重用率。在大批量訂單的產品研發過程中，實現標準件、零部件和設計清單(BOM)的重用，可大幅縮短產品設計周期。整合產品知識庫，實現設計知識共享，實現產品性能和質量提升。工藝管理系統主要包括工藝文件編制、工藝路線規劃、版本管理及工藝清單(BOM)管理、工作流審批等功能。

2.3 制造層

為滿足客戶的定制化需求，需要有效的規劃企業制造資源，達到最大產能、最高資源利用率、最短交付時間等生產目標。引入數據采集與控制系統（SCADA），實現聯網生產設備的數據采集、在線監測和遠程控制。主要完成現場設備運行數據和生產數據的實時采集與處理。引入制造執行系統（MES），建立企業的數字化、可視化的生產管理體系，實時監控生產進度，調度生產資源。主要包括作業排產、作業調度、工序報工、作業過程跟蹤和庫存管理等功能。MES系統根據采集的生產數據不斷優化生產計劃，依據生產計劃調整制造資源和協調生產負荷，利用排產算法為新訂單自動安排生產計劃，輔助決策者調配制造資源，確保產品及時交付，達到精益化生產的目標[5]。

3 系統集成與實現

圍繞企業管理、研發、制造三大板塊的數字化平臺建設，通過業務系統間的相互集成，建立完整的全過程可追溯體系，實現全流程的業務協同和數據共享，提升企業核心競爭力。系統集成如圖2所示。

圖2 系統集成圖

3.1 集成方式

在數字化平臺中，通過系統集成可以實現各系統間的實時數據交互。針對不同的應用系統，系統采用的集成方式也不同，主要使用數據庫通訊及Web Service接口方式。各系統提取主數據管理系統基礎數據使用數據庫通訊方式，通過創建遠程數據庫的dblink(Database Link)，實現與訪問本地數據一樣訪問遠程數據庫表中的數據。各應用系統間實時交互數據主要采用Web Service接口方式，基于SOAP(Simple Object Access Protocol)協議通過http傳輸，使用xml消息格式來請求和傳遞數據。

3.2 集成內容

3.2.1主數據管理系統集成內容

主數據管理系統(MDM)中的數據作為整個數字化平臺的共用基礎數據，能夠被其它應用系統實時獲取，主數據管理系統通過數據庫交互接口方式對外提供項目、物料、客戶、供應商及會計科目等基礎數據。主數據按照統一編碼規則進行系統編碼，貫穿于整個數字化平臺信息流。

3.2.2 ERP系統集成

ERP系統作為整個數字化平臺的中樞，通過與數字化平臺中的其它系統進行數據交互和共享，實現企業的銷售、項目、采購、財務、生產等各環節信息的全面管理。在業務運行過程中，ERP系統和協同辦公系統之間進行采購、預算工作流審批和審批結果的交互，

在項目管理過程中，ERP向PMS系統反饋實際成本與回款數據，PMS向ERP系統提供項目WBS計劃和預算等主要信息。在生產管理過程中，PLM向ERP系統提供物料信息、設計BOM與工藝路線和工藝數據等基礎數據。在采購管理過程中，ERP向供應商管理系統(SRM)提供采購申請物料信息，SRM將采購訂單及采購價格反饋至ERP系統。

ERP與MES系統之間主要集成生產方面的信息，ERP為MES提供生產所需的生產訂單、制造清單(BOM)、物料信息、生產計劃等基礎數據，MES向ERP反饋生產執行情況、物料消耗、產品質量數據及設備運轉情況等信息，實現對產品、物料的實時追溯與管理。

3.2.3其它系統間集成

采購入庫環節，SRM向倉儲管理系統(WMS)提供采購訂單與采購入庫信息，WMS向MES系統提供生產發料與退料信息，MES系統反饋產品入庫信息。生產制造環節，MES向SCADA系統提供工藝文件，SCADA系統反饋狀態信息與生產信息。

4 結束語

數字化轉型是裝備制造企業發展的必由之路，企業在數字化平臺建設中，通過管理信息化提升管理能力，研發數字化提升研發設計能力，制造智能化提升生產效率。通過系統集成進一步提升企業在管理、研發設計、工藝、制造、售后及質量等各環節的核心競爭力，從而實現裝備制造企業數字化轉型。