離散制造企業數字化交付模式及發展前景

趙京鶴 郭立/文

數字化交付是目前工程建設領域較為主流的輔助性交付方式，通過數字化交付的支撐使整個工程設計與實施相結合，從而實現從生產設計、安裝、工程施工到運維保障以及后期的技術性改造和拆除報廢全流程的數字化交付。這也順應了離散型制造企業從大機組產品提供商向全鏈路服務商的轉型升級，更是該類企業在數字化轉型中所面對的重要轉型內容。

離散制造企業是指數字化交付的成套設備供應商和后期的零配件供應商，在數字化交付的整個鏈條中處于較為中間的位置，是整個工程中主體工程的制造實體。對于整個工程的交付和后期的運維起到了承載和支撐的作用。

離散型制造業數字化交付內涵

傳統的制造業企業在工程項目交付中主要交付紙質的設備圖紙等技術資料和相關使用與運維手冊，與后期的設備安裝、聯調、運維和前期的總體項目的設計規劃均有著明顯的切分界面，其之間的關聯主要是圖紙資料方面，實際工作中關聯較弱。

數字化交付與傳統交付相比其本質在于離散型制造業對于整個項目供應鏈的滲透，涉及交付內容逐漸從原來的圖紙內容向下擴展到工程項目的安裝、調試、運維和技術性改造；向上逐漸與設計院相結合，參與到部分論證、設計和仿真驗證過程中；向下逐漸與業主方、施工方和運行維護方相結合，打造生產制造向設備全生命周期運維的轉變。最終與上下游形成合力，實現產業鏈的設計、制造、工程、運維的全流程協同，打造全產業鏈數字化運行新模式。

離散型制造業數字化交付方法

數字化交付串聯了設計、生產、安裝到運維的全過程，實現產品概念設計到持續開發乃至產品全生命周期，是傳統系統工程設計方法論基礎上的一種數字化拓展，主要的數字化交付方式基于模型的系統工程（MBSE）。

基于MBSE 離散型制造業數字化交付用來支持完成系統需求、設計、分析、驗證與確認活動的應用程序，從系統觀念出發，以最優方法解決復雜系統或產品的規劃、設計、制造與使用問題。

大型工程建設本身是一項復雜的系統工程，涉及科學、技術、材料、制造、試驗、保障等諸多領域，是一種多學科交叉的綜合化工程，而系統工程方法論在整個工程執行與工程管理過程中一直發揮著重要的抓手作用。

MBSE 作為系統工程的數字化體現方式，其特點是以數字化為基礎工具，開展從需求定義、功能定義、架構設計到方案設計、仿真驗證到工程建設的全過程。從而最終實現客戶需求、產品功能結構、系統邏輯關系、組成產品的物理零部件有效地進行關聯管理，提供了在復雜產品背景下進行協同研發、協同制造、協同裝配和協同運維的最佳方法。該方式已成為航空航天裝備設施研制中的重要方法和工具。目前，在能源裝備、水利水電、建筑工程、重型機械等多領域也有所擴展，逐漸成為工程總包方所采用的主要方式。

離散型制造業數字化交付服務內容分析

數字化設計

數字化設計服務包括兩部分內容，一部分是在整個工程項目的規劃論證階段，通過數字化交付的手段開展項目的預先設計與模擬裝配，實現總體設計與主要產品設計的協同，最終在模擬裝配中初步實現虛擬裝配，從而滿足規劃與論證的需求，支撐項目的可行性論證。

另一部分是在項目論證結束后，以規劃論證為藍本，開展各類設備產品及其部件的設計工作。具體包括設備BOM、工藝BOM、產品BOM、安裝BOM 及其他與設計、工藝、制造和安裝相關的技術資料，形成整套的數字化交付文件。在此基礎上通過三維仿真設計完成對于相關圖紙的三維模型化，形成相應的三維數字化技術資料。

三維數字化技術資料貫穿整個產品的設計到生產全過程，在整個工程中的各類裝備、設備及部件的智能化制造過程中依靠三維數字化技術資料完成各階段的工作，最終保證實體產品與產品虛擬數字內容相一致，從而為后面的數字化裝配和運維提供支撐。

數字化裝配

數字化裝配服務主要是面向項目的建設與裝備安裝現場，圍繞基于數字化交付的安裝工程開展設備的安裝指導與安裝過程監控。在整個過程中，注重于設備生產制造與裝配服務的協同，也是離散制造企業向下游安裝服務進行產業鏈拓展的重要標志。

數字化裝配服務主要分為數字化裝配指導與數字化裝配驗證兩部分。其中數字化裝配指導是將原有的紙質二維裝配過程通過數字孿生的方式實現三維裝配，更加生動地為施工人員提供安裝過程的指導并將裝配過程進行數字孿生，能夠精準定位具體解決裝配問題和開展遠程指導。數字化裝配驗證則是圍繞裝配過程進行同步虛擬化操作，對于安裝過程進行驗證和監督，保證安裝過程與裝配的最終結果與原有設計保持一致，或對于設計中不合理的內容進行修改，從而形成全新的數字化安裝BOM 和安裝模型，用于支撐運維階段的數字化判斷。

數字化運維

數字化運維服務核心是基于工業互聯網模式下的設備統一運維管理。通過對于完成安裝的設備運行狀態進行遠程監測和遠程檢測的方式，跟蹤各類裝備的使用狀態、未來可能發生保養和零部件更換的清單，以此開展設備預測性維護工作。

基于物聯網、工業互聯網、數字孿生技術等先進技術，結合設備實際運行過程，構建虛擬化設備運行環境。在這個虛擬環境上加入設備運行診斷的各類模型及設備故障與解決方案的知識庫，形成遠程故障診斷運維體系，從而實現在故障出現時，離散制造企業基于故障數據及診斷模型判斷故障原因；針對較為簡單的故障，通過設備故障與解決方案庫自動找尋匹配相應的診斷方案，而針對較為復雜且無法在知識庫找尋到答案的問題，通過原廠故障問題數據，開展遠程排查，形成相應的復雜問題解決方案。

數字化回收

數字化回收服務則是在運維服務的基礎上，針對一些大型的部件或設備在完成其生命周期后的一種回收與報廢行為。一方面通過數字化回收服務完成對于整個工程或者部分工程裝備的有序拆解，減少拆解工作對于其他非拆解部分的影響，提升整體的拆解效率，降低拆解成本。另外一方面是在數字化運維支撐下，判斷出拆解后部件的可用性，將可用的部件進行回收改造和再利用，對于無法再次利用的部件和設備根據其材質特性，可進行綠色回收作業，以此達到物盡其用的目的。這種數字化回收服務，從某種意義上實現了精準回收和高價值回收，也將綠色回收理念得以執行。

離散型制造業數字化前景展望

一般來說，涉及數字化交付的工程設計與建設是一個復雜的系統工程，涉及多專業以及各專業之間的協調。基于MEBS 的數字化交付最大的特點就是為各單位構建了統一的論證、設計、安裝、運維平臺，而離散型制造企業則在此過程中實現了全過程的參與，從而增強企業的參與度，將原本的產品制造商逐漸轉變為基于裝備的技術服務商。一方面擴大企業在整個產業鏈中的滲透能力；另一方面整個產業鏈在得到離散型制造業企業的加持后，設備域全生命周期管理能力將得到顯著提升，進而保障了整個工程全生命周期的穩定性。

目前，在水利、能源、礦產、航空、航天、船舶、化工、軌道交通、裝配建筑等眾多領域已實現了設計院與設備制造企業的聯合，形成基于BIM 的數字孿生體系和數字化交付體系，離散型制造業企業在項目的全生命周期的地位逐步提升。

未來，隨著這種角色的轉變，原有圍繞工程建設和運維的中小型服務企業將逐漸被整合進入到離散型制造業產業鏈中，作為其授權區域服務商或專業服務商參與到設備的全生命周期服務體系中，從而使整個工程項目運維服務市場將會發生新一輪的變化。