現代企業數字化工廠建設研究

摘要：現代企業發展已經進入數字化時代，制造業生產企業從銷售、生產、質量管理、成本管理已經離不開數字化管理，而有效利用工廠的數字化信息流，利用、控制、管理工廠的工作流、物流和資金流，可實現工廠內部以及各組織內所有成員之間的高度協同和資源共享，達到降低成本的目的?；诖耍疚闹饕榻B現代企業數字化工廠建設相關情況，以供參考。

關鍵詞：現代企業；數字化工廠；智能工廠；降低成本

DOI：10.12433/zgkjtz.20241627

在了解數字化工廠之前，首先需要知道什么是工業4.0。工業4.0（Industry4.0）是德國政府提出的一個高科技戰略計劃，被稱為第四次工業革命的先行者。它是一個將生產原料、智能工廠、物流配送、消費者全部編織在一起的大網，消費者只需用手機下單，網絡就會自動將訂單和個性化要求發送給智能工廠，由其采購原料、設計并生產，再通過網絡配送直接交付給消費者。它由生產原料、智能工廠、物流配送、消費者四大要素和工業互聯網連接而成。其中最關鍵環節是智能工廠，智能工廠分兩步走，首先將傳統制造工廠升級為數字化工廠，然后將數字化工廠融合人工智能等技術，實現智能制造，即智能工廠。

數字化工廠對傳統工廠的優勢很明顯，有了特定的消費市場細分群體和平臺推送技術，產品通過免費、低價、個性等策略快速搶占市場，對于傳統工廠而言，要實現數字化工廠，缺少大數據平臺接入、數據處理能力，還面臨數字安全、隱私等法律法規約束。對此，需要保護好自己的數字資產，做好私域營銷，數據資產如果輕易給出，就有可能出現破壞自身數據的風險。

數字化工廠建設模塊一般由數據采集、MES系統設計、AGV原料搬運產品入庫設計、ERP對接、看板設計等。

一、數據采集

（一）5G網關+PLC類數采方式

通過現場調研可利用PLC網關直連方式進行數據采集，采集方式和設備示例如下圖所示。一臺設備配備一臺網關和一個開關電源，對現場部分設備PLC網口占用有，需要備用1交換機給網關和PLC提供接入。網關通過連接設備PLC將數據采集到網關數據庫中，然后通過5G基站網絡上傳到服務器，最終將數據傳到展示應用層進行展示應用。

（二）5G網關+改造類數采方式

通過現場調研發現，現場設備需要改造增加IO模塊才能進行采集，改造和采集方式以及設備示例如下圖所示；一臺設備需要配備一臺網關、一臺開關電源和一個IO模塊；網關通過連接加裝的IO模塊將數據采集到網關數據庫中，然后通過5G基站網絡上傳到服務器，最終將數據傳到展示應用層進行展示應用。

二、MES系統設計

MES系統設計的目的是解決制造業中的訂單何時交付，產能如何分配；生產流程中上下游如何協同；如何控制成本與效率；如何確保產品質量；如何確保質量可追溯；如何減少浪費等問題。

（一）數字化工廠提供基礎支撐

利用物聯網技術、監控技術及智能系統等新興技術，提高生產過程可控性、減少生產線人工干預，實現柔性化、智能化和高度集成化，系統具有自主能力，可獨立承擔分析、判斷、決策等任務，突出人在制造系統中的核心地位，因此，數字工廠體現在人與機器的相互協調合作，其本質是人機一體化。

（二）搭建銷售、生產和物流一體化的解決方案

1.MES功能總體概括

在銷售管理方面，實現銷售訂單的全流程透明化管理；在計劃管理方面，車間的生產計劃管理，并實現訂單的全流程跟蹤；在工藝管理方面，實現工藝路線、工藝配方管理；在生產跟蹤方面，建立產品的生產全過程跟蹤體系；在質量管理方面，實現過程質量管理，異常收集和處置、自動生成自檢報告；在物料管理方面，實現線邊掃碼收料、線邊庫統計；在人員管理方面，實現對人員工時核算和問題追溯。

2.WMS功能

實現原材料和產成品倉庫的系統化和看板管理。在入庫管理方面，實現原材料和產成品入庫過程管理；在庫內管理方面，實現庫內業務管理（調撥、盤點、移庫、庫存預警）；在出庫管理方面，實現原材料、半成品領料出庫，產成品發運出庫；在廢品庫管理方面，實現對廢品的過程管理和庫內管理。

3.AGV調度集成

實現與AGV系統的調度集成。

三、AGV原料、產品入庫搬運設計

（一）原料、產品入庫搬運流程

運行路線設計，根據原材料庫位和實際使用位置進行路線設計；流程說明，對流程中的每一步進行詳細說明并繪制流程圖。

（二）AGV需要與電梯、輸送線和機械手進行對接交互

通信方式一：要求外設系統支持Modbus TCP通信，AGV系統為客戶端（主站master），電梯控制系統為服務端（從站slave）。通信方式二：要求中控系統支持modbus tcp通信，AGV系統為客戶端（主站master），中控系統為服務端（從站slave）。要求中控系統具備對采集信號的濾波功能，AGV不對光電等外部設備信號做任何分辨，只以中控系統轉發的點位信號為準。中控系統需提供的信號要求：請求取貨信號、查詢允許取貨、通知取貨完成、請求卸貨信號、查詢允許卸貨、通知卸貨完成。

四、車間生產看板設計

（一）車間看板實現的功能

1.傳遞信息

現場作業人員眾多，將信息逐一傳遞到每一個人是不現實的。企業可以通過看板來引導大家統一認識，既準確又迅速，還能避免遺漏，促使現場作業人員朝著共同目標前進。

2.幫助管理

看板上的數據、計劃有利于工作人員保持工作進度，新人更快地熟悉業務，增強管理人員的責任心。

3.強勢宜導

展示改善過程，讓工作人員都能學到好的方法與技巧，展示改善成績，讓參與者有成就感、自豪感。

4.褒優貶劣

營造競爭的氛圍、明確管理狀況，營造有形及無形的壓力，有利于工作推進。工作成績通過看板來揭示，好、中、差，一目了然，起到激勵先進、鞭策后進的作用。以業績為尺度，使績效考核更公正、公開、透明化，促進公平競爭，防止績效考核中人為的偏差。讓工作人員了解企業績效考核的公正性，積極參與公平競爭，使現場充滿活力。

5.加深客戶印象

看板能讓客戶迅速而全面地了解企業，并留下深刻的良好印象，從而讓客戶或其他人員由衷地贊嘆企業的管理水平。

（二）看板樣式

現代企業的數字化工廠將實現全自動化管理，為企業帶來以下優勢：

1.生產協同好

在進度可見方面，可使各設備預計完成時間精準；在工單管理方面，設備工單透明清晰；在生產協同方面，各崗位清楚知道工作計劃；在電子看板方面，車間全貌一切在握；在安燈系統方面，上情下達，下情上傳，管理規范，一目了然。

2.效率管理高

在機器效率方面，時間稼動率、OEE、停機時長；在人員效率方面，生產節拍，效率正態分布；在流程瓶頸方面，可對堵塞、積壓、異常監控，從而提高機器和人員使用效率。

3.工藝監管到位

在工藝存儲方面，不因人員流失而丟失工藝；在工藝報警方面，非法修改參數報警，而且工藝參數不因人員流動而丟失，具有防竊功能，保密性好。

4.質量分析全面

在參數異常方面，用設備參數判斷質量；在關鍵數據方面，保存單品關鍵參數，且具有產品質量溯源，產品質量有保障。

5.設備運維方便

當出現故障時實時報警；在維護定時方面，根據運行時長報警；運維日志不可篡改，真實有效；設備運行穩定，可以降低維護成本，故障位置可記憶。

6.能耗管理清晰

在分項計量方面，按類、按時長統計；在單品能耗方面，以產量定能耗；在水氣電冷熱管理方面，綜合管理，節能降耗，降低企業生產成本。

參考文獻：

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作者簡介：戴建友（1976），男，浙江杭州人，本科，高級技師，主要研究方向為現代企業管理、電氣控制。