文章來(lái)源：csdn-辰哥愛(ài)學(xué)習(xí)
文章標(biāo)簽：【智慧工廠】【智慧工廠數(shù)字化】【設(shè)備設(shè)施數(shù)字化】【能源管理系統(tǒng)】【智能運(yùn)維】【數(shù)據(jù)采集】【工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)】

“工業(yè)4.0”這一全新的術(shù)語(yǔ)受到全球的矚目，它是繼機(jī)械化、電氣化和信息技術(shù)之后，以智能制造為核心的第四次工業(yè)革命?！肮I(yè)4.0”最顯著的特征是智能工廠的廣泛普及。而智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，沒(méi)有數(shù)字化就沒(méi)有智能化。因此，為了在即將到來(lái)的“工業(yè)4.0”時(shí)代中占得先機(jī)，我們應(yīng)該從現(xiàn)在開(kāi)始，著手進(jìn)行工廠的數(shù)字化改造，為智能工廠的建設(shè)打好基礎(chǔ)。

在我國(guó)邁向工業(yè)化、現(xiàn)代化的過(guò)程中，信息化是必經(jīng)之路。對(duì)于生產(chǎn)制造這類傳統(tǒng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，更應(yīng)該積極地引入信息化技術(shù)，提高生產(chǎn)的數(shù)字化水平，確保整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)安全可控。小億今天就想和大家聊聊生產(chǎn)制造企業(yè)如何建設(shè)數(shù)字化工廠，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

一、數(shù)字化工廠的含義

數(shù)字化工廠是一種全新的模式，在這一模式下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、管理經(jīng)營(yíng)、營(yíng)銷銷售等方面的工作人員充分利用自己的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和技能，更好地完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和銷售等活動(dòng)。該模式需要以網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)）技術(shù)作為支撐，利用傳感器和其他設(shè)備，采集各項(xiàng)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的信息和數(shù)據(jù)，據(jù)此對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)予以優(yōu)化，促進(jìn)生產(chǎn)、物流效率的提升，使資源得到更有效的利用，降低生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境造成的影響。

信息化是工業(yè)化和信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。以往企業(yè)的生產(chǎn)僅僅是物質(zhì)的生產(chǎn)，在信息化時(shí)代，這一生產(chǎn)過(guò)程中還會(huì)誕生新的信息和知識(shí)，同時(shí)計(jì)算機(jī)也參與進(jìn)來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)朝著知識(shí)化、信息化的方向前行，使得和信息存在關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品、技術(shù)能夠更好地融合在一起。當(dāng)前，石化行業(yè)的數(shù)字化已經(jīng)體現(xiàn)在工程設(shè)計(jì)、項(xiàng)目建設(shè)、生產(chǎn)營(yíng)銷等諸多方面，再加上各項(xiàng)活動(dòng)中人才的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，就能夠搭建起具有一定數(shù)字化程度的現(xiàn)代工廠。

二、數(shù)字化工廠架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

1、數(shù)字化工廠架構(gòu)

在進(jìn)行數(shù)字化工廠規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和完善的過(guò)程中，信息化和工業(yè)化彼此滲透并交織在一起。與此同時(shí)，數(shù)字世界和物理世界持續(xù)地前行，PDCA循環(huán)日益走向成熟并發(fā)揮重要的作用。按照制造工廠的數(shù)據(jù)流向及業(yè)務(wù)管理流程，設(shè)計(jì)數(shù)字化工廠的架構(gòu)如下：

設(shè)備資源及控制層：這一層以硬件為主，包括傳感器、儀器儀表、條碼、機(jī)械以及其他的裝置和設(shè)備，另外還有對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和信息傳遞的可編程邏輯控制器（PLC）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA）等，這一層是企業(yè)正常進(jìn)行生產(chǎn)所需的物質(zhì)保障。

數(shù)據(jù)庫(kù)層：該層的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)、工藝、制造等方面的標(biāo)準(zhǔn)體系庫(kù)。其中，每一類數(shù)據(jù)庫(kù)都是由單獨(dú)的基本數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)構(gòu)成的。它在整個(gè)框架中處于第二層位置，為數(shù)字化工廠的建立和運(yùn)行提供數(shù)據(jù)方面的保障，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、處理和存儲(chǔ)等。

管理層：該層由面向設(shè)計(jì)部門(mén)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、面向工藝部門(mén)的工藝工裝管理系統(tǒng)、面向生產(chǎn)部門(mén)的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等構(gòu)成，在整個(gè)框架中起到管理方面的作用。

協(xié)同層：它由產(chǎn)品生命周期管理（PLM）、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）、供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)（SCM）和客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（CRM）等構(gòu)成，將這些系統(tǒng)充分地集成在一起，使其能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，將其當(dāng)作一個(gè)整體，利用互聯(lián)網(wǎng)和外部進(jìn)行溝通、交流，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部各個(gè)部門(mén)之間的協(xié)同以及產(chǎn)業(yè)鏈中不同企業(yè)之間的協(xié)同。

2、數(shù)字化工廠建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

（1）建模技術(shù)

數(shù)字化工廠最令人矚目的功能之一，就是可以在虛擬空間中完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)活動(dòng)。以往企業(yè)在推出新產(chǎn)品之前，需要在完成研發(fā)和設(shè)計(jì)工作后，首先制造出樣品，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，以了解其是否具備預(yù)期的性能和功能，然后反饋給設(shè)計(jì)者，進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，整個(gè)周期比較長(zhǎng)，且需要投入較高的成本。有了建模技術(shù)作為支持后，可以直接對(duì)該過(guò)程進(jìn)行模擬，在虛擬空間中完成對(duì)新產(chǎn)品的檢驗(yàn)、調(diào)整，從而有效地縮短研發(fā)周期，節(jié)省成本，使企業(yè)能夠更加快速地推出新產(chǎn)品，這對(duì)企業(yè)搶占市場(chǎng)是很有幫助的。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)這一系列的效果，前提是建立基于模型定義技術(shù)（MBD技術(shù)）的各種要素的數(shù)字化模型。

（2）仿真技術(shù)

仿真優(yōu)化是數(shù)字化工廠最顯著的特征之一，創(chuàng)建并應(yīng)用數(shù)字化模型、仿真系統(tǒng)，基于仿真結(jié)果和各方面的數(shù)據(jù)，對(duì)工廠運(yùn)營(yíng)過(guò)程中隱藏的風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行分析并揭示出來(lái)，為后續(xù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)活動(dòng)的完善指明方向。數(shù)字化工廠涉及大量的仿真技術(shù)：在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品各方面的性能進(jìn)行仿真分析；在制造環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品的加工、生產(chǎn)、裝配等進(jìn)行仿真；對(duì)車(chē)間生產(chǎn)線的布局進(jìn)行仿真等。通過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn)實(shí)踐活動(dòng)中可能存在的問(wèn)題，采取針對(duì)性的措施提前予以解決，確保各個(gè)方面的活動(dòng)能夠有序、高效進(jìn)行。

（3）唯一數(shù)據(jù)源技術(shù)

在產(chǎn)品的整個(gè)周期中，相關(guān)部門(mén)的活動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件，由此構(gòu)成了專門(mén)的清單（BOM）。唯一數(shù)據(jù)源的核心，是對(duì)多種數(shù)據(jù)予以科學(xué)的組織，由此產(chǎn)生邏輯層面上有且僅有的數(shù)據(jù)源，從各個(gè)方面進(jìn)行約束，極大地降低了組織的數(shù)據(jù)冗余度，同時(shí)也確保了數(shù)據(jù)的一致性。從產(chǎn)品的生命周期來(lái)看，企業(yè)在運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生設(shè)計(jì)、工藝、制造、采購(gòu)、銷售等各方面的數(shù)據(jù)。每種數(shù)據(jù)BOM是由產(chǎn)品類型、應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品的生命周期唯一確定的，其中最基礎(chǔ)性的即為設(shè)計(jì)BOM，我們能夠?qū)⑵洚?dāng)作產(chǎn)品的單一數(shù)據(jù)源，它包含了設(shè)計(jì)者的智慧成果，其他環(huán)節(jié)的BOM都是它和別的環(huán)節(jié)的信息融合在一起后產(chǎn)生的。

（4）BPM技術(shù)

業(yè)務(wù)流程管理（BPM）應(yīng)該包括建?！獙?shí)施—監(jiān)控—管理等過(guò)程，要具備其所需的所有服務(wù)與工具才能叫作BPM?，F(xiàn)在的信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方式的缺點(diǎn)在于對(duì)需求表達(dá)不清晰、效率不高。在這種思維方式下流程被固化在系統(tǒng)中，企業(yè)不能隨著商業(yè)環(huán)境的變化而方便迅速地改變業(yè)務(wù)流程，而企業(yè)外部環(huán)境的變化促使企業(yè)必須快速地調(diào)整業(yè)務(wù)來(lái)響應(yīng)。實(shí)時(shí)性企業(yè)將敏捷地使用最新信息，以積極地消除其關(guān)鍵性業(yè)務(wù)流程中的管理與執(zhí)行層面出現(xiàn)的低效率延遲。BPM的出現(xiàn)正是為了解決企業(yè)流程實(shí)時(shí)改變所帶來(lái)的敏捷性、實(shí)時(shí)效果評(píng)估、資源整合與優(yōu)化等問(wèn)題，而這些問(wèn)題是傳統(tǒng)的OA和工作流技術(shù)不能解決的。

三、數(shù)字化工廠建設(shè)內(nèi)容

1、研發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)字化

設(shè)計(jì)者基于用戶的需求完成其工作，在這一過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生相關(guān)的數(shù)據(jù)以及立體模型，經(jīng)過(guò)不斷地反饋和優(yōu)化，制訂最終的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)過(guò)程由三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成。其一為產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這一環(huán)節(jié)的主要工作是創(chuàng)建數(shù)字化產(chǎn)品模型，主要涉及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助操作三個(gè)方面。其二為工藝規(guī)劃，該環(huán)節(jié)的主要工作是明確在計(jì)算機(jī)輔助條件下應(yīng)該采用怎樣的工藝，并對(duì)工藝進(jìn)行仿真分析，發(fā)現(xiàn)其不足之處并予以改進(jìn)，主要涉及計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）等。其三為虛擬驗(yàn)證，在這一環(huán)節(jié)中，圍繞虛擬樣機(jī)搭建數(shù)字化環(huán)境，對(duì)客觀的物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行模擬分析，完成對(duì)產(chǎn)品的測(cè)試，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而判斷產(chǎn)品是否符合預(yù)期。

2、生產(chǎn)制造數(shù)字化

生產(chǎn)數(shù)字化離不開(kāi)MES系統(tǒng)的支持，它是一種自動(dòng)化的智能科技手段，建立和運(yùn)行這一系統(tǒng)，能夠有效提高工廠制造的智能化水平，提高生產(chǎn)活動(dòng)的透明度，將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各方面的信息全部融合在一起，進(jìn)一步增強(qiáng)裝備在數(shù)控技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)。

MES采用了B/S架構(gòu)，它由數(shù)據(jù)庫(kù)層、應(yīng)用邏輯層、服務(wù)傳遞層、展示層構(gòu)成。其中，處于底層的數(shù)據(jù)庫(kù)可以選擇SQLServer、Oracle等產(chǎn)品；應(yīng)用邏輯層是通過(guò).NET設(shè)計(jì)的，它的主要內(nèi)容是業(yè)務(wù)邏輯和規(guī)則；服務(wù)傳遞層的開(kāi)發(fā)利用了IIS(Internet Information Services）技術(shù)；展示層負(fù)責(zé)將系統(tǒng)的功能呈現(xiàn)在用戶眼前。在進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)該全面地兼顧質(zhì)量管控?cái)?shù)字化和企業(yè)管理數(shù)字化中質(zhì)量管控。在這一過(guò)程中應(yīng)該重點(diǎn)解決質(zhì)量檢測(cè)控制的問(wèn)題，而應(yīng)用MES系統(tǒng)就是良好的破解途徑。

3、企業(yè)管理數(shù)字化

把信息和管理技術(shù)引入企業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，改善企業(yè)管理成效，幫助其獲取更為可觀的效益。企業(yè)管理數(shù)字化需要搭建圍繞產(chǎn)品這一核心的PLM和圍繞物料這一核心的ERP，再加上辦公自動(dòng)化（OA），質(zhì)量信息系統(tǒng)（QIS），試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（TDM），以及客戶關(guān)系管理、人力資源管理、財(cái)務(wù)管理等方面的系統(tǒng)，將這些系統(tǒng)全部集成在一起，從而為企業(yè)的管理活動(dòng)提供更有力的支撐

4、支撐保障數(shù)字化

（1）基礎(chǔ)設(shè)施

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。其一為異地網(wǎng)，通過(guò)它將位于各個(gè)地區(qū)的企業(yè)分支機(jī)構(gòu)，甚至是各個(gè)企業(yè)關(guān)聯(lián)起來(lái)。其二為本地局域網(wǎng)，包括涉密網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等。

數(shù)據(jù)中心/災(zāi)備中心。搭建具有良好環(huán)境、功能完善的機(jī)房，為各個(gè)系統(tǒng)配置能夠高效、可靠運(yùn)行的設(shè)備，比如服務(wù)器、存儲(chǔ)裝置等。一旦因各種因素（比如硬件受損）導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，也可以在最短的時(shí)間內(nèi)找回并恢復(fù)數(shù)字化系統(tǒng)的良好運(yùn)行。

總控中心。它起著信息中心的作用，把所有能夠采集到的信息，都傳遞給這一中心，使工作人員能夠了解實(shí)時(shí)的狀態(tài)，進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控、管理，促進(jìn)企業(yè)管理水平的提升，提高決策的正確性。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

企業(yè)的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)包括了設(shè)計(jì)、工藝、制造、試驗(yàn)等眾多的環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)不斷地產(chǎn)生數(shù)據(jù)，因此需要為其搭建專門(mén)的數(shù)據(jù)庫(kù)，另外還有關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、文件數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等。在數(shù)據(jù)庫(kù)方面可以選擇Oracle、SQLServer等比較成熟的產(chǎn)品，確保數(shù)據(jù)庫(kù)能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。在建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，應(yīng)該充分遵循國(guó)家和行業(yè)現(xiàn)有的規(guī)范，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，設(shè)定自身的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

（3）信息安全

要保障網(wǎng)絡(luò)和信息的安全，關(guān)鍵是搭建全方位信息安全防護(hù)體系。主要包括工業(yè)防火墻IFW、工業(yè)通信網(wǎng)關(guān)、安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)，工控網(wǎng)絡(luò)安全防御平臺(tái)，工業(yè)信息安全在線監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)等。

（4）能源保障

以建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)為信息運(yùn)行載體，對(duì)能量管理模型進(jìn)行仿真分析，搭建并運(yùn)營(yíng)能源管理系統(tǒng)EMS(Energy Management System），在計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)的支持下，對(duì)數(shù)字化工廠的能源（供電、供水、供氣、供暖等）應(yīng)用狀況進(jìn)行全面的監(jiān)控，了解當(dāng)前的能耗水平，一旦發(fā)現(xiàn)異常狀況，馬上分析原因并介入，達(dá)到“實(shí)時(shí)測(cè)量”“數(shù)據(jù)處理”和“遠(yuǎn)程控制”的效果。

（5）服務(wù)保障

后方技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)的維修人員進(jìn)行遠(yuǎn)程的交流，為后者提供指導(dǎo)，使其能夠更快完成維修任務(wù)，消除故障，使設(shè)備能夠重新正常運(yùn)行。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)該包括遠(yuǎn)程診斷和維修、可視化維修、維修咨詢等方面的服務(wù)。

（6）系統(tǒng)集成

搭建覆蓋研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造等方面的數(shù)字化工廠集成支撐平臺(tái)，提高平臺(tái)的集成性，讓現(xiàn)有的系統(tǒng)能夠更好地共享數(shù)據(jù)、協(xié)同運(yùn)作。就當(dāng)前的趨勢(shì)來(lái)看，筆者認(rèn)為重視研發(fā)的企業(yè)應(yīng)該圍繞PDM搭建統(tǒng)一的平臺(tái)，而制造企業(yè)則應(yīng)該圍繞ERP+MES搭建統(tǒng)一的平臺(tái)，研發(fā)制造混合型企業(yè)應(yīng)該圍繞PLM搭建統(tǒng)一的平臺(tái)，從而對(duì)產(chǎn)品整個(gè)生命周期進(jìn)行有效的監(jiān)控和管理。

數(shù)字化工廠建設(shè)是一項(xiàng)龐大的工程，它和企業(yè)及其供應(yīng)鏈都有緊密的關(guān)聯(lián)。數(shù)字化工廠具有互聯(lián)互通、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)信息融合等特征，需要把人、設(shè)備、產(chǎn)品、環(huán)境等要素全部集成在一起，數(shù)字、數(shù)據(jù)、信息全面融合，為企業(yè)的決策和執(zhí)行提供有力的數(shù)據(jù)支持。所以這一工程的建設(shè)，不但要解決技術(shù)方面的難題，同時(shí)還面臨著組織、文化、流程等方面的壓力，所以培養(yǎng)更多綜合性信息化人才也十分重要，在這基礎(chǔ)上才能更好地幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

計(jì)通JITON智慧工廠解決方案：利用設(shè)備設(shè)施智慧運(yùn)維系統(tǒng)，通過(guò)GIS+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（UWBRFID）對(duì)工廠生產(chǎn)輔助設(shè)施設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化運(yùn)維管理，實(shí)施監(jiān)控基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的使用和維護(hù)狀態(tài)，對(duì)設(shè)施設(shè)備的位置、狀態(tài)進(jìn)行跟蹤。提升工廠設(shè)施設(shè)備的自動(dòng)化管理水平。

系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)輔助設(shè)施的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，進(jìn)行設(shè)備全生命流程監(jiān)控；通過(guò)全面的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能分析；對(duì)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行體系化的運(yùn)維管理，從預(yù)防設(shè)備故障轉(zhuǎn)為發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障；輔助管理決策，提高設(shè)備設(shè)施管理效率和綜合利用率，推進(jìn)工廠實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)！

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