离散制造企业数字化交付模式及发展前景

赵京鹤 郭立/文

数字化交付是目前工程建设领域较为主流的辅助性交付方式，通过数字化交付的支撑使整个工程设计与实施相结合，从而实现从生产设计、安装、工程施工到运维保障以及后期的技术性改造和拆除报废全流程的数字化交付。这也顺应了离散型制造企业从大机组产品提供商向全链路服务商的转型升级，更是该类企业在数字化转型中所面对的重要转型内容。

离散制造企业是指数字化交付的成套设备供应商和后期的零配件供应商，在数字化交付的整个链条中处于较为中间的位置，是整个工程中主体工程的制造实体。对于整个工程的交付和后期的运维起到了承载和支撑的作用。

离散型制造业数字化交付内涵

传统的制造业企业在工程项目交付中主要交付纸质的设备图纸等技术资料和相关使用与运维手册，与后期的设备安装、联调、运维和前期的总体项目的设计规划均有着明显的切分界面，其之间的关联主要是图纸资料方面，实际工作中关联较弱。

数字化交付与传统交付相比其本质在于离散型制造业对于整个项目供应链的渗透，涉及交付内容逐渐从原来的图纸内容向下扩展到工程项目的安装、调试、运维和技术性改造；向上逐渐与设计院相结合，参与到部分论证、设计和仿真验证过程中；向下逐渐与业主方、施工方和运行维护方相结合，打造生产制造向设备全生命周期运维的转变。最终与上下游形成合力，实现产业链的设计、制造、工程、运维的全流程协同，打造全产业链数字化运行新模式。

离散型制造业数字化交付方法

数字化交付串联了设计、生产、安装到运维的全过程，实现产品概念设计到持续开发乃至产品全生命周期，是传统系统工程设计方法论基础上的一种数字化拓展，主要的数字化交付方式基于模型的系统工程（MBSE）。

基于MBSE 离散型制造业数字化交付用来支持完成系统需求、设计、分析、验证与确认活动的应用程序，从系统观念出发，以最优方法解决复杂系统或产品的规划、设计、制造与使用问题。

大型工程建设本身是一项复杂的系统工程，涉及科学、技术、材料、制造、试验、保障等诸多领域，是一种多学科交叉的综合化工程，而系统工程方法论在整个工程执行与工程管理过程中一直发挥着重要的抓手作用。

MBSE 作为系统工程的数字化体现方式，其特点是以数字化为基础工具，开展从需求定义、功能定义、架构设计到方案设计、仿真验证到工程建设的全过程。从而最终实现客户需求、产品功能结构、系统逻辑关系、组成产品的物理零部件有效地进行关联管理，提供了在复杂产品背景下进行协同研发、协同制造、协同装配和协同运维的最佳方法。该方式已成为航空航天装备设施研制中的重要方法和工具。目前，在能源装备、水利水电、建筑工程、重型机械等多领域也有所扩展，逐渐成为工程总包方所采用的主要方式。

离散型制造业数字化交付服务内容分析

数字化设计

数字化设计服务包括两部分内容，一部分是在整个工程项目的规划论证阶段，通过数字化交付的手段开展项目的预先设计与模拟装配，实现总体设计与主要产品设计的协同，最终在模拟装配中初步实现虚拟装配，从而满足规划与论证的需求，支撑项目的可行性论证。

另一部分是在项目论证结束后，以规划论证为蓝本，开展各类设备产品及其部件的设计工作。具体包括设备BOM、工艺BOM、产品BOM、安装BOM 及其他与设计、工艺、制造和安装相关的技术资料，形成整套的数字化交付文件。在此基础上通过三维仿真设计完成对于相关图纸的三维模型化，形成相应的三维数字化技术资料。

三维数字化技术资料贯穿整个产品的设计到生产全过程，在整个工程中的各类装备、设备及部件的智能化制造过程中依靠三维数字化技术资料完成各阶段的工作，最终保证实体产品与产品虚拟数字内容相一致，从而为后面的数字化装配和运维提供支撑。

数字化装配

数字化装配服务主要是面向项目的建设与装备安装现场，围绕基于数字化交付的安装工程开展设备的安装指导与安装过程监控。在整个过程中，注重于设备生产制造与装配服务的协同，也是离散制造企业向下游安装服务进行产业链拓展的重要标志。

数字化装配服务主要分为数字化装配指导与数字化装配验证两部分。其中数字化装配指导是将原有的纸质二维装配过程通过数字孪生的方式实现三维装配，更加生动地为施工人员提供安装过程的指导并将装配过程进行数字孪生，能够精准定位具体解决装配问题和开展远程指导。数字化装配验证则是围绕装配过程进行同步虚拟化操作，对于安装过程进行验证和监督，保证安装过程与装配的最终结果与原有设计保持一致，或对于设计中不合理的内容进行修改，从而形成全新的数字化安装BOM 和安装模型，用于支撑运维阶段的数字化判断。

数字化运维

数字化运维服务核心是基于工业互联网模式下的设备统一运维管理。通过对于完成安装的设备运行状态进行远程监测和远程检测的方式，跟踪各类装备的使用状态、未来可能发生保养和零部件更换的清单，以此开展设备预测性维护工作。

基于物联网、工业互联网、数字孪生技术等先进技术，结合设备实际运行过程，构建虚拟化设备运行环境。在这个虚拟环境上加入设备运行诊断的各类模型及设备故障与解决方案的知识库，形成远程故障诊断运维体系，从而实现在故障出现时，离散制造企业基于故障数据及诊断模型判断故障原因；针对较为简单的故障，通过设备故障与解决方案库自动找寻匹配相应的诊断方案，而针对较为复杂且无法在知识库找寻到答案的问题，通过原厂故障问题数据，开展远程排查，形成相应的复杂问题解决方案。

数字化回收

数字化回收服务则是在运维服务的基础上，针对一些大型的部件或设备在完成其生命周期后的一种回收与报废行为。一方面通过数字化回收服务完成对于整个工程或者部分工程装备的有序拆解，减少拆解工作对于其他非拆解部分的影响，提升整体的拆解效率，降低拆解成本。另外一方面是在数字化运维支撑下，判断出拆解后部件的可用性，将可用的部件进行回收改造和再利用，对于无法再次利用的部件和设备根据其材质特性，可进行绿色回收作业，以此达到物尽其用的目的。这种数字化回收服务，从某种意义上实现了精准回收和高价值回收，也将绿色回收理念得以执行。

离散型制造业数字化前景展望

一般来说，涉及数字化交付的工程设计与建设是一个复杂的系统工程，涉及多专业以及各专业之间的协调。基于MEBS 的数字化交付最大的特点就是为各单位构建了统一的论证、设计、安装、运维平台，而离散型制造企业则在此过程中实现了全过程的参与，从而增强企业的参与度，将原本的产品制造商逐渐转变为基于装备的技术服务商。一方面扩大企业在整个产业链中的渗透能力；另一方面整个产业链在得到离散型制造业企业的加持后，设备域全生命周期管理能力将得到显著提升，进而保障了整个工程全生命周期的稳定性。

目前，在水利、能源、矿产、航空、航天、船舶、化工、轨道交通、装配建筑等众多领域已实现了设计院与设备制造企业的联合，形成基于BIM 的数字孪生体系和数字化交付体系，离散型制造业企业在项目的全生命周期的地位逐步提升。

未来，随着这种角色的转变，原有围绕工程建设和运维的中小型服务企业将逐渐被整合进入到离散型制造业产业链中，作为其授权区域服务商或专业服务商参与到设备的全生命周期服务体系中，从而使整个工程项目运维服务市场将会发生新一轮的变化。