现代企业数字化工厂建设研究

摘要：现代企业发展已经进入数字化时代，制造业生产企业从销售、生产、质量管理、成本管理已经离不开数字化管理，而有效利用工厂的数字化信息流，利用、控制、管理工厂的工作流、物流和资金流，可实现工厂内部以及各组织内所有成员之间的高度协同和资源共享，达到降低成本的目的。基于此，本文主要介绍现代企业数字化工厂建设相关情况，以供参考。

关键词：现代企业；数字化工厂；智能工厂；降低成本

DOI：10.12433/zgkjtz.20241627

在了解数字化工厂之前，首先需要知道什么是工业4.0。工业4.0（Industry4.0）是德国政府提出的一个高科技战略计划，被称为第四次工业革命的先行者。它是一个将生产原料、智能工厂、物流配送、消费者全部编织在一起的大网，消费者只需用手机下单，网络就会自动将订单和个性化要求发送给智能工厂，由其采购原料、设计并生产，再通过网络配送直接交付给消费者。它由生产原料、智能工厂、物流配送、消费者四大要素和工业互联网连接而成。其中最关键环节是智能工厂，智能工厂分两步走，首先将传统制造工厂升级为数字化工厂，然后将数字化工厂融合人工智能等技术，实现智能制造，即智能工厂。

数字化工厂对传统工厂的优势很明显，有了特定的消费市场细分群体和平台推送技术，产品通过免费、低价、个性等策略快速抢占市场，对于传统工厂而言，要实现数字化工厂，缺少大数据平台接入、数据处理能力，还面临数字安全、隐私等法律法规约束。对此，需要保护好自己的数字资产，做好私域营销，数据资产如果轻易给出，就有可能出现破坏自身数据的风险。

数字化工厂建设模块一般由数据采集、MES系统设计、AGV原料搬运产品入库设计、ERP对接、看板设计等。

一、数据采集

（一）5G网关+PLC类数采方式

通过现场调研可利用PLC网关直连方式进行数据采集，采集方式和设备示例如下图所示。一台设备配备一台网关和一个开关电源，对现场部分设备PLC网口占用有，需要备用1交换机给网关和PLC提供接入。网关通过连接设备PLC将数据采集到网关数据库中，然后通过5G基站网络上传到服务器，最终将数据传到展示应用层进行展示应用。

（二）5G网关+改造类数采方式

通过现场调研发现，现场设备需要改造增加IO模块才能进行采集，改造和采集方式以及设备示例如下图所示；一台设备需要配备一台网关、一台开关电源和一个IO模块；网关通过连接加装的IO模块将数据采集到网关数据库中，然后通过5G基站网络上传到服务器，最终将数据传到展示应用层进行展示应用。

二、MES系统设计

MES系统设计的目的是解决制造业中的订单何时交付，产能如何分配；生产流程中上下游如何协同；如何控制成本与效率；如何确保产品质量；如何确保质量可追溯；如何减少浪费等问题。

（一）数字化工厂提供基础支撑

利用物联网技术、监控技术及智能系统等新兴技术，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，实现柔性化、智能化和高度集成化，系统具有自主能力，可独立承担分析、判断、决策等任务，突出人在制造系统中的核心地位，因此，数字工厂体现在人与机器的相互协调合作，其本质是人机一体化。

（二）搭建销售、生产和物流一体化的解决方案

1.MES功能总体概括

在销售管理方面，实现销售订单的全流程透明化管理；在计划管理方面，车间的生产计划管理，并实现订单的全流程跟踪；在工艺管理方面，实现工艺路线、工艺配方管理；在生产跟踪方面，建立产品的生产全过程跟踪体系；在质量管理方面，实现过程质量管理，异常收集和处置、自动生成自检报告；在物料管理方面，实现线边扫码收料、线边库统计；在人员管理方面，实现对人员工时核算和问题追溯。

2.WMS功能

实现原材料和产成品仓库的系统化和看板管理。在入库管理方面，实现原材料和产成品入库过程管理；在库内管理方面，实现库内业务管理（调拨、盘点、移库、库存预警）；在出库管理方面，实现原材料、半成品领料出库，产成品发运出库；在废品库管理方面，实现对废品的过程管理和库内管理。

3.AGV调度集成

实现与AGV系统的调度集成。

三、AGV原料、产品入库搬运设计

（一）原料、产品入库搬运流程

运行路线设计，根据原材料库位和实际使用位置进行路线设计；流程说明，对流程中的每一步进行详细说明并绘制流程图。

（二）AGV需要与电梯、输送线和机械手进行对接交互

通信方式一：要求外设系统支持Modbus TCP通信，AGV系统为客户端（主站master），电梯控制系统为服务端（从站slave）。通信方式二：要求中控系统支持modbus tcp通信，AGV系统为客户端（主站master），中控系统为服务端（从站slave）。要求中控系统具备对采集信号的滤波功能，AGV不对光电等外部设备信号做任何分辨，只以中控系统转发的点位信号为准。中控系统需提供的信号要求：请求取货信号、查询允许取货、通知取货完成、请求卸货信号、查询允许卸货、通知卸货完成。

四、车间生产看板设计

（一）车间看板实现的功能

1.传递信息

现场作业人员众多，将信息逐一传递到每一个人是不现实的。企业可以通过看板来引导大家统一认识，既准确又迅速，还能避免遗漏，促使现场作业人员朝着共同目标前进。

2.帮助管理

看板上的数据、计划有利于工作人员保持工作进度，新人更快地熟悉业务，增强管理人员的责任心。

3.强势宜导

展示改善过程，让工作人员都能学到好的方法与技巧，展示改善成绩，让参与者有成就感、自豪感。

4.褒优贬劣

营造竞争的氛围、明确管理状况，营造有形及无形的压力，有利于工作推进。工作成绩通过看板来揭示，好、中、差，一目了然，起到激励先进、鞭策后进的作用。以业绩为尺度，使绩效考核更公正、公开、透明化，促进公平竞争，防止绩效考核中人为的偏差。让工作人员了解企业绩效考核的公正性，积极参与公平竞争，使现场充满活力。

5.加深客户印象

看板能让客户迅速而全面地了解企业，并留下深刻的良好印象，从而让客户或其他人员由衷地赞叹企业的管理水平。

（二）看板样式

现代企业的数字化工厂将实现全自动化管理，为企业带来以下优势：

1.生产协同好

在进度可见方面，可使各设备预计完成时间精准；在工单管理方面，设备工单透明清晰；在生产协同方面，各岗位清楚知道工作计划；在电子看板方面，车间全貌一切在握；在安灯系统方面，上情下达，下情上传，管理规范，一目了然。

2.效率管理高

在机器效率方面，时间稼动率、OEE、停机时长；在人员效率方面，生产节拍，效率正态分布；在流程瓶颈方面，可对堵塞、积压、异常监控，从而提高机器和人员使用效率。

3.工艺监管到位

在工艺存储方面，不因人员流失而丢失工艺；在工艺报警方面，非法修改参数报警，而且工艺参数不因人员流动而丢失，具有防窃功能，保密性好。

4.质量分析全面

在参数异常方面，用设备参数判断质量；在关键数据方面，保存单品关键参数，且具有产品质量溯源，产品质量有保障。

5.设备运维方便

当出现故障时实时报警；在维护定时方面，根据运行时长报警；运维日志不可篡改，真实有效；设备运行稳定，可以降低维护成本，故障位置可记忆。

6.能耗管理清晰

在分项计量方面，按类、按时长统计；在单品能耗方面，以产量定能耗；在水气电冷热管理方面，综合管理，节能降耗，降低企业生产成本。

参考文献：

[1]毛光烈.工业中小企业向数智工厂运营模式转型的实施方法与路径[J].智能制造，2022（04）：13-17.

[2]陈柏竹.数字化转型下海康威视财务绩效评价研究[D].哈尔滨：哈尔滨商业大学，2023.

[3]马俊宝.数字化工厂及其关键技术研究[J].名城绘，2020（11）：566.

作者简介：戴建友（1976），男，浙江杭州人，本科，高级技师，主要研究方向为现代企业管理、电气控制。