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一、概述

隨著企業(yè)對各類創(chuàng)新技術的采用以及對不同資質(zhì)人才的聘用，在新型工業(yè)化的推動下數(shù)字化工廠正悄然引領制造業(yè)的轉型，并推動著制造業(yè)的中心邁向高度定制化的產(chǎn)品和系統(tǒng)。領先的制造型企業(yè)正采用一系列的先進技術實現(xiàn)生產(chǎn)乃至整條供應鏈的數(shù)字化，這些技術包括大數(shù)據(jù)分析解決方案、端至端的實時規(guī)劃和互聯(lián)、自控系統(tǒng)、數(shù)字孿生等。憑借這些技術，效率得以提升，企業(yè)能夠批量生產(chǎn)高度定制化的產(chǎn)品。然而，想要完全發(fā)揮出數(shù)字化的潛力，企業(yè)仍需要與主要供應商和大客戶實時互聯(lián)。

作為在電子商務和電子支付領域內(nèi)全球公認的數(shù)字化領先者，中國在制造業(yè)領域內(nèi)對數(shù)字化的應用卻仍處于起步階段。中國制造為產(chǎn)業(yè)變革注入了強心針，突顯了戰(zhàn)略緊迫性，但只有在企業(yè)大膽擁抱數(shù)字化的情況下才能取得實質(zhì)性的進展，并產(chǎn)生深遠影響。

二、數(shù)字化工廠的定義

數(shù)字化工廠正在閃現(xiàn)迷人的色彩，制造業(yè)正在被其光芒所吸引。然而輝光之中，很多企業(yè)也被各種相互矛盾和相互糾纏的概念所混淆，大家都渴望自己擁有一個洞開一切的神器。而數(shù)字化工廠，的確是一道有著清晰軌跡的光路，它讓人們充分理解智能工廠和工業(yè) 4.0 之間的關系。

數(shù)字化工廠的定義雖然國內(nèi)外對數(shù)字化工廠的研究越來越多，但是對于數(shù)字化工廠的定義卻沒有統(tǒng)一的定論。就目前而言，存在兩種數(shù)字化工廠的定義，一種是廣義的，一種是狹義的。

廣義數(shù)字化工廠以生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務的制造企業(yè)為核心企業(yè)，以及相關聯(lián)的成員，包括核心制造企業(yè)、供應商、軟件系統(tǒng)服務商合作伙伴、協(xié)作廠商、客戶、分銷商、銀行等，包括生產(chǎn)與經(jīng)營過程中所有信息數(shù)字化的動態(tài)聯(lián)盟。

狹義數(shù)字化工廠以制造資源(resource)、生產(chǎn)操作 (operation) 和產(chǎn)品 (product) 為核心，以產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)為基礎，應用仿真技術、虛擬現(xiàn)實技術、實驗驗證技術等，是產(chǎn)品在生產(chǎn)工位、生產(chǎn)單元、生產(chǎn)線以及整個工廠中的所有真實活動虛擬化，并對加工和裝配過程進行仿真、試驗、分析、優(yōu)化的一種集成組織方式。

實際上，這也符合工廠企業(yè)的實際認知。數(shù)字化工廠將產(chǎn)品信息數(shù)字化、過程信息數(shù)字化和資源物料信息數(shù)字化，并使這三種數(shù)字化流進行有效結合，是真實工廠的制造過程 ( 包括設計、性能分析、工藝規(guī)劃、加工制造、質(zhì)量檢測、生產(chǎn)過程管理和控制 )，在計算機上的一種映射。

三、數(shù)字化工廠與“工業(yè) 4.0”的關系

關于“工業(yè) 4.0”的說法簡單地說，有兩個維度，技術維度就是物聯(lián)網(wǎng)和服務在制造業(yè)的應用，而商業(yè)維度就是用戶驅(qū)動。其兩大主題也是讀者耳熟能詳，一是“智能工廠”，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡化分布式生產(chǎn)設施的實現(xiàn)；二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機交互以及 3D 技術在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應用等。數(shù)字化工廠和工業(yè) 4.0 之間隔著一個智能工廠的距離。數(shù)字化本身其實就是智能的一部分，是一個入口；而智能工廠是在數(shù)字化工廠的基礎上附加了物聯(lián)網(wǎng)技術和各種智能系統(tǒng)等新興技術于一體，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預。

數(shù)字化工廠是智能工廠的落腳點，而智能工廠又是工業(yè) 4.0 的基礎和落腳點。只有實現(xiàn)了數(shù)字化工廠，才有可能實現(xiàn)工業(yè) 4.0。

四、數(shù)字化工廠建設路徑

數(shù)字化工廠是在信息集成的基礎上，對研發(fā)、制造、管理等各個環(huán)節(jié)進行全面的過程集成，構建數(shù)字化工廠是一項艱巨并且復雜的系統(tǒng)工程。而任何復雜系統(tǒng)工程的實施都離不了系統(tǒng)建模、系統(tǒng)仿真、系統(tǒng)分析和優(yōu)化，同樣數(shù)字化工廠也不能例外。要全面了解數(shù)字化工廠，建立數(shù)字化工廠的模型和參考架構，然后需要有一套完整的方法論、工具和流程對數(shù)字化工廠的各個階段進行建模、規(guī)劃、分析和優(yōu)化。

數(shù)據(jù)是數(shù)字化工廠的根本所在，需要打造數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)整合方面的能力。通過傳感器，未來的數(shù)字化工廠能夠產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)整合和內(nèi)存方面的技術能力不斷完善，數(shù)字化工廠與供應鏈生態(tài)體系的實時整合成為了可能。通過機械設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)，甚至是供應商和客戶，企業(yè)能夠在整條供應鏈中實現(xiàn)關鍵供需數(shù)據(jù)的實時交互。在未來，數(shù)字化工廠將能夠在客戶需求不足的生產(chǎn)期間規(guī)劃各類維護和停工檢修安排，實現(xiàn)利潤率的最優(yōu)化。實現(xiàn)工廠和整個企業(yè)生態(tài)體系內(nèi)部的全面互聯(lián)，以及對信息的智能化使用，將成為企業(yè)保持競爭力不可或缺的選項?；谝陨咸魬?zhàn)以及數(shù)字化供應網(wǎng)絡轉型的必要性，亟須采取的舉措包括：

（1）大處著眼：企業(yè)要想充分挖掘數(shù)字化供應網(wǎng)絡的價值，就應當打破傳統(tǒng)線性思維，考慮若生產(chǎn)網(wǎng)絡內(nèi)各參與方能夠即刻獲取數(shù)據(jù)和信息，這可以創(chuàng)造什么價值。

（2）小處著手：面對資源有限、投資競爭激烈的商業(yè)環(huán)境，企業(yè)可確定并優(yōu)先開展個別價值驗證項目，檢測數(shù)字化轉型策略，并展示數(shù)字化供應網(wǎng)絡可切實產(chǎn)生的投資回報率。

（3）迅速推廣：一旦證實數(shù)字化供應網(wǎng)絡計劃的實施能夠創(chuàng)造高投資回報率，企業(yè)就當著手在整個組織層面廣泛實施這一計劃。此外，企業(yè)還應創(chuàng)造性地應對尋找、培訓和保留高技能人才等主要挑戰(zhàn)，調(diào)整企業(yè)內(nèi)部文化，以更具戰(zhàn)略性的途徑創(chuàng)造價值并滿足顧客需求，進而獲取市場競爭優(yōu)勢。

五、通向數(shù)字化工廠的藍圖

領先的工業(yè)企業(yè)已經(jīng)在數(shù)字化工廠的建設和發(fā)展方面邁出了堅實的步伐，在提升生產(chǎn)效率的同時，能夠迅速可靠地生產(chǎn)出更多定制化、高質(zhì)量的產(chǎn)品服務于市場。對于許多沒有打算建設數(shù)字化工廠的企業(yè)而言，缺乏一套數(shù)字化的愿景和企業(yè)文化是讓他們裹足不前的最大阻礙。在我們看來，這正是數(shù)字化工廠先行者們不可獲取的一大要素。數(shù)字化愿景不僅只是考慮各項技術，而且還定義了這些技術如何在整個產(chǎn)品生命周期和企業(yè)生態(tài)圈中相互配合。阻礙企業(yè)制定數(shù)字化工廠計劃的其他因素還包括機會不定、經(jīng)濟效益不明、投資代價不菲。

1. 繪制數(shù)字化工廠戰(zhàn)略

制定一套連貫的戰(zhàn)略絕對是重中之重。數(shù)字化工廠涉及不同技術的采用，許多技術很容易臨時倉促上馬。對于各項技術如何匹配整體戰(zhàn)略和運營目標，如何與其他現(xiàn)有技術配合，企業(yè)需要有明確的想法，數(shù)字化愿景也應該涵蓋整個組織，讓數(shù)字化工廠應該發(fā)揮 1+1>2的作用。

制定數(shù)字化工廠戰(zhàn)略前，企業(yè)需要認識到自身目前的成熟度，確保人才和技術得到同等的重視，聚焦能夠帶來價值最大化的項目。最后，需要組建起一支由高層、中層以及車間工人組成的支持者隊伍，共同推進戰(zhàn)略的落地。

2. 設立試點項目

數(shù)字化的經(jīng)濟效益有時并不容易量化，而且在初始階段，團隊只能提供非常有限的技術概念和演示，因此可能導致難以爭取到資金和利益相關方的認可。由于數(shù)字化工廠可能會給整個勞動力帶來深遠的變革，所以需要讓工人加入到試點工作中。

解決這些問題的手段就是試點。通過試點，企業(yè)能發(fā)現(xiàn)最適合自身的方式，將速贏的成效展現(xiàn)給整個組織并獲得他們的認可，進而爭取到資金用于大規(guī)模的推廣。在一兩處生產(chǎn)基地縱向整合，從數(shù)字化工程設計到以實時數(shù)據(jù)為支撐的生產(chǎn)規(guī)劃，是一種可行的試點方案。在主要的生產(chǎn)設備上安裝傳感器和執(zhí)行裝置，或者使用數(shù)據(jù)分析來探索預測性維護方案，也能取得初步的成效。還可以在特定的工廠中實現(xiàn)特定產(chǎn)品線的數(shù)字化，將其作為不斷學習和優(yōu)化的契機。當然，企業(yè)還可以考慮與初創(chuàng)企業(yè)、高?；蛐袠I(yè)組織等外部的數(shù)字化領先者合作，加快數(shù)字化創(chuàng)新的步伐。

3. 確定所需的能力

生產(chǎn)環(huán)節(jié)中什么最重要？更完善、自動化程度更高的物流？為工人提供及時、定制化的信息？傳感器集成網(wǎng)絡？我們認為，從能力的角度出發(fā)考慮這個問題能帶來更大的價值。數(shù)字化工廠的目標并不是實施最酷炫的新裝置，而是達成提升效率、改善質(zhì)量或增強業(yè)務本身等特定的目標。

根據(jù)試點中汲取的經(jīng)驗，從組織、人才、流程和技術四個戰(zhàn)略的維度，結合企業(yè)的生產(chǎn)戰(zhàn)略和整體業(yè)務目標，詳細勾勒出數(shù)字化工廠所聚焦的能力以及工廠體系的架構。

4. 成為數(shù)據(jù)分析和互聯(lián)方面的領先者

流程及質(zhì)量改善、資源管理、預防性維護，在數(shù)字化工廠里，這些解決方案幾乎總是與互聯(lián)息息相關。傳感器協(xié)助收集數(shù)據(jù)，在信息層進行分析，然后傳回聯(lián)網(wǎng)的物流設施和生產(chǎn)設備上實時調(diào)整生產(chǎn)。每家企業(yè)都需要熟練掌握能生成和傳輸數(shù)據(jù)的互聯(lián)工具與系統(tǒng)，以及用于改善效率和質(zhì)量的分析工具。

5. 推動工廠向數(shù)字化轉型

通向數(shù)字化工廠之路是一條轉型之路。如同其他轉型一樣，管理變革及其對員工的影響，是成功的關鍵。難以發(fā)現(xiàn)合格的人才、缺乏數(shù)字化的企業(yè)文化、部分員工不愿擁抱數(shù)字化變革，這些都是常見的挑戰(zhàn)。

這些問題的解決之道在于及早與員工攜手合作，對培訓和繼續(xù)教育開展投資，而這些投入會因為數(shù)字化工廠所帶來的效率提升而被抵消。

數(shù)字化環(huán)境的培育必須要有領導層的全力支持。高層必須將數(shù)字化工廠戰(zhàn)略視為工作的重點，摒棄保守主義的姿態(tài)加快項目的審批流程，從而讓數(shù)字化團隊加快推進轉型進程。同時，還需要設計簡練的匯報渠道，確保數(shù)字化團隊側重于各類增值活動而不是疲于應付各類行政要求。

6. 將數(shù)字化工廠與企業(yè)的數(shù)字生態(tài)圈結合

在推動數(shù)字化工廠的過程中，許多企業(yè)都將精力集中在各個工廠內(nèi)部的縱向整合。在工廠內(nèi)部實現(xiàn) MES 和 ERP 系統(tǒng)的連接，確實能實現(xiàn)顯著的改善。但作為數(shù)字化生態(tài)體系中的一部分，數(shù)字化工廠應該發(fā)揮更大的作用。

當企業(yè)橫向地將整條供應鏈上的供應商和客戶信息與數(shù)字化工廠進行整合時，將能帶來更大的效率提升。試想一下：

你可以利用實時的短期客戶需求調(diào)整規(guī)劃和生產(chǎn)情況，靈活地根據(jù)客戶的要求做出調(diào)整，以最小的成本換取最大的客戶滿意度。這種利用跟蹤技術實現(xiàn)的縱向和橫向整合戰(zhàn)略不僅能讓企業(yè)優(yōu)化規(guī)劃流程和生產(chǎn)執(zhí)行，還能深化企業(yè)與具有戰(zhàn)略意義的供應商和客戶之間的紐帶。然而，這些工作只是一個起步。如果企業(yè)能在產(chǎn)品中整合數(shù)字化功能，就有可能打造出一系列的服務，將抽象的數(shù)據(jù)轉化成具體的價值。生產(chǎn)流程本身也能通過多種途徑將收集起來的數(shù)據(jù)轉化為收入。

在數(shù)字化工廠的深遠影響下，企業(yè)能夠拓展甚至是徹底改變目前的業(yè)務模式，不再只是注重生產(chǎn)環(huán)節(jié)，還能有機會在利潤豐厚的售后市場中擴大份額，提升利潤率，并進軍全新的業(yè)務領域。

六、總結

工業(yè) 4.0 使數(shù)字世界和現(xiàn)實世界的界限日益模糊，這一變革趨勢最明顯的表現(xiàn)在于數(shù)字化供應網(wǎng)絡得到日益廣泛的應用。數(shù)字化供應網(wǎng)絡能夠綜合來自不同渠道和地區(qū)的數(shù)據(jù)與信息，為產(chǎn)品實際生產(chǎn)和分銷提供助力。傳統(tǒng)的價值鏈逐漸演變?yōu)榫仃囀降膬r值網(wǎng)絡。基于這一網(wǎng)絡，企業(yè)能夠與生態(tài)體系內(nèi)的任何相關方開展數(shù)據(jù)和信息的傳送與接收，從而有效應對多變的市場環(huán)境，并發(fā)掘新的價值。

數(shù)字化供應網(wǎng)絡采用互聯(lián)互通的矩陣結構，具有較高的靈活度。這種結構摒棄了傳統(tǒng)的局限于生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)原材料和成品端之間的線性傳播途徑，能夠最大化地提高信息傳播效率，以應對客戶和市場需求的變化，從而促進企業(yè)未來的健康發(fā)展。

最后，由于數(shù)字化工廠的轉型需要多部門協(xié)調(diào)，往往需要頂層決策者對數(shù)字化有著較強的決心和較深的認識，能夠指導整個企業(yè)制定數(shù)字化戰(zhàn)略，帶領企業(yè)順利度過轉型，打造出成功的數(shù)字化工廠。