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隨著數字技術5G、大數據、邊緣計算、云計算、人工智能、物聯網等技術快速發展，以及工業4.0、中國制造2025、數字中國建設規劃的深度推進，打造“數字化工廠”成為了很多企業的重要戰略目標。

什么是“”數字化工廠”?面對數字化轉型帶來的機遇與挑戰，傳統制造企業該如何跟上時代的步伐打造數字化工廠?數字化工廠建設對傳統PLM、ERP、MES、WMS等業務系統帶來哪些挑戰和變化?

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什么是數字化工廠數字化工廠DF(Digital Factory，DF)是運用數字技術、大數據、人工智能、物聯網等先進技術，將生產線和生產設備連接起來，實現高效、自動化、智能化、自適應的一種先進的制造模式。

這種制造模式以數字化工廠為核心，在設計、生產、質量、物流、環保等領域，實現數據的實時感知、存儲、分析、決策和控制，提高生產效率、降低生產成本、提高產品質量、提升客戶滿意度和創造核心價值。、智能化工廠是智能制造的核心，是未來工業生產的一種新趨勢和新模式。

數字化工廠提供了全面的制造過程管理，在實際產品生產前，在計算機模擬的環境中完成虛擬生產全部過程，生成經過“數字化工廠”驗證過的、實際生產所需的各種工藝數據和文檔。

從應用層面看，數字化工廠核心，即是PLM、ERP、MOM、WMS、DCS五大系統的全面集成、打通和融合，并以MOM/MES(制造運營系統)為中樞核心，形成智能制造創新平臺。

1、PLM系統

PLM系統(Product Lifecycle Management)是一種用于整個產品生命周期管理的軟件系統。PLM系統包括設計、開發、制造、銷售和維護等各個階段，用于協調和管理整個生命周期的所有過程。

2、ERP系統

ERP系統是一個企業資源計劃系統(Enterprise Resource Planning)，是一種綜合性的企業管理軟件，旨在協調和整合企業各個方面的業務流程。ERP系統可以集成銷售、采購、生產、物流、財務等多個業務領域，使各個部門之間的信息流和業務流更加協調和高效。

3、MOM系統

MOM系統(Manufacturing Operations Management)是一種用于制造業的管理系統，旨在協調和管理整個生產過程。MOM系統主要包括五個部分：生產管理、過程控制、設備管理、人機交互和數據分析。

4、WMS系統

WMS系統(Warehouse Management System)是一種倉庫管理系統，旨在幫助企業有效地管理倉庫，實現對供應鏈的優化。WMS系統可以管理倉庫中的貨物流動，跟蹤每一件貨物的位置、狀態和數量，支持物流管理中的各個環節，包括收貨、質檢、入庫、存儲、揀選、裝運等。

5、DCS系統SCADA+PLC的生產現場控制系統。DCS系統(Distributed Control System)是一種分布式控制系統，主要用于工業自動化和過程控制。DCS系統通過分布在系統各個節點的控制器和傳感器等裝置，實現對生產過程的實時監控和控制。02

智能制造本質的理解智能制造本質應用最新工業工程及數字網絡技術(移動互聯網、邊緣計算、大數據、人工智能、物聯網等)，重新審視企業現有流程與生產組織方式，實現企業在供應、營銷、設計及制造等領域的經營創新，全面推動企業向生產智能、管理智能化、運營智能方向轉型，以滿足客戶敏捷 、個性、服務化需求。

企業的數字化和智能化改造大體分為4個階段：自動化產線與生產設備，設備互聯與數據采集，數據的打通與直接應用、數據智能決策與控制執行。這4個階段并不是嚴格按順序進行的，各階段不是孤立且可能跨越多個階段。

 

 

數字化工廠的主要環節包括：設計、生產、物流、售后等環節。關鍵技術包括：人工智能、大數據、物聯網、邊緣計算、智能制造系統等。其中，數字化建模、虛擬仿真、虛擬現實/加強現實(VR/AR)等技術包含其中。

產品設計環節

在產品研發設計環節利用數字化建模技術為產品構建三維模型，利用數值仿真、虛擬現實等技術，對產品在各種條件下的性能進行模擬和測試。產品設計環節可以大大縮短設計周期、提高設計質量、快速響應市場需求和定制化生產。

生產規劃環節

利用虛擬仿真技術對生產執行進行預規劃和驗證是數字化工廠生產流程中的一個重要環節。通過數字化建模和仿真技術，對生產環節進行虛擬仿真，既可以提前預測生產執行過程中可能出現的問題，也可以優化和驗證生產方案的可行性。

生產執行環節

數字化工廠的生產執行環節是指公司采用數字化技術和工具實現生產計劃和任務的執行過程，幫助企業實現生產計劃與實際情況的一致性，實時監測生產設備和生產過程中的參數和指標，并提供實時反饋，幫助企業及時調整、優化生產過程。

倉儲物流環節

數字化工廠倉儲環節是指利用數字化技術和設備，對倉儲管理進行優化升級的過程。通過數字化技術，倉儲環節可以實現更精準的庫存管理、更高效的物流運輸和更快速的訂單處理，同時可以有效降低倉儲成本和提高工作效率。

 

 

數字化智能化車間的三維結構模型

將數字化建模、數字化控制、數字化管理等技術應用于車間規劃與改善、生產運行、工藝執行、庫存物流、質量控制、設施維護等六大主要業務活動。結合5M2E(人員Man，設備Machine，物料Material，方法Method，測量Measurement，能源Energy和環保Environment)對生產過程中這六個元素進行監控和管理，提高生產效率和產品品質，并降低生產成本和資源浪費。

工廠數字化、智能化到一定程度，就能通過智能決策來做執行控制和自適應。自適應則指的是系統或設備能夠根據外部環境的變化、自動調整參數以及工作模式的能力。

就像人體就是天然的自組織，手指破了皮膚會自動修復，運動疲勞了身體會自動恢復，長跑久了在沒有大腦指令的情況下雙腳也能維持和諧的跑姿，走路遇到水溝大腦還沒反應過來雙腿不由自主地跨越過去了。

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數字化工廠驅使PLM、ERP、MES、WMS等系統解構和重構通常認為，數字化工廠就是將PLM、ERP、MES、WMS業務系統組合并實現數據集成，然后結合物聯網(IoT)、大數據、人工智能等技術，以及基于云計算、邊緣計算等構建的數字化生產平臺，實現生產過程的自動化、數字化和智能化。

但實際情況是否真的如此?在大規模批量生產的流程制造也許問題還不明顯，但對于小批量、需要較高柔性和可定制性，以及對市場需求反應快的離散型制造就會有較大的問題。

傳統的PLM、ERP、MES、WMS等系統，主要還是基于流程和管理的業務驅動模式。過去工廠缺少很多一線生產環節數據，或信息傳遞較原始，效率較低，而且ERP、CRM、MES等各種信息系統互相獨立，存在很多數據孤島。這些產品通常流程重且死板，適用性差，改造難;系統間多套主數據運營，僅面向企業內部經營管理，無外部資源整合的能力。

現在開始有一些公司通過新型的管理軟件，對工廠的數據進行整合打通，并在此基礎上提供更高效的信息傳遞、生產管理和協同，用以適應C2M和OTD。詳見之前文章《從OTD到ATS，數字化重塑制造型企業尤其是面向終端消費市場的制造型企業》。

以C2M場景為例，如果用戶在下單及提出定制化需求后，在這之后取消訂單、修改訂單、追加訂單，或者修改了產品的屬性。這些改變除了在產品數量有變化之外，還會涉及BOM、工藝、設備的變化，然后引起采購需求、生產主計劃、生產計劃、庫存、成本、工序等一系列的變化。

這些變化會首先從PLM系統引發跟ERP、MES、WMS等系統交互，然后再是各系統的交互和協同，整個協同鏈路長，甚至存在鏈路有斷點、信息孤島和數據不一致的問題。

由于企業自身情況以及廠家各自擅長產品和領域的不同，PLM、ERP、MES、WMS等業務系統往往是在企業發展不同階段，由不同廠家實施和搭建的，然后通過流程和管理來打通和協同，導致各系統間的關系是串行關系。

但實際上業務運行的實質是牽一發而動全身，他們之間是互為網狀關系，但由于信息化時代數字技術還沒發展起來，還不具備運行網狀關系的條件和基礎。當數字技術充分發展后，這個網狀協同關系是可以很好地運作起來，并可事先通過數字孿生、仿真的技術手段在數字世界模擬和驗證。

比如無論是PLM系統，還是ERP、MES、WMS系統，它們中某一個環節發生了變化，作為出發點均需要同時跟其它幾個系統協同和交互。

 

就像在小水溝里丟一塊石頭后，石頭激起的波紋會延著水溝的某個方向延伸，可以看成是串聯的波動。水溝里的水基本上往一個方向波動，波動結束后水才會整體回流，只是力道減弱了。

如果往水塘中間丟一塊石頭，那么激起的波浪就會向四面八方擴散和迭代。池塘里的水在蕩漾出去后，這個波動自觸發以后就是連續的，看起來向外擴散又像是向內回流，已經分不清哪里是開始哪里是結束。水塘這種波浪擴散、延伸和迭代的模式和效果，類似端到端的實時計算和響應，才是數字化工廠和智能制造真正需要的。

以C2M為例，可能一開始用戶需求的變化從PLM開始觸發后，系統就開始不間斷地運行。但當運行到某個環節，這個環境可能是PLM、也可能是ERP、MES、WMS甚至是DCS發現異常，然后從異常點開始往四面八方擴散和延伸。這個時候已經說不清誰是開始誰是結束，因為互為因果關系。

也就是說，當數字化、智能化工廠開始運行后，業務和數據角度看，已經不清楚誰來影響誰，因為它們是你中有我，我中有你，無始無終。就像平時談論到底是先有雞還是先有蛋，永遠都說不清楚，其實也已經不重要了，因為任何事物開始的時候可能就是以終為始，然后結束的時候就是以終為始。

因此，對于C2M和柔性制造的數字化工廠，還需要對PLM、ERP、MES、WMS等系統進行解構和重構。詳見之前文章《數字化時代，包含ERP、CRM在內的所有業務系統終將被解構和重構》。

要解決數據孤島、協同鏈路長、以及依賴串行流程控制這些問題，就需要這些業務系統的數據都要采集、存儲到同一個統一的數據平臺里(數據中臺)。然后在此基礎上解構原有的PLM、ERP、MES、WMS等業務，將共性、關聯性和協同性很強的部分融合，原有獨立性較強的核心的模塊繼續保留，同時也會增加一些新數字孿生、仿真驗證等應用場景。從縱橫向兩個維度對原有的業務系統進行解構和重構，然后在低代碼平臺進行承載和落地(類似技術中臺+業務中臺)。

解構和重構等PLM、ERP、MES、WMS系統后，可以實現端到端的數據源統一，實現一體化敏捷運營、智能決策，精確排產、自適應生產管理，全域透明、智慧拉動式生產物流，進而提高生產效率、降低生產成本、提高產品質量、提升客戶滿意度。

這種直接在數據中臺上架構和實現業務系統功能的做法，可以看成是數據中臺智能的延伸，類似直營店和加盟店的關系。“直營店”的數據直接通過低代碼平臺將數據存儲到數據中臺，“加盟店”是先將業務系統數據存儲到自己的數據庫，然后再將數據庫的數據匯聚到數據中臺。

也許數據中臺的終極目的地就是所有的業務系統是直接架掛在數據中臺之上，但那個時候也許已經不叫數據中臺了，但是不管它叫什么其實不重要，它出現的時機和使命決定了它的任務和價值所在。

將PLM、ERP、MES、WMS系統解構和重構實施起來會有不小的難度，首先要充分考慮好架構，然后考慮到ERP的功能模塊多且很復雜。但有難度并不代表不可行，比如可以用代碼平臺減少開發工作量，使用具備豐富ERP產品設計團隊參與和主導。04

結語未來，隨著數字化、智能化工廠的規劃和實現，將會個人就業、企業定位以及產業的布局都會帶來較大的沖擊和影響。

比如未來有實力的制造型企業可以建設數字化、智能化工廠，沒有實力建設數字化、智能化工廠的企業，可能需要將企業核心競爭力聚焦在品牌打造、市場營銷和渠道關系維系等方面，產品設計、制造和物流方面就需要外包出去，逐漸形成營銷型企業、產品型企業、生產型企業、物流型企業等。詳見之前文章《數字化轉型之生態篇：企業數字能力資產交易和共享形成數據價值域，價值域又形成數字生態價值圈 》。

建設數字化、智能化工廠也會對行業和產業帶來沖擊，并最終會驅動產業的分化、融合和重組，形成以“數字產業+基礎資源產業“的新產業體系。