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,，它在指引,，那些走向理解智能工廠和工業(yè)4.0的必經之路,。

　　數(shù)字化工廠的定義雖然國內外對數(shù)字化工廠的研究越來越多,，但是對于數(shù)字化工廠的定義確沒有統(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)字化工廠以生產產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,，使其生產與經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）、生產操作（operation）和產品（product）為核心,，以產品生命周期數(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,，是產品在生產工位、生產單元,、生產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。筆者傾向并采用的概念為狹義的數(shù)字化工廠,。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,、質量檢測,、生產過程管理和控制），在計算機上的一種映射,。數(shù)字化工廠,、智能工廠與工業(yè)4.0

　　工業(yè)4.0官方的說法文字太多,，簡單說，有兩個維度,，技術維度就是物聯(lián)網和服務在制造業(yè)的應用,，而商業(yè)維度就是用戶驅動。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系統(tǒng)及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現(xiàn),；二是“智能生產”,，主要涉及整個企業(yè)的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業(yè)生產過程中的應用等,。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,。關于工業(yè)4.0的階段和實施先決條件，北航劉強教授說過一段話非常經典的“三不要原則”,，第一,，不要在不具備成熟的工藝下做自動化，工藝如果不成熟,，就最好先做生產線,，這是工業(yè)2.0解決的問題。第二,，不要在管理不成熟的時候做信息化,，這是工業(yè)3.0解決的問題。第三,，不要在不具備網絡化和數(shù)字化的基礎時做智能化,，這是工業(yè)4.0解決的問題。

　　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)網技術和各種智能系統(tǒng)等新興技術于一體，提高生產過程可控性,、減少生產線人工干預,。

　　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。數(shù)字化工廠的路徑數(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,。首先要全面了解數(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。

　　企業(yè)數(shù)字化轉型框架上圖中的參考架構即是筆者研究參考了眾多工業(yè)4.0框架體系后,，提出的針對企業(yè)的數(shù)字化轉型框架模型,，重點是根據(jù)當前企業(yè)現(xiàn)狀從管理咨詢維度和IT信息化維度，分解智能制造時代數(shù)字化車間,、數(shù)字化工廠和數(shù)字化企業(yè)的層級關系,，面向落地和實施。

　　隨著現(xiàn)代制造對產品開發(fā)的要求不斷挑,，以及產品逐步轉向多品種,、小批量的訂單模式，企業(yè)內各系統(tǒng)之間的統(tǒng)一性與有效整合問題就逐漸浮出水面,。目前大多數(shù)企業(yè)面臨的是對原來工廠,，從基礎信息化與自動化向數(shù)字化改造的問題。無論是建新廠還是改造老廠,，首先要面對的問題就是數(shù)字化工廠的規(guī)劃,，而每一家企業(yè)所處的階段都不盡相同，這就需要梳理企業(yè)現(xiàn)狀,，量身剪裁出合身的數(shù)字化工廠規(guī)劃藍圖,。如下圖所示，數(shù)字化工廠的建設x軸代表這技術水平,，y軸代表著管理水平,。管理水平從基礎管理、標準化管理一直到集成化管理,、智能化管理,。技術水平從基礎IT與自動化，到業(yè)務流程變革,，再到系統(tǒng)集成,，最后實現(xiàn)CPS。企業(yè)可以根據(jù)自身所處的階段，重點關注本階段需要重點去推進的事情,，做到2.0補課,，3.0普及，4.0目標,。

　　數(shù)字化工廠實施路徑圖在數(shù)字化工廠的建設過程中,，有了細致周密的數(shù)字化規(guī)劃藍圖，就擁有了數(shù)字化工廠建設的基點和指南針,。接下來就應該選擇最合適的技術,，這里注意不是最先進的技術，先進的技術并不一定在企業(yè)數(shù)字化建設中發(fā)揮最大的效用,，需要根據(jù)企業(yè)自身功能和用途需求合理決策,。在信息化程度還比較低的企業(yè)，RFID技術的使用,，不見得比條碼技術更實用,。制造業(yè)的數(shù)字化工廠建設是一個大的系統(tǒng)工程，并非幾天,、幾個月就能建設好并投入使用的,，需要一個較長的實施周期，不能跨越式建設,。每個階段都是以前一個階段為基礎,，逐步推進的，而且很多問題并不是技術上的問題,，而是管理,、組織方式、觀念的變革,。

　　這是對管理者真正的考驗,。管理者需要痛下決心，付出耐心,。而這同時也對數(shù)字化工廠的咨詢顧問,，提出了非常綜合的要求：需要了解企業(yè)管理、懂技術實現(xiàn),、懂生產運營等等,。員工的士氣也是一個重要考量。這是一個學習型的漸進過程,，三方都必須深浸其中,，才能推進全面的數(shù)字化建設。數(shù)字化工廠規(guī)劃核心要素數(shù)字化工廠的建設的核心要素可以歸納為工廠裝備數(shù)字化,、工廠物流數(shù)字化,、設計研發(fā)數(shù)字化,、生產過程數(shù)字化，如下圖所示,。通過這四個方面的建設,，帶動產品設計方法和工具的創(chuàng)新、企業(yè)管理模式的創(chuàng)新,。工業(yè)4.0和數(shù)字化工廠的相關技術將促進產業(yè)鏈和價值鏈的分工重組,，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產生各種新的業(yè)態(tài)和合作形式,，形成自動化,、信息化、一體化,、精益化,、集成化的數(shù)字化工廠。

　　核心四要素這其中工廠裝備數(shù)字化,，是數(shù)字化工廠建設的前提和基礎，為設計,、研發(fā),、生產等各個環(huán)節(jié)提供基礎數(shù)據(jù)的支持。工控產品,，如PLC,、伺服電機、傳感器等仍然是數(shù)字化工廠不可或缺的部分,。

　　在此基礎上,，工廠物流能夠從被動感知變?yōu)橹鲃痈兄瑢崿F(xiàn)透明,、安全和高效,，包括產品運輸過程跟蹤，運輸車輛跟蹤定位,，物料出庫,，物料配送上線等。更加重要和經常被切斷的環(huán)節(jié),，來自上游的設計,。通過設計研發(fā)數(shù)字化，從而實現(xiàn)設計,、工藝,、制造、檢測等各業(yè)務的高度集成,，包括CAD/CAPP/CAE/CAM/PLM的集成,，虛擬仿真技術，MDB模型的應用，產品全生命周期管理等,。

　　生產過程的數(shù)字化主要是利用數(shù)字化的手段應對更復雜的車間生產過程管理,，這其中最重要的是制造執(zhí)行系統(tǒng)MES的建設以及MES與ERP/PLM和車間現(xiàn)場自動化控制系統(tǒng)的交互。MES在智能制造領域的作用越來越明顯,。它既是一個相對獨立的軟件系統(tǒng)又是企業(yè)信息傳遞路由器,，匯集市場與服務、產品設計,、MRP/ERP,、供應鏈等信息，并轉化為詳細的生產作業(yè)指令,，從而實現(xiàn)復雜產品制造過程生產現(xiàn)場的管理與控制,。MES向上承接ERP下達的生產計劃以及PLM經過仿真驗證的產品BOM，向下銜接車間現(xiàn)場SCADA控制系統(tǒng),，彌補了ERP與車間過程控制之間的真空,，實現(xiàn)了工業(yè)4.0所強調的垂直方向上的集成以及貫穿價值鏈的端到端工程數(shù)字化集成。

　　下面這張圖充分的反映了數(shù)字化工廠幾大核心系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息流動關系,，強調了不同系統(tǒng)之間的應用邊界和交互界面,。

　　數(shù)字化工廠的標桿西門子工業(yè)軟件大中華區(qū)技術總經理方志剛先生有一張圖，非常清晰地表達了一個數(shù)字化工廠的完美嬗變和日益成形的工業(yè)4.0工廠,。

　　我們需要去全球最負盛名的西門子安貝格工廠,，學習什么？

　　這張圖耐人尋味地表達了一個三十年的歷程,。從82年開始引入車間管理系統(tǒng)起,，到RFID的引入，到數(shù)據(jù)優(yōu)化的管理,，到工藝路線管理系統(tǒng),。它是一個蝶變的過程，也是一個持續(xù)改善的過程,。這座外觀與工人數(shù)量基本維持原狀,、連生產面積都未增加的工廠，三十多年一直向著一個光芒之地在自我進化,。我們知道,，那個光芒之地，正是我們心目中的工業(yè)4.0圣地,。在這個演化過程中,，該工廠的產能較26年前提升了8倍，每年可生產約1200萬件Simatic系列產品,，按每年生產230 天計算,，差不多平均每秒就能生產出一件產品,。

　　而西門子成都工廠作為安貝格的姊妹工廠，是西門子在德國之外的首家數(shù)字化企業(yè),，也是西門子在全球第三個工業(yè)自動化產品研發(fā)中心,。從2011年10月，西門子與成都市政府雙方簽署投資協(xié)議,，到2013年9月,，工廠正式建成投產。從簽署協(xié)議到全部建成只用了不到三年的時間,。西門子安貝格工廠的30年是先驅的探索,，西門子成都工廠的3年是在安貝格工廠30年經驗和技術積累基礎上的厚積薄發(fā)。沿著標桿工廠的建設足跡,，我們會發(fā)現(xiàn)做到這個高度不可能是一蹴而就的,，需要在最佳實踐的基礎上科學規(guī)劃，一步一個腳印,，腳踏實地,，摒棄浮躁。作者柏雋：西門子研究院高級顧問,，關注工業(yè)4.0和數(shù)字化轉型,，有興趣交流請加