工業(yè)化以來，制造行業(yè)在技術(shù)應用及管理模式上也經(jīng)歷了幾次變革，每一次變革都帶來了工業(yè)化水平的大幅提升，體現(xiàn)到車間層面的技術(shù)應用管理，則大致經(jīng)歷了手工作業(yè)、機械生產(chǎn)、流水線大批量生產(chǎn)、電子信息技術(shù)應用與自動化生產(chǎn)。從制造業(yè)的發(fā)展階段角度，當前的制造企業(yè)發(fā)展也正處于從第三階段向第四階段的過渡時期，即從電子信息時代到智能制造時代的過渡階段。

在第三階段，電子信息技術(shù)的應用使制造過程自動化控制程度進一步大幅度提高，機器能夠替代手工作業(yè)，不僅僅是一些體力勞動，還有一些腦力勞動。通過各種信息化系統(tǒng)（控制技術(shù)和管理系統(tǒng)）的應用，極大改善及優(yōu)化了生產(chǎn)車間流程和管理效率，在資源優(yōu)化、提高效率和輔助決策等方面充分發(fā)揮了信息化的優(yōu)勢。

數(shù)字化車間建設是實現(xiàn)智能制造的重要一環(huán)，是制造企業(yè)實施智能制造的主戰(zhàn)場，是制造企業(yè)走向智能制造的起點。通過數(shù)字化車間的建設，充分發(fā)揮信息技術(shù)、工業(yè)技術(shù)的優(yōu)勢，以降本提質(zhì)增效、快速響應市場為目的，在對生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)組織、生產(chǎn)過程控制等環(huán)節(jié)優(yōu)化管理的基礎(chǔ)上，對人、機、 料、法、環(huán)、測等生產(chǎn)資源與生產(chǎn)過程進行設計、管 理、仿真、優(yōu)化與可視化等，實現(xiàn)精細、精準、敏捷、高效地管理與控制。

1 數(shù)字化車間標準化

在《GB/T 37393-2019 數(shù)字化車間 通用技術(shù)要求》、《GB/T 37413-2019 數(shù)字化車間 術(shù)語和定義》中對數(shù)字化車間的定義、體系結(jié)構(gòu)、基本要求、車間信息交互、數(shù)字化技術(shù)要求等內(nèi)容進行了說明。在《GB/T 37393-2019 數(shù)字化車間 通用技術(shù)要求》中提到，數(shù)字化車間是運用精益生產(chǎn)、精益物流、可視化管理、標準化管理、綠色制造等先進的生產(chǎn)管控理論和方法設計而建造的信息化車間，具有精細化管控能力，是實現(xiàn)智能化、柔性化、敏捷化的產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)。數(shù)字化車間作為智能制造的核心單元，涉及信息技術(shù)、自動化技術(shù)、機械制造、物流管理等多個技術(shù)領(lǐng)域。

數(shù)字化車間的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為基礎(chǔ)層和執(zhí)行層，管理層應在數(shù)字化車間之外�；�礎(chǔ)層主要包括制造設備及生產(chǎn)資源，參與生產(chǎn)過程，執(zhí)行生產(chǎn)、檢測、物流等任務；執(zhí)行層主要包括車間計劃與調(diào)度、生產(chǎn)物流管理、生產(chǎn)過程質(zhì)量管理、設備管理、工藝執(zhí)行與管理功能模塊，對生產(chǎn)過程中的各類業(yè)務、活動或相關(guān)資產(chǎn)進行管理。

根據(jù)數(shù)字化車間體系結(jié)構(gòu)，主要數(shù)據(jù)包括：

（1）生產(chǎn)計劃/車間訂單及其運行結(jié)果反饋。

（2）作業(yè)計劃及其執(zhí)行反饋。

（3）作業(yè)執(zhí)行指令及其執(zhí)行反饋。

（4）工藝要求的檢驗指令及質(zhì)量控制數(shù)據(jù)反饋。

（5）檢驗參數(shù)及其檢驗數(shù)據(jù)反饋。

（6）車間訂單的物料需求及配送反饋。

（7）原材料的入庫、出庫等庫存數(shù)據(jù)。

（8）設備運維計劃與設備運行數(shù)據(jù)等

數(shù)字化車間的基本要求包括資產(chǎn)和制造過程數(shù)字化要求、網(wǎng)絡化要求、系統(tǒng)化要求、集成化要求和安全性要求。

（1）數(shù)字化要求

數(shù)字化車間的資產(chǎn)和制造過程信息應數(shù)字化，包括制造設備數(shù)字化、生產(chǎn)信息的采集、生產(chǎn)資源的識別、生產(chǎn)現(xiàn)場可視化和工藝設計數(shù)字化。

（2）網(wǎng)絡要求

數(shù)字化車間應兼有互聯(lián)互通的網(wǎng)絡，可實現(xiàn)設備、生產(chǎn)資源與系統(tǒng)之間的信息交互。

（3）系統(tǒng)要求

數(shù)字化車間應建有制造執(zhí)行系統(tǒng)或其他的信息化生產(chǎn)管理系統(tǒng)，支撐制造運營管理的功能。

（4）集成要求

數(shù)字化車間應實現(xiàn)執(zhí)行層與基礎(chǔ)層、執(zhí)行層與管理層系統(tǒng)間的信息集成。

（5）安全要求

數(shù)字化車間應開展危險分析和風險評估，提出車間安全控制和數(shù)字化管理方案，并實施數(shù)字化生產(chǎn)安全管控。

數(shù)字化車間制造運行管理涵蓋車間計劃與調(diào)度、工藝執(zhí)行與管理、生產(chǎn)過程質(zhì)量管理、生產(chǎn)物流管理和車間設備管理模塊，各功能模塊的基本要求：

（1）能與數(shù)據(jù)中心進行信息的雙向交換。

（2）應具有信息集成模型，通過對所有相關(guān)信息進行集成，實現(xiàn)自決策。

（3）模塊間應能進行數(shù)據(jù)調(diào)用。

（4）模塊能與企業(yè)其他管理系統(tǒng)（如ERP、PDM）實現(xiàn)信息雙向交互。

2 數(shù)字化車間的規(guī)劃實施

數(shù)字化車間的規(guī)劃實施要結(jié)合企業(yè)自身特點，切合實際，因地制宜，精益思想貫穿始終，以信息技術(shù)和工業(yè)技術(shù)應用為手段，以改善工藝流程、降本增效、提升質(zhì)量水平和柔性能力為目標，切實提高企業(yè)的技術(shù)和管理水平。

數(shù)字化車間的業(yè)務范圍會涉及到機加工、裝 配、質(zhì)檢、物流、維修保養(yǎng)和管理等環(huán)節(jié)，數(shù)字化車間是一個整體性的解決方案，建設范圍應該整體系統(tǒng)性考慮，應用到業(yè)務鏈的每一個環(huán)節(jié)，這樣才能發(fā)揮各個環(huán)節(jié)的聯(lián)動作用，提高整體水平。

數(shù)字化車間是信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)的融合，即IT和OT的融合，通過數(shù)字化設備、數(shù)控機床、自動檢測儀器、自動化技術(shù)、自動識別技術(shù)、AGV、立體倉庫、工業(yè)網(wǎng)絡、SCADA、MES、APS、WMS等技術(shù)和系統(tǒng)的應用，通過信息技術(shù)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸與存儲、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析、監(jiān)控與預測等技術(shù)的應用，實現(xiàn)對數(shù)字化設備的控制及各個業(yè)務環(huán)節(jié)的聯(lián)動。

因此，數(shù)字化車間建設是一項復雜的系統(tǒng)工程，要先規(guī)劃，后實施，即先進行成熟度評估、業(yè)務需求分析、藍圖規(guī)劃、方案設計與實施路徑規(guī)劃，然后進行分步實施，如圖3所示。

《GB/T 39116-2020智能制造能力成熟度模型》對車間制造、物流等環(huán)節(jié)定義了成熟度模型、成熟度等級、能力要素和成熟度要求，企業(yè)通過成熟度模型對自身的現(xiàn)狀業(yè)務能力進行評估與識別差距，分析業(yè)務需求，對標行業(yè)最佳實踐，找準數(shù)字化車間規(guī)劃的抓手。基于企業(yè)數(shù)字化戰(zhàn)略與成熟度評估結(jié)果，進行數(shù)字化車間藍圖規(guī)劃，為數(shù)字化車間建設制定目標、業(yè)務藍圖、系統(tǒng)藍圖、系統(tǒng)邊界、數(shù)據(jù)流等規(guī)劃內(nèi)容，是數(shù)字化車間建設成為全局性共識，確保目標達成。數(shù)字化車間建設不是一蹴而就，要根據(jù)藍圖規(guī)劃，結(jié)合企業(yè)業(yè)務能力，設計解決方案，并綜合分析技術(shù)可行性和財務可行性制定實施路徑，以指導后續(xù)的實施落地工作。

數(shù)字化車間的規(guī)劃與實施過程中，要注意以下幾個方面：

（1）以問題為導向，明確要解決的主要問題，比如生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品質(zhì)量問題多等，需要從實際情況出發(fā)的分析問題，切不可盲目照搬和教條主義。

（2）通過工藝優(yōu)化、組織優(yōu)化、流程優(yōu)化、管理優(yōu)化等工作，為數(shù)字化車間建設提供堅實基礎(chǔ)。

（3）設備互聯(lián)互通很重要，設備聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集能為數(shù)字化車間管理提供實時可靠、準確、客觀的數(shù)據(jù)。通過設備的互聯(lián)互通，將車間的數(shù)控機床、工藝設備、物流設備、機器人等數(shù)字化設備實現(xiàn)程序集中管理、數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析，將設備由單機控制模式升級為數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的工作模式。

（4）車間網(wǎng)絡建設是聯(lián)接車間中的各項業(yè)務，使之互相協(xié)作的保障，建設工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡，比如PROFINET，以用于支持工業(yè)現(xiàn)場設備、模塊、系統(tǒng)等之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。

（5）信息化與業(yè)務深度融合，促進業(yè)務協(xié)同，通過制造信息系統(tǒng)中的計劃、調(diào)度、物流、質(zhì)量、設 備、決策等模塊，以信息化系統(tǒng)為手段，實現(xiàn)各種信息的共享與協(xié)同，做到車間層面精準化計劃、精益化生產(chǎn)、可視化看板、精細化管理。

（6）重視精益生產(chǎn)管理理念、工具的應用，包括價值流分析、標準作業(yè)、精益布局與物流、TPM、防錯防呆等。

（7）除了數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)在業(yè)務運行中的應用很關(guān)鍵，數(shù)據(jù)在流動中增值。車間各工位、各種設備都集成于信息系統(tǒng)中，人、機、料、法、環(huán)、測各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)相互融合，有序流動，精準數(shù)據(jù)分析有效地支持管理決策，實現(xiàn)透明化管理。

3 數(shù)字化車間建設后的收益

數(shù)字化車間建設后，通常會在以下幾方面有一定幅度的業(yè)務收益，但在不同行業(yè)不同制造企業(yè)的收益是不同的，各有側(cè)重：

（1）制造數(shù)據(jù)量提高15%~60%。

（2）生產(chǎn)效率提高10%~30%。

（3）生產(chǎn)過程透明度30%~70%。

（4）生產(chǎn)周期降低10%~40%。

（5）生產(chǎn)管理成本減少15%~25%。

（6）產(chǎn)品準時交貨率提高15%~40%。

4 結(jié)論

數(shù)字化車間成為制造企業(yè)車間的建設方向，數(shù)字化車間的建設要結(jié)合企業(yè)自身特點，應該能應對多品種小批量生產(chǎn)，通過從現(xiàn)場各生產(chǎn)單元與設備采集數(shù)據(jù)上傳至制造信息系統(tǒng)，以實現(xiàn)生產(chǎn)的規(guī)劃、管理、診斷和優(yōu)化。通過透明化生產(chǎn)管理，可以快速地發(fā)現(xiàn)并減少生產(chǎn)過程中的操作等浪費，提高生產(chǎn)效率；可以跟蹤監(jiān)控生產(chǎn)全過程，在生產(chǎn)過程中快速檢驗并管控不良品，減少質(zhì)檢工作量，提高成品質(zhì)量；可以自動化執(zhí)行工藝操作，采集設備運行數(shù)據(jù)、人員績效數(shù)據(jù)等，監(jiān)控設備裝備，提高員工工作效率。因此，數(shù)字化車間建設需要既切合實際生產(chǎn)，又能降本增效、提升質(zhì)量水平和管理水平。