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数字化工厂规划之七剑下天山
&&& 本文首发于微信公众号：知识自动化。文章内容属作者个人观点，不代表和讯网立场。投资者据此操作，风险请自担。　　相传世间有七把绝世神剑，每隔百年这七把绝世神剑便会现世，更有传言得七剑者便可号令天下，武人为此争相夺取。它们分别为莫问剑、游龙剑、青干剑、舍神剑、天瀑剑、日月剑、竞星剑，此七把神剑是铸剑大师晦明在天山上经过七个不同剑境所铸。
　　此一刻，数字化工厂规划作为当前智能制造落地的首要环节，可以帮助企业在数字化转型升级的过程中明晰企业的核心优势、发展瓶颈, 并根据现有状况找到可行落地路径。七把神剑在手，数字化工厂尽在囊中。
　　笔者总结了数字化工厂落地规划领域的七把宝剑，希望通过体系化的规划方法和手段保障企业在实现制造业数字化、智能化、网络化和协同化，满足面向制造业个性化、服务化、和生态化的发展需求，促进制造业加速转型升级和提质增效。
莫问剑 VS 方法论
　　企业在数字化转型过程中会遇到各种各样的问题，生产领域的、信息化领域的、自动化领域的，因此需要建立顶层框架来进行思考。笔者研究参考了众多.0框架体系后，提出的针对企业的数字化转型的“金字塔容器”模型，对既有的制造金字塔进行了改良，成为一把衡量顶层视角的莫问之剑。
图1 数字化工厂转型框架模型来源：蔚蓝工业
　　“金字塔容器”模型的重点，是根据当前企业现状从管理咨询维度、运营咨询维度以及IT信息化维度，分解智能制造时代数字化车间、数字化工厂和数字化企业的层级关系，面向落地和实施。
　　最底层是数字化车间，主要是车间设备、PLC和HMI。中间层是数字化工厂，一般的话是由控制系统和运营系统组成，有MES和scada。最上层是数字化企业层，包括ERP、PLM还有电子商务、客户关系管理等等。旁边是每一个层次需要的不同的运营咨询的一些方法论，比如说5S、TOC、shopfloor是在车间管理层面，LEAN属于工厂层面。旁边还有两朵云是有关数据分析的服务，目前业界大家现在听到最多的是有关设备的数据的分析，其实在往上面话还有一些订单数据、产能数据分析的服务，这也是很大一块数据的宝藏没有被挖掘。
　　金字塔容器模型，核心解决三大领域的问题，分别是数字化工厂战略规划、数字化工厂详细设计和数字化工厂运营实现。
图2 三大工作包来源：蔚蓝工业
　　☆ 战略规划里面核心要做的重点是现状分析，企业首先得了解自己的现状，和企业的数字化远景，这样才能知道差距到底在哪里。
　　☆ 数字化工厂的详细设计，需要去做数字化的企业架构分析，架构分析EA是当前企业信息化规划领域全球范围的一个最佳实践，但是在自动化、数字化领域还是有所欠缺，需要再往工厂和车间的数字化层面再深入一些。对于中小型制造业企业来说，通过剪裁和定制，构成了数字化工厂详细设计的主要包含内容。
　　☆ 数字化工厂运营实现包括精益生产的导入及运营，软件以及硬件设备的选型，实施计划的关键行动路线。其实最核心的就是IT和OT的融合，包括各种关键运营、设备、管理的数据在纵向的自动流通和横向的自动流通。
　　的国家标准院NIST也给出的智能工厂的规划途径，对于制造业企业往往说不清楚数字化工厂到底该怎么做？在新建工厂或者改造老工厂的时候都需要做哪些事情？
　　美国国家标准院其实给出了比较好的体系的方法，在Factory Specification工厂详细设计里面共计有39个子项用来规范数字化工厂的详细设计，帮助企业在数字化转型的时候不至于盲目。当然，美国给出的这个体系也过于庞大，对于中国的中小型制造业企业需要在此基础上做一些剪裁和定制，更贴切国内的企业实际状况，才能使数字化转型真正做到有的放矢。
　　简单归纳，数字化工厂规划是这么一个迭代过程，首先是去收集信息，注意这里的信息不都是指信息化、数字化的领域，往往是需求相关的、产品相关的、工艺相关的、物流相关的，安全相关的，这些都是企业最核心的生产要素。再往下要做分析归纳，这里面包括产品族分析、xyz abc库存矩阵分析、工艺流程分析和价值流分析。根据分析归纳的结果，首先做宏观布局规划，其中包含功能区域规划、功能区面积需求计算以及各功能区布局组合优化。然后是微观布局规划，包括工作站设计、生产线设计、生产单元设计、站间物流设计。最后是验证和决策，可以通过仿真模型的设计来辅助最终决策。
　　竞星剑 VS 现状分析
　　现状分析该怎么做，首先得知道企业的自身做得到底怎么样，了解自身的状态首先需要有一个对标的体系。美国的制造成熟度MRL评级标准，把制造成熟度分为从1到10十个等级，想要知道制造业企业的全面数字化该怎么去做非常有帮助和指引作用。现在大家都迫切的需要数字化转型，但是不知道该怎么做，或者说怎么往下细分，具体该细分到什么样的层次，都有很多的疑问。其实再往下细分的话，可以分到运营管理层、研发与设计层、生产层、物流与服务层等等。举例来说，其中运营管理层里面还可以往下细分到成本管理、持续改进、供应商策略与管理以及人员绩效与组织发展等等。
图3 MRL评级标准来源：蔚蓝工业
　　以前在接触智能制造、数字化工厂的时候，脑海里第一浮现的大多是工厂里的传感器、大数据、机器人之类的。好像觉得跟我们的成本管理，人员绩效组织发展没有太多的关系，但其实数字化工厂是一个整体，各个细节各个层面都融合在了一起，包括我们现在很多专家在讲智能制造是仅仅是针对生产领域，这属于是认知上的狭隘，智能制造是产品和生产模式的变革，包含了从研发、产品设计、生产规划、工艺规划、生产执行以及服务交付等整条企业价值链的优化。
　　日月剑 VS 愿景规划
　　柯林斯在1994年出版的《基业长青》一书中，讨论居世界前列的18家高瞻远瞩公司基业长青的理由，得出的结论是：那些能够长期维持的企业，都有一个基本的经营理念，基本的理念是这些公司发展史的最重要的成分。这种核心理念，柯林斯将它定义为“愿景”（Vision）。以后，彼得圣吉的《第五项修炼》中又重点强调“塑造共同愿景”。马克利普顿令人信服地解释了一个强大的愿景规划如何从CEO的头脑中的理念转而变为组织成功成长的引擎。
图4 数字化企业愿景分析来源：蔚蓝工业
　　企业在做数字化转型升级远景规划的时候，同样需要明确分析数字化企业的愿景。愿景是一个具体的目标，一个向往的将来的生动画面，它既是可以被描述的，又是具有挑战性的。同时，它还指出了一个组织工作的具体方法以及在这个组织工作的人们的期望获得。其实，这就是企业的数字化战略。所谓数字化战略，就是对企业的内外部环境做出科学分析，并根据企业的远景目标，提出企业未来在数字化转型中所采取的行动，然后付诸实施，并对实施过程进行监控、对实施结果进行评估。大多数企业的数字化远景再往下细分，又可以分为数字化设计与仿真、数字化制造、数字化运营与管理以及数字化工厂数据服务。有了愿景，就有了清晰的目标可以对标、找出自身的不足，朝着数字化转型升级远景目标持续改进。
　　青干剑 VS 价值流分析
　　精益生产，是衍生自生产方式的一种管理哲学。精益生产方式是战后汽车工业遭到的“资源稀缺”和“多品种、少批量”的市场制约的产物。它是从丰田相佐诘开始，经及大野耐一等人的共同努力，直到20世纪60年代才逐步完善而形成的。精益生产方式源于丰田生产方式， 由美国麻省理工学院组织世界上17个国家的专家、学者，花费5年时间，耗资500万美元，以汽车工业这一开创大批量生产方式和精益生产方式JIT的典型工业为例，经理论化后总结出来的。精益生产的工具和方法非常多，非常庞大的一个体系，包括车间管理、防差错系统、全员生产维护、低成本自动化、工厂可视化、持续改善、价值流分析等等。
图5 价值流分析来源：蔚蓝工业
　　价值流分析是企业在做数字化工厂规划很关键的一个环节，“数字化工厂”拆开了看是由“数字化”和“工厂”组合而成的，首先得有工厂、有业务才能谈得上数字化。工厂业务的优化是数字化的核心目标，不能舍本逐末。价值流分析就是要把企业的生产理顺，企业需要知道产品的客户需求节拍和各个工序的生产周期，通过节拍和生产周期的比较分析，可以明确需要改进的环节，从而采取针对性的措施进行调整。当生产节拍大于生产周期时，生产能力相应过剩，如果按照实际生产能力安排生产就会造成生产过剩，导致大量中间产品积压，引起库存成本上升、场地使用紧张等问题。如果按照生产节拍安排生产，就会导致设备闲置，劳动力等工等现象，造成生产能力浪费。当生产节拍小于生产周期的情况下，生产能力不能满足生产需要，这时就会出现加班、提前安排生产、分段储存加大等问题。
　　因此，生产周期大于或小于生产节拍都会对生产造成不良影响。
　　价值流分析改进的目的就是要尽可能地缩小生产周期和生产节拍的差距，然后通过生产线平衡Line Balance对生产线的全部工序进行负荷分析，分析完了就会清楚哪些地方需要降在制品库存？哪些地方需要建立看板和超市？哪些工序是要合并的？哪些加工周期是需要缩减的？通过调整工序间的负荷分配使各工序达到能力平衡，作业时间尽可能相近，最终消除各种等待浪费现象，提高生产线的整体效率。
　　工厂布局规划貌似与智能制造和数字化工厂没有直接的关系，但是任何一家企业都会面临两种情况，一种是老工厂地方不够用，或者产线、物流路线设计不合理，再怎么修补也不能满足产能提升；另外一种情况是建造新工厂，那么新设计就要做物流布局和路线的规划，如何提升生产线的精益程度，最大程度避免浪费，这些其实关系是非常密切的。的莱比锡工厂建厂时就做了很多布局规划，比如物流方案规划，从而保证产业链运转顺畅，和较高的供应链效率。
　　天瀑剑 VS 信息化规划
　　当前企业基本围绕分布式建设走向数据大集中，数据大集中完成后，企业信息化建设必然存在应用系统多、系统间交互复杂、数据共享迫切、技术架构优化等问题。企业架构是一种从企业战略出发去梳理业务架构，进一步分析和规划IT架构,并用于指导、规范计算机信息系统建设的理念和方法，是当前数字化工厂、数字化企业规划所采用的一种最佳实践和方法论。通过对企业架构的分析，在对业务战略和业务流程理解的基础上，对企业的信息系统进行总体规划和科学实施，从而可以将企业的业务战略和业务流程与具体的信息系统紧密地结合起来，为企业描绘出一个未来的数字化企业中业务、数据、应用和技术互动的蓝图。
图6 EA企业架构导入来源：蔚蓝工业
　　通过企业架构的分析，可以帮助企业回答很多以前没有想清楚的问题
　　☆ 公司有多少业务流程？
　　☆ 流程之间是怎么衔接的？
　　☆ 这些业务的目标是什么？
　　☆ 哪些业务是有规范，没有流程？哪些业务是有规范，有流程？哪些业务又没有规范，又没有流程，急需要建立的？
　　☆ 有流程的业务又是通过什么样的IT平台来支撑运行的？是用erp实现呢，还是用mes实现，亦或是用plm实现？如何去界定？
　　☆ 业务部门提出某一业务需求，改需求是通过软件包呢还是在现有系统上进行改进呢？”“如果是在现有系统上实现，在哪个系统上实现好呢？”“如果使用现有产品构件，用哪个构件呢？”
　　☆ “我的系统要取员工信息，但员工信息来自哪个系统呢？”
　　☆ 等等......
　　制造业企业在数字化转型升级的过程中，随着业务规模的扩展，会涉及到越来越多的信息化平台，不同的平台，不同的厂商，不同的平台之间需要做数据的集成和打通。ERP和MES之间需要传递什么数据？ERP和PLM之间需要传递什么数据？PLM和MES之间的数据交互又是如何？MES会给SCADA传递什么指令，得到何种类型的数据反馈？如果这些数据交互没有梳理清楚，那么上了信息化就又是建成了一个个的信息孤岛，不能最大化发挥信息系统的价值。尤其现在随着智能制造的大热，上MES系统成了很多制造业企业在做数字化转型的核心手段。在ERP时期，ERP实施成功率很低，其实放到现在上MES也是一样的，涉及到企业生产管理的面面，如果没有规划好匆忙上线，不仅不会提高效率，还会因为生产流程的打乱影响产品交付和客户满意度。MES的导入需要正确的规划，严谨的供应商选型，科学的实施，这三个重要的环节缺一不可。
　　舍神剑 VS 自动化规划
　　自动化是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。在数字化工厂规划领域，核心的三大规划内容分别是生产自动化规划、物流自动化规划和现场总线规划。
图7 自动化规划整体方法来源：蔚蓝工业
　　生产自动化规划主要体现在自动化生产线的设计，通过自动化输送及其他的辅助装置，按照特点的生产流程，将各种自动化专机连接成一体，并通过气动、液压、电机、传感器和电气控制系统使各部分的动作联系起来，使整个系统按照规定的程序自动的工作，连续、稳定的生产出符合质量要求的产品。由于行业的差异性和产品的特殊性，不同企业的自动化产线设计没有完全一样的，但大体上都可以分解为加工单元、搬运单元、分拣单元、提取安装单元、操作手单元、供料单元和检测单元。
　　物流自动化规划指的是不同工序之间物料的转运模式，上下料实现的方式，物流自动调度实现的策略等等。
　　只有将不同工序间串联起来，才能实现智能化工厂设计目标。比较好的操作方式是通过布局规划以后，清楚认识不同工序间物流的难度，认识到可实现的形式，然后将物流自动化方案揉入布局，观察分块与整体的效果，评估风险点，优化方案。
　　现场总线规划要保证系统运行的可靠性、实时性、多任务和多回路分布特性。需要考虑网络节点数、节点的位置分布、总线速率和传输能力。由于各种历史原因，企业的现场设备往往都是老、中、青并存，为了保证系统设备的互联、互操作和互换性，还需要考虑总线设备之间遵从的协议以及网络的升级和设备的替换。现场总线是联接信息层和设备层的关键技术，是智能生产、智能物流、智能服务等业务，得以实现的关键所在，也是技术和制造技术相互融合的关键所在。
　　游龙剑 VS 仿真建模规划
　　数字化工厂的规划包括整个工厂、车间、生产单元（生产线）和设备、工位等层次。与传统制造技术相比，数字化制造技术的关键是建模与仿真技术。建模和仿真技术不仅仅是一种计算机辅助分析的支撑技术，也是企业从传统制造向可预测制造转变的一种新方法、新模式。这样企业可以构建虚拟的数字化工厂环境，以期在实际工厂建设投产之，就能对其性能进行系统和综合评价优化，数字化工厂仿真建模规划也存在一个不断的规划、调试、优化的过程。
图8 生产线3D布局规划来源：蔚蓝工业
　　数字化双胞胎模型指的是以数字化方式在虚拟空间呈现物理对象，以数字化方式为物理对象创建虚拟模型，模拟其在现实环境中的行为特征，通过仿真建模可以快速的帮助制造业企业回答如下问题：
　　☆ 工厂的布局、生产及吞吐能力能否满足生产需求吗？
　　☆ 设计的生产线能适应订单数量的变化和品种的变化吗？
　　☆ 要多大面积，要多少设备、多少工人，怎么去布局？
　　☆ 生产线是否较好地平衡？期批量是否优化过？
　　☆ 生产线的各部分是否能正确控制和同步运行?
　　所能够带来的收益，基于仿真建模技术的制造过程规划、验证和管理。企业可以通过修改或者仿真摸一个工艺段，完成工艺验证，然后在整个生产流程中进行试生产，并且反馈真实工厂的运行情况，从而积累工厂运行数据，直观展示，辅助决策，达到制造规划与物理制造的完美融合。
　　七剑游走完毕，企业可以按照这个思路建立一个整体的认识。需要反复思考的是，在未来一定时期内，适宜可行的数字化发展目标是什么？为了实现数字化战略目标，企业所需要的核心能力和资源是什么？在减少产品上市时间，减少设计修改，降低生产费用以及库存，实现精细化管理提升产品质量，企业应该做什么，如何做？　　这些问题，看似很简单，却是一个问题一个深坑。回答好这些问题，数字化工厂的规划方可收放自如，七剑方可齐下天山。
&&& 文章来源：微信公众号知识自动化
（责任编辑：何一华 HN110）
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猜谜填字 动脑又动手
　　数独游戏规则
　　在9×9的格子中，用1到9共9个阿拉伯数字填满整个格子，要求符合：
　　每一行都用到1、2、3、4、5、6、7、8、9，位置不限；
　　每一列都用到1、2、3、4、5、6、7、8、9，位置不限；
　　每3×3的格子都用到1到9，位置不限。
　　情人节
　　情人节到了，公司里的5名男士分别购买了玫瑰、巧克力、香槟和钻戒，打算与爱人共度节日。
　　其中，买了玫瑰的男士最多，买香槟的男士比买巧克力的多。已知汤姆只购买了其中的一项物品；罗伯特是唯一买了钻戒的；贝恩和另外一位男士购买了巧克力；文森没有买玫瑰；托尼购买了其中两项物品，但没有巧克力；文森购买了巧克力和香槟；贝恩是五位男士中购买物品最多的一个。
　　请问谁买了巧克力？有几位男士买了玫瑰？哪种物品刚好有三位男士购买？有几位男士只购买了其中的两种物品？
　　春运途中
　　春运的火车上，小张、小王、小李、小赵、小徐和小高六位年轻男士坐在同一节车厢里。他们分别来自陕西、广东、河北、辽宁、山东和福建（名字顺序与籍贯顺序不一定一致）。
　　现已知：小张和陕西人是保险推销员；小徐和山东人是银行职员；小李和广东人是工程师；小王和小高曾经当过兵，而广东人从没当过兵；辽宁人比小张身材高，福建人比小李身材高；小王同陕西人下周要到河北探亲，小李同辽宁人下周要到北京出差。
　　请判断小张、小王、小李、小赵、小徐、小高分别是哪里人？
　　围棋子
　　三对围棋子分别装在三个盒子里，盒子上标有“黑黑”“白白”“黑白”的字样，但实际盒子里的棋子跟盒上的文字没有一对是相符的。如果从中只打开一个盒子，并只取出其中的一枚棋子，然后猜出所有盒子里棋子的情况。有什么好办法可以做到吗？
　　找不同
　　（两图有8处不同）
　　填字游戏
　　横向：1.佟大为、杨雪主演的电视连续剧。2.一家人操起刀枪自相残杀。比喻内讧，内部的争斗。3.电影《白毛女》中的一个反面角色。4.一种食品，把两三股条状的面拧在一起用油炸制而成。5.一种印度美食。6.国内著名小品演员。7.著名武侠小说作家，代表作有《七剑下天山》等。8.潘美辰演唱的歌曲。9.已故豫剧表演艺术家。10.旧指黑龙江省嫩江流域、黑龙江沿河平原和三江平原广大荒芜地区。11.牙膏品牌之一。12.北京市的地名。13.徐帆、丁海峰主演的电视连续剧。
　　纵向：一、在“2009我最喜爱的春晚节目”的评选中获得歌舞类一等奖的舞蹈。二、S.H.E演唱的歌曲。三、京剧剧目名。四、成语，比喻得意于仕途。五、香港男影星，曾主演电影《刮痧》等。六、北京中药行业著名的老字号。七、山坡上大量泥沙、石块等经山洪冲击而形成的短暂急流。八、成语，比喻人们听惯了的没有新鲜意思的话。九、证券市场中的一个职业。十、我国的一个少数民族。十一、比喻自谦以粗浅的见解引出别人的高见。十二、我国著名羽毛球运动员，2007年和杨维搭档获得世锦赛女双冠军。
　　横向：1.乌贼的通称；2.旧指中医医生；3.自年在法国盛行一时的一个现代绘画潮流；4.北京的旧称；5.位于非洲西南部的一个国家；6.现代京剧《沙家浜》中的一个唱段；7.由闫妮、高亚麟等主演的一部情景喜剧；8.世界上著名的“水都”；9.把买的股票全部卖出去；10.陈坤、曾黎主演的电影；11.指迅速升到很高的地位；12.原指旧时诗文里经常描写的自然景物，后比喻堆砌辞藻、内容贫乏空洞的诗文；13.意大利的一个足球俱乐部。
　　纵向：一、我国的一部现代京剧；二、被围困的野兽，比喻在绝境中还要挣扎抵抗；三、香港漫画家马荣成创作的一部漫画大作，曾被改编为电影、电视剧；四、倪匡的科幻小说中的一位人物；五、丹麦的著名童话大师；六、周杰伦演唱的歌曲；七、享有“仙人掌王国”美誉的国家；八、费翔演唱的歌曲；九、韩雪、何冰主演的电视连续剧；十、绰号是“铁榔头”的著名女子排球教练员；十一、宋代张择端的一幅名画；十二、三十六计中的一计。
　　虎年谜语
　　1.欢度春节。（打词牌名一）
　　2.拜年。（打作家名一）
　　3.除夕恰逢周末。（打一字）
　　4.而立。（打节日俗称一）
　　5.立春勿饮过量之酒。（打节日名一）
　　6.岁岁除夕有余粮。（打一字）
　　7.不知今岁已除夕。（打成语一）
　　8.除夕守岁数钟声。（打商业用语一）
　　9.恭喜发财。（打离合字一）
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