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摘要：為了提高制造企業現有的制造水平，促進企業生產效率有效改善，以達到優化投入產出比，增強企業盈利能力，對企業生產制造主體實施數字化和信息化改造已成為制造業勢在必行的前進方向。推行生產車間數字化和自動化建設，可以為企業在生產時效和產品質量等方面帶來質的飛躍；它既可以優化生產制造控制流程、縮短制程和周期，同時又能減少質量問題的發生，有效提高工作效率，從而大幅降低生產成本，為企業不斷增添新的盈利能力。

關鍵詞：離散制造；數字化；提質增效

0引言

制造業是國民經濟的主體，是科技創新的主戰場，是立國之本、興國之器、強國之基。當前，全球制造業發展格局以及中國經濟發展環境發生重大變化，中國面臨著實現中國制造向中國創造轉變，中國速度向中國質量轉變，中國產品向中國品牌轉變的重大變革。目前，中國儀器儀表等離散型制造的發展水平參差不齊，特別是在生產自動化、信息化及關鍵核心技術方面，距離國外發達國家水平還有較大距離，在硬件設備、軟件系統方面還需要做大量的工作，需要投入大量的精力，盡快達到國際水平，實現“中國制造2025”戰略綱要強化工業基礎能力的戰略目標。文章通過某公司數字車間改造項目的案例，針對中國儀器儀表等離散型制造業普遍存在特點，給出合理的數字化改造方案，并說明通過數字車間的改造，對企業經營和生產管理的價值性，幫助管理層更好的進行決策[1]。

1車間改造前問題點

某公司是一個刀具加工企業，是離散制造業的典型代表，在實施數字車間改造之前，產品加工處于單機加人工操作的狀態，生產流程的管控、庫存管理、物流管理、設備管理基本處于相對人工管理狀態，管理工作量很大；車間加工設備只有20臺，用工人數卻高達80余人。這些問題造成產品質量不穩定；材料損耗成本、庫存成本、用工成本居高不下，給企業的市場競爭力造成很大負面影響。該企業生產車間的主要特點是：離散為主、流程為輔、裝配為重點。其具體特點主要如下：生產方式以按訂單生產為主，按訂單設計和按庫存生產為輔；產品結構（BOM）復雜，工程設計任務很重，不僅新產品開發要重新設計，且生產過程中也有大量的設計變更和工藝設計任務，設計版本在不斷更新；制造工藝復雜，加工工藝路線具有很大的不確定性，生產過程所需機器設備和工裝夾具種類繁多；自動化程度主要在單元級，自動化水平相對較低等[2]。

2數字車間解決方案

為解決上述問題，突破企業發展過程中的瓶頸，公司管理層下決心實施車間的裝備自動化、數據信息化的數字車間改造。車間的總體改造方案是利用多種物流設備的調度控制技術和中間件應用集成技術，整合制造車間的各種資源，構建數字化制造車間集成應用平臺，建設物流控制系統、車間制造執行系統MES、產品全生命周期管理系統（PLM）、工刀具管理系統、自動化加工控制軟件等內容，并實現與現有應用系統的無縫集成。解決了車間作業調度以及過程監控、數控設備跨車間聯網、數據的采集和管理、對工刀具的管理、生產車間的物流路線規劃控制和上下料的自動化、應用系統集成等問題。實現制造車間的數字化、自動化、精益生產，提升裝備制造的能力。實現通過制造執行系統（MES）優化企業生產制造管理模式，制造過程實現智能化的軟硬件技術、控制系統及信息化系統的集成應用，建立統一的信息管理平臺和生產系統的實時監控，在ERP生產計劃指導下完善車間生產制造執行系統或調度系統、經營管理系統的集成應用；物料需求計劃編制、物流配送管理實現智能化、自動化。

3數字車間實施目標

1）生產線數字化

由工件傳送系統和控制系統，將自動化裝備和輔助設備按照工藝順序進行結合，在無人（或少人）干預的情況下，按規定的程序或指令進行操作或控制，自動完成產品全部或部分制造過程，從而提高產品的生產效率及良品率

2）提升產品研發設計水平

車間產品采用智能化設計手段或先進的信息化設計系統；基于產品數據管理系統（PDM），形成基于三維設計模型的數字化產品庫。

3）優化生產制造控制流程

①提升數控加工中心、工業機器人、自動化生產線、自動化生產設備應用比例。②關鍵設備（數控加工中心、工業機器人）與產品、工藝設計實現互聯。③工位計算機隨時根據訂單、圖紙的變化調整工藝技術，實現無圖紙化生產管理。④生產/制造全過程實現智能監控與調度。⑤廣泛采用自動識別設施，配備到工位。⑥生產設備狀態（運行狀態、生產數量、生產效率等）實現實時監控。

4數字車間的創新性

1）解決生產車間的生產設備、庫房、現場等情況對生產物流、運輸物流、倉儲物流等路線的規劃以及上下料的自動化和物流控制等問題。2）解決車間自動排產、作業計劃管理、作業調度管理以及作業過程監控、產品過程質量控制、虛擬生產等問題。3）解決數控設備NC代碼的加載、管理，數控設備跨車間聯網、數據的采集和管理等問題。4）解決根據產品工藝生成NC代碼并上傳，刀具清單生成、上傳等問題。5）解決對工裝、夾具、刀具的管理問題。6）解決與ERP、PDM、CAX、物流等應用系統，以及專業設計、仿真、分析等工具軟件的集成問題。

5數字車間實施現狀

當前該企業已實施完成數字車間一期建設，數字車間采用智能化、信息化控制技術，全面滿足多樣化柔性化的生產需要。能夠實現提出的各種控制功能，并根據實際生產能力需要，調節參與生產的設備的種類和數量，并能夠實現自動分揀、順頭、不良品剔除、自動搬運、上料、自動計數等功能，配合后期建設計劃中的MES軟件還能實現生產任務追蹤、產線派工、自動報工、設備遠程監控、智能看板、異常呼叫、移動應用等應用方向。

6數字車間實施生產績效

1）生產管理方面

①優化生產過程管理，平均生產周期縮短到②優化計劃排產，計劃下達效率提高大于80%。③精確生產，提高產品質量。④提高生產收益率。⑤降低生產成本。

2）工藝管理方面

①提高生產中各個工序的工藝保密性。②.降低工藝維護出錯率，確保工藝配方執行準確率達到100%。③.產品信息自動收集，工藝統計分析效率提高10～100倍.

3）質量管理方面

①產品質量的控制將轉化成為對原材料來料的質量控制、設備的控制參數的要求、對人的行為規范的要求。②建立相關流程，防止不達標產品的流出，將質量問題減少98%。

4）設備管理方面

通過對設備狀態的信息采集、監控、故障診斷以及歷史數據的分析，實現設備的預警性管理，從而降低設備故障停機率，停機率可以降低40%～80%。

5）物料管理方面

①利用實時、精確的產能信息，在制品區（WIP）和庫存狀態，更好的編制生產計劃，提高產能。②通過縮短生產周期和交貨期，提高產量，提高產品一次合格率到90%以上，原料浪費減少80%。③將在制品區（WIP）和存貨量減到最少，可降低生產及資本成本。

6）成本管理方面

①通過提高生產的連續性、提高生產效率、降低不良品的概率，有效降低生產成本。②降低成本管理費用、損耗費用并且為細化職工績效考核提供依據。③,,為管理決策提供科學的、可靠的、全面的計量數據。④系統對數據的自動采集、自動導入導出替代了人工抄錄的方式，提高數據分析的效率和科學性。

7數字車間經濟效益

該企業數字車間實施前后社會、經濟、環境效益及對比情況如下：1）降低制造成本，通過柔性制造，可實現單件產品定制生產，生產線不間斷生產模式，每年可節約800萬元的生產成本。2）提高產品質量，智能生產線能實現精確生產和控制，大幅提高產品的合格率和可靠性，每年可節約300萬元左右的維修及售后服務費用。3）準確預測產量并實現計劃排產，大幅減少庫存，每年可節約2000萬元左右庫存資金。4）節省了人力成本，每年可以節約300萬元左右。綜上所述，項目實施后，每年可以創造約1.2億元左右的收入，增加稅收約3000萬元左右，實現良好的社會、經濟、環境效益。

8結語

本文旨在通過某公司數字工廠建設的應用案例，與廣大讀者分享在工業化、信息化兩化融合發展的大趨勢背景下，儀器儀表制造業等離散型制造業數字車間的建設模式、應用理念、經濟效益分析；為這些行業的智能工廠建設提供參考。

作者:董云江單位:南京優倍電氣有限公司