作者認(rèn)為數(shù)字化車間建設(shè)要以實(shí)際需求為牽引，以經(jīng)濟(jì)效益為驅(qū)動，以成功落地為導(dǎo)向。在先進(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，在管理方面深挖潛力，充分發(fā)揮人的作用，構(gòu)建數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和適度智能的生產(chǎn)模式，切實(shí)做到降本提質(zhì)增效，提升企業(yè)的競爭力。
經(jīng)濟(jì)學(xué)家威廉·拉佐尼克在《車間的競爭優(yōu)勢》一書中強(qiáng)調(diào)指出：“在價(jià)值創(chuàng)造過程中，其核心是通過車間生產(chǎn)將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品——這可以稱為生產(chǎn)性轉(zhuǎn)化。”
在制造型企業(yè)，車間處于非常重要的位置。企業(yè)價(jià)值最終表現(xiàn)在產(chǎn)品與服務(wù)上，而車間是企業(yè)中將各種圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的主要場所，是決定生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，車間往往也是企業(yè)中員工數(shù)量最多的組織。因此，在很大程度上，車間強(qiáng)則企業(yè)強(qiáng)，車間智則企業(yè)智?！吨袊圃?025》中也明確指出：“推進(jìn)制造過程智能化，在重點(diǎn)領(lǐng)域試點(diǎn)建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間。”數(shù)字化車間建設(shè)是智能制造的重要一環(huán)，是制造企業(yè)實(shí)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(diǎn)
1數(shù)字化車間的建設(shè)主線
目前，國內(nèi)外對數(shù)字化車間還沒有標(biāo)準(zhǔn)的定義，筆者基于自己的理解，對數(shù)字化車間進(jìn)行如下描述：
數(shù)字化車間是基于生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施等硬件設(shè)施，以降本提質(zhì)增效、快速響應(yīng)市場為目的，在對工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織、過程控制等環(huán)節(jié)優(yōu)化管理的基礎(chǔ)上，通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等手段，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等生產(chǎn)資源與生產(chǎn)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)、管理、仿真、優(yōu)化與可視化等工作，以信息數(shù)字化及數(shù)據(jù)流動為主要特征，對生產(chǎn)資源、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施以及生產(chǎn)過程進(jìn)行精細(xì)、精準(zhǔn)、敏捷、高效地管理與控制。數(shù)字化車間是智能車間的第一步，也是智能制造的重要基礎(chǔ)。
需要指出的是，此處的“數(shù)字化車間”，是企業(yè)已經(jīng)熟悉和常用的基本術(shù)語，其中“數(shù)字化”的內(nèi)涵包括但是并不限于數(shù)字化本身，而是將數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化要素集成為一體并在內(nèi)涵上有所擴(kuò)大的“數(shù)字化”概念，其基本含義與德國工業(yè)4.0中的“Smart（智巧）”相對應(yīng)，與中國工程院提出“數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化”的智能制造第二范式相對應(yīng)。本文以下凡是提及“數(shù)字化車間”之處，皆采用該術(shù)語內(nèi)涵。
數(shù)字化車間架構(gòu)圖
很多人認(rèn)為，大量采購和引入數(shù)字化設(shè)備是建設(shè)好數(shù)字化車間的前提。這是一個(gè)很大的誤解：數(shù)字化設(shè)備與數(shù)字化車間之間既非必要條件，也非充分條件。即便車間中全是數(shù)字化設(shè)備，如果沒有實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通，沒有實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理，數(shù)據(jù)沒有實(shí)現(xiàn)真正的有序流動，也不能稱之為數(shù)字化車間。相反，即便車間里的設(shè)備不全是數(shù)字化設(shè)備，但經(jīng)過“三啞改造”，設(shè)備被接入信息化系統(tǒng)，生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化（如智能排產(chǎn)、決策支持分析等），對生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)資源、生產(chǎn)進(jìn)度與產(chǎn)品質(zhì)量等數(shù)據(jù)在信息化系統(tǒng)中進(jìn)行有效管理，并可以根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行有序流動，也可算是數(shù)字化車間。比如，在服裝加工等勞動密集型企業(yè)都可以通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化改造實(shí)現(xiàn)車間的數(shù)字化管理。
對于數(shù)字化車間建設(shè)，我們可以參考德國工業(yè)4.0中對“智能工廠”的定義：重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)。前半句“智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程”，指除了包括智能化的機(jī)床、機(jī)器人等生產(chǎn)設(shè)施以外，還包括對生產(chǎn)過程的智巧化管控，站在信息化的角度，就是智巧化的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。而后半句：“以及網(wǎng)絡(luò)分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)”，是指將生產(chǎn)所用的生產(chǎn)設(shè)備與設(shè)施（如機(jī)床、熱處理設(shè)備、機(jī)器人、AGV、測量測試設(shè)備等各種數(shù)字化設(shè)備），進(jìn)行互聯(lián)互通、智巧化的管理，實(shí)現(xiàn)信息化系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的深度融合。目前很多企業(yè)實(shí)施的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)（包括傳統(tǒng)的DNC/MDC功能)是其重要的表現(xiàn)形式。
從中可以看到，數(shù)字化車間建設(shè)有三條主線，一條是以機(jī)床、熱處理設(shè)備、機(jī)器人、測量測試設(shè)備等組成的自動化設(shè)備與相關(guān)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的精確化執(zhí)行，這是數(shù)字化車間的物理基礎(chǔ)。
第二條線是以MES為中心的智巧化管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對計(jì)劃調(diào)度、生產(chǎn)物流、工藝執(zhí)行、過程質(zhì)量、設(shè)備管理等生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)及要素的精細(xì)化管控，這是典型的賽博系統(tǒng)。
第三條主線是在互聯(lián)互通的設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，并以之作為橋梁，聯(lián)接起賽博空間的MES等信息化系統(tǒng)與機(jī)床等物理空間的自動化設(shè)備，構(gòu)建車間級的CPS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了賽博與物理兩個(gè)世界的相互作用、深度融合。
三條主線交匯，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在自動化設(shè)備、信息化系統(tǒng)之間按照人的意愿進(jìn)行有序流動，將整個(gè)車間打造成軟硬一體的系統(tǒng)級CPS，最終實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)、綠色、低成本的生產(chǎn)模式，提升企業(yè)競爭力。
2精益思想要貫穿始終
如果說設(shè)備、MES、CPS等三條主線是“實(shí)線”的話，精益生產(chǎn)則是數(shù)字化車間建設(shè)的一條“虛線”，要貫穿數(shù)字化建設(shè)的始終。
（1）精益生產(chǎn)，智能制造的重要指導(dǎo)思想
精益生產(chǎn)是管理學(xué)史上重要的實(shí)踐成果之一，深刻地影響著汽車工業(yè)，乃至全球制造業(yè)。精益生產(chǎn)基本思想和追求的管理目標(biāo)，并沒有隨著智能制造的發(fā)展而落伍，恰恰相反，精益思想是企業(yè)進(jìn)行智能制造體系構(gòu)建的重要指導(dǎo)思想之一。
在此，筆者總結(jié)出五條可以指導(dǎo)智能制造建設(shè)的精益思想原則。
① 關(guān)注客戶價(jià)值
精益生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)，流程中所有環(huán)節(jié)的輸入與輸出都應(yīng)當(dāng)用客戶價(jià)值這個(gè)標(biāo)尺去衡量。在前端要打通客戶真實(shí)需求之間的接口，在企業(yè)內(nèi)部，以客戶需求來定義自己的產(chǎn)品與服務(wù)。如果系統(tǒng)不能滿足客戶對高質(zhì)、高效、低成本、高滿意度的要求，即便是設(shè)備或技術(shù)非常先進(jìn)，也不能算是一個(gè)成功的智能制造項(xiàng)目。
② 識別并消除浪費(fèi)
企業(yè)在實(shí)施智能制造系統(tǒng)之前，應(yīng)當(dāng)對流程中各種浪費(fèi)進(jìn)行梳理與改善。精益生產(chǎn)中將制造過多過早、庫存、搬運(yùn)、等待、不必要的作業(yè)、不必要的動作以及不良品流竄這七種形式，歸納為七大浪費(fèi)，這七大浪費(fèi)是企業(yè)生產(chǎn)效率不高、盈利能力不足的根源，需要不斷進(jìn)行完善與消除。如果這些問題沒解決，就直接實(shí)施智能制造，很可能是用系統(tǒng)的方式把浪費(fèi)固化下來，既喪失了改善的機(jī)會，又增加了不必要的投入。
比如，沒有對庫存過多的浪費(fèi)進(jìn)行改善，就投入大量財(cái)力物力去建設(shè)智能化的立體倉庫；沒有對動作浪費(fèi)進(jìn)行改善，就引進(jìn)機(jī)器人或機(jī)械臂去從事這些本屬于浪費(fèi)的動作，這些都造成了很大的浪費(fèi)。
③價(jià)值的快速流動
精益生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)價(jià)值流的快速流動，包括物理布局工藝流程化，信息傳遞自動化，以及人、產(chǎn)線設(shè)備、倉儲物流之間高效協(xié)同化。如果在物理布局上有大量斷點(diǎn)存在，就會給智能制造的排產(chǎn)與調(diào)度帶來了更大復(fù)雜度。
在系統(tǒng)整體運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，盡可能多地消除停滯和等待，需要將人、產(chǎn)線設(shè)備、倉儲物流之間的相互協(xié)作機(jī)制、信息傳遞機(jī)制、防錯(cuò)與糾錯(cuò)機(jī)制，在統(tǒng)一的系統(tǒng)框架內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)與建設(shè)。
④高度柔性與適應(yīng)性
精益生產(chǎn)的柔性是指通過快速切換（SMED）的實(shí)施與改善，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線在生產(chǎn)不同型號、不同配置，甚至是不同種類產(chǎn)品時(shí)，可以根據(jù)需要進(jìn)行快速切換。
在小品種多批量、客戶需求千變?nèi)f化的今天，智能制造建設(shè)也必須要考慮產(chǎn)線柔性與適應(yīng)性等問題，否則就可能造成大量投資的浪費(fèi)。
⑤盡善盡美原則
精益生產(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)、自工序完結(jié)、良品條件創(chuàng)建與維持、質(zhì)量內(nèi)建、安燈控制、防錯(cuò)與糾錯(cuò)機(jī)制、變化點(diǎn)管理、全員生產(chǎn)性維持（TPM）等術(shù)語之下，都有一套品質(zhì)維持的理念、原則與方法，這些原則和方法同樣可以指導(dǎo)智能制造的建設(shè)。
比如，上下工序之間，設(shè)備與零件部之間都需要建立全數(shù)良品的加工條件與標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)條件發(fā)生偏離時(shí)，應(yīng)當(dāng)向相關(guān)人員發(fā)出異常提醒，甚至停止生產(chǎn)。如果智能制造系統(tǒng)缺少這樣的機(jī)制，自動化程度越高，損失往往越大。
（2）智能制造，精益生產(chǎn)的有效使能手段
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，精益生產(chǎn)已經(jīng)成為制造業(yè)的重要指導(dǎo)思想。在技術(shù)快速進(jìn)步的今天，智能制造又可以很好地促進(jìn)精益生產(chǎn)的落地與進(jìn)一步發(fā)展。
傳統(tǒng)精益生產(chǎn)目視管理有很多很有效的手段和方法，比如5S管理、安燈、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)三票、可視化看板等方法。這些方法可以直觀地提示發(fā)生問題的區(qū)域、工位、或是機(jī)臺、材料等信息，但是要深究問題的根本原因還需要大量的觀察與分析，當(dāng)變異的條件發(fā)生變化時(shí)，會給分析帶來很多困難。
而智能制造以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等新技術(shù)、新手段就可以較容易地解決這些問題。比如：
識別浪費(fèi)是精益改善的重要組成部分，除了傳統(tǒng)的精益手法，通過設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采集設(shè)備稼動率、待機(jī)原因等，能夠準(zhǔn)確地識別出設(shè)備利用等方面的浪費(fèi)；通過MES系統(tǒng)對物料、工具等進(jìn)行精益化庫存管理，可以明顯地減少庫存的浪費(fèi)；通過APS高級排產(chǎn)優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃，可以減少人員與設(shè)備等待的浪費(fèi)等等。
實(shí)現(xiàn)流的生產(chǎn)、均衡化生產(chǎn)是個(gè)不斷改善的過程，但在離散制造車間，生產(chǎn)設(shè)備動輒上百臺、工序上千上萬項(xiàng)，如何保證這些工序在不同設(shè)備上生產(chǎn)的均衡化、流動化？如果只靠人的經(jīng)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)這種生產(chǎn)方式，很容易造成設(shè)備忙閑不均，造成工序的等待或停滯。通過APS高級排產(chǎn)以及生產(chǎn)過程協(xié)同管理等信息化手段，就可以有效解決這些問題，有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“流”的生產(chǎn)及生產(chǎn)的均衡化。
品質(zhì)改善的目的是確保輸出產(chǎn)品品質(zhì)一致。但由于生產(chǎn)條件各種變化，比如設(shè)備故障、熱處理溫度、刀具磨損等，都可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。通過設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)、刀具磨損等的實(shí)時(shí)監(jiān)控，就可以快速發(fā)現(xiàn)問題，保證生產(chǎn)過程的受控，有效地提升產(chǎn)品品質(zhì)。
作為重要的使能手段，智能制造不僅可以有助于精益生產(chǎn)的落地，還可以促進(jìn)精益生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展。
看板(Kanban)是精益生產(chǎn)中傳遞信號與控制生產(chǎn)的工具，分傳送看板和生產(chǎn)看板兩種。傳統(tǒng)的看板大多以卡片、紙張等形式存在，通常以手動方式進(jìn)行填寫。但在智能制造進(jìn)程中，這些數(shù)據(jù)可以通過MES等信息化系統(tǒng)在電子屏等數(shù)字化終端上實(shí)時(shí)顯示，具有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性與自動性。
知識內(nèi)建與管理也是精益生產(chǎn)中的重要理念。在精益運(yùn)行良好的企業(yè)，都非常重視對知識的管理與傳承。以前主要是靠師傅言傳身教、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)文件與流程制度等傳統(tǒng)方式，存在學(xué)習(xí)時(shí)間長、可復(fù)制性差等缺點(diǎn)。通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等智能制造新技術(shù)、新手段，可以將知識體現(xiàn)在流程與系統(tǒng)中，隱性知識顯性化，對知識的沉淀、傳承、挖掘、使用都具有重要的促進(jìn)作用。
目前，大眾所熟知的精益生產(chǎn)管理方法與實(shí)現(xiàn)手段總結(jié)于上世紀(jì)八十年代，帶有明顯的時(shí)代特征。但事實(shí)上，如果現(xiàn)在重新去研究今天的豐田汽車，就會發(fā)現(xiàn)其實(shí)現(xiàn)方式已經(jīng)發(fā)生了巨大的改變，體現(xiàn)了自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等很多最新技術(shù)成果。因此，精益生產(chǎn)的理念與手段也應(yīng)該隨著智能制造的發(fā)展而發(fā)展。
（3）殊途同歸，精益智能共促企業(yè)良性發(fā)展
雖然精益生產(chǎn)與智能制造是兩個(gè)領(lǐng)域的概念，側(cè)重點(diǎn)也不盡相同，精益生產(chǎn)主要是強(qiáng)調(diào)了生產(chǎn)過程中的管理理念與實(shí)現(xiàn)方法，智能制造更側(cè)重技術(shù)實(shí)現(xiàn)，但兩者是相輔相成的關(guān)系。
從生產(chǎn)過程來看，精益生產(chǎn)中的很多理念，如生產(chǎn)布局、節(jié)拍、后工序拉動、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)等，是實(shí)施智能制造的基礎(chǔ)?？焖偾袚Q、減少浪費(fèi)、可視化生產(chǎn)、均衡化生產(chǎn)、準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)、工序流動化等理念，也是智能制造要實(shí)現(xiàn)的過程目標(biāo)。同樣，智能制造中的設(shè)備互聯(lián)互通、高級排產(chǎn)、過程協(xié)同、資源精益化管控、質(zhì)量過程管控、大數(shù)據(jù)分析、可視化、預(yù)測性維護(hù)等方法與手段，都有助于促進(jìn)精益生產(chǎn)的落地與提升。
從實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)來看，智能制造與精益生產(chǎn)也是殊途同歸，實(shí)現(xiàn)敏捷、高效、高質(zhì)、低成本的生產(chǎn)與服務(wù)模式是兩者的共同目標(biāo)。
為體現(xiàn)精益思想與智能制造之間相輔相成、殊途同歸的關(guān)系，筆者從智能制造的視角設(shè)計(jì)了一個(gè)智能制造背景下的精益屋，請見圖2。
圖2 智能制造背景下的精益屋
該精益屋以自動化設(shè)備、信息化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以精益思想為主線，以自働化、智能化（含數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化）為新時(shí)代的支柱，基于5S、生產(chǎn)布局、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)、設(shè)備TPM等傳統(tǒng)精益理念，在設(shè)備互聯(lián)互通、高級計(jì)劃排產(chǎn)、大數(shù)據(jù)分析等數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化手段的支撐下，實(shí)現(xiàn)自動化、智能化、精益化三者的深度融合，并通過智能化手段更好地促進(jìn)生產(chǎn)過程的均衡化、柔性化、準(zhǔn)時(shí)化以及實(shí)現(xiàn)消除浪費(fèi)與持續(xù)改進(jìn)，從而確保企業(yè)的質(zhì)量、成本、交期，構(gòu)建一個(gè)客戶滿意、員工滿意、社會滿意、充滿活力與競爭力的智能化、精益化企業(yè)。
3數(shù)字化車間實(shí)施策略
數(shù)字化車間建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，數(shù)字化車間建設(shè)可遵循以下實(shí)施策略。
