什么是数字化工厂？
近几年，数字化工厂如雨后春笋般，人人都在说，都在做。那么，数字化工厂究竟是什么呢？
本文作者具备行业多年经验，已成功落地多个案例，他将深入浅出地为大家讲解，他所理解的数字化工厂。
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1、数字化工厂的定义
要想理解数字化工厂的概念，我们首先得理解什么是数字化。
“数字化，即是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。”这一段化来自百度百科，简单概括一下就是将数据、信息、符号、图标等转变成数字信号存入计算机。
对于我们工厂，常见的信息存储介质有二维码、一维码，产品的所有信息：来料、异常、时间周期、生产设备、生产人员等，都可以转换成条码的形式。我们将数据通过软件录入电脑，电脑生成条码，条码粘贴在产品上；读取时通过扫码枪、手持终端等。
图1 数字化的基本过
2、如何采集数据？
① 传统人工采集
传统的工厂在没有导入自动化设备之前，通常都是通过手持扫码的方式录入和采集的。比如我们常见的快递分拣、商超，也是这种形式。
供应商或仓库把商品送到超市时，收货员点检数量，核对单货信息后，将该批次的信息通过扫码枪或人工通过键盘的方式录入电脑。此时电脑软件内拥有了该批次的商品信息，待客户购买该批次某一件商品时，收银员扫码，此时系统会显示该商品的价格。同时，系统会将商品销账。
软件除了上述功能，还有很多智能化的功能。比如说，当该商品库存到达一个设定值时，系统会自动提示管理员进行补货。这就是一套WMS（Warehouse Management System，仓储管理系统）。
图2 商超的WMS系统的流程
上图即为商超的WMS系统的流程，粗线体表示物料实际流转的物理状态流，细的线体表示信息流。
图3 商品从供应商到最终客户手里的流程
如上图所示，我们可以看到，商品从供应商到最终客户手里，需要经过“扫码入库、从库里出货码货到货架、然后待客户拣选、最终收银员扫码、客户完成购买”等一长串的流程。其中可能还会包括商品丢失、理货员报失补货、商品过期退库等诸多流程。
这是一个开环的流程。
图4 从供应商送货到收银员扫码销账
形成了一个信息流的闭环
从该图我们可以看出，从供应商送货到收银员扫码销账形成了一个信息流的闭环。
而商超系统里面，信息的传递是通过人工扫码来实现的，这就是比较传统的一种信息采集方法。
② 自动化设备采集
自动化设备的采集原理和人工采集的原理是一样的，只不过我们产生的数据和数据的存储介质多了一些而已。比如说，我们的传感器数据，也是可以被采集上传给系统的。而这些数据也是可以存储在RFID里面。
图5 自动化设备的采集原理
最终，采集的数据我们通常会通过网络的形式传入系统。而系统也会通过网络发送命令给设备，告知设备要生产什么产品。
图6 工厂云平台
我们可以通过MES/SCADA/PLM/WMS/SAP/SRM等系统构成一个完整的“工厂云平台”。
这就是我们的数字化工厂，以数字指令的形式来执行订单，出货和异常信息也都会变成数字信息存入我们的系统数据库。
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我们为什么要做数字化工厂？
那么，我们记录这些信息有啥用呢？仅仅只是为了终端客户扫码时能查询到产品信息？能够进行质量追溯吗？
1、数字化工厂的目的
如上文，超市的WMS流程图，我们可以看到，人工扫码入库和码货至哪一个货架都是由WMS来告知理货员的。WMS的系统可以知道哪一排货架缺了什么商品；仓库内哪一种商品还有多少库存；它甚至还知道某一种商品比较畅销，可以提醒管理员提前备货。
理货员不用跑来跑去频繁查验货架的货物存储量，只需等待系统下达的指令即可。这可大大降低人员的工作量！当然，也会存在一些问题是系统监测不到的，比如说，商品被偷了，或者说有个顾客拿了商品，过会转念一想又不想买了，把商品放置在了其他货架上。这时候，就需要我们的理货员定期做盘点了，虽然这些是小概率事件，但是通过累积之后，也是不容忽视的。盘点的目的就是为了消除这些系统监测不到的现象。
这就形成了一套“可视化管理系统”。
2、可视化管理系统简介
可视化管理系统最早是丰田提出的，是精益生产的一种概念。最成熟的应用案例就是，我们会把产品的状态标识成“红、黄、绿”等颜色，红色代表报废或者不良、黄色代表在流转或者异常、绿色代表产品正常。
我们也会在WMS建立虚拟货架，标识货架内货物的状态，最终以图表的形式展示给管理者。
这就是数字化的一个应用，通过可视化的数据引导管理者做出更正确的决策。
3、生产企业数字化的应用
在生产企业中，我们可以通过数字化实现产品追溯、质量管理、生产管理、人员管理等。
比如说，如果有一个产品出现了质量问题，我们可以通过扫码查询到这是哪一个设备生产的，生产时间和生产人员都可以追踪到。这是数字化最基础的一个应用。
更深层次的，我们可以把质量信息统计起来，把所有的生产设备形成一个图表监控起来。进而来做数据分析。比如说，我们的系统可以知道，某台设备最近在某个时间段频繁出现不良，那么系统就会告知管理者排查故障。通过数据分析，我们进行判断是人员问题，还是设备问题。最终解决问题，达到提高产品质量的目的。
4、数字化的最终目标
工厂实现数字化只是一个阶段性的过程，我们最终是要实现智慧工厂。而在实现智慧工厂的进程中，我们还需要深入贯彻落实精益生产的理念。如上文所述，我们监控设备信息最终是为了提高产品生产质量。同样的，我们监控库存信息，目的是为了降低库存，提高周转率；监控生产节拍是为了查看瓶颈工艺，进而消灭瓶颈，达到提高产能的目的。
综上，我们监测任何一种数据最终都是为了分析数据，进而提升产能、降低成本、提高良率。数字化和精益生产是相辅相成的，脱离了精益生产而去谈数字化，就都是空谈了。
你说你是生产企业，你能分清智能工厂、数字化工厂与智能制造吗？
智能工厂作为工业智能化发展的重要实践模式，已经引发行业的广泛关注。到底什么是智能工厂？智能工厂的核心架构是怎样的？能为企业的转型提供哪些支撑？这都是企业比较关心的话题。
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智能工厂、数字化工厂与智能制造
不可忽视的是，往往很多企业在提及这些概念时，容易将这些概念混为一谈，数字化工厂、智能工厂以及智能制造之间到底是否可以互相替换，这些概念之间是否存在区别？
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数字化工厂
对于数字化工厂，德国工程师协会的定义是：
数字化工厂（DF）是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络，包含仿真和3D/虚拟现实可视化，通过连续的没有中断的数据管理集成在一起。数字化工厂集成了产品、过程和工厂模型数据库，通过先进的可视化、仿真和文档管理，以提高产品的质量和生产过程所涉及的质量和动态性能：
在国内，对于数字化工厂接受度最高的定义是：
数字化工厂是在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。从定义中可以得出一个结论，数字化工厂的本质是实现信息的集成。
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智能工厂
智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。同时，集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。
智能工厂已经具有了自主能力，可采集、分析、判断、规划；通过整体可视技术进行推理预测，利用仿真及多媒体技术，将实境扩增展示设计与制造过程。系统中各组成部分可自行组成最佳系统结构，具备协调、重组及扩充特性。已系统具备了自我学习、自行维护能力。因此，智能工厂实现了人与机器的相互协调合作，其本质是人机交互。
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智能制造
智能工厂是在数字化工厂基础上的升级版，但是与智能制造还有很大差距。
智能制造系统在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作，去扩大、延伸和部分地取代技术专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化扩展到柔性化、智能化和高度集成化。
智能制造系统不只是“人工智能系统，而是人机一体化智能系统，是混合智能。系统可独立承担分析、判断、决策等任务，突出人在制造系统中的核心地位，同时在智能机器配合下，更好发挥人的潜能。机器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。本质是人机一体化。
国内很多企业都在炒作智能制造，但是绝大多数企业还处在部分使用应用软件的阶段，少数企业也只是实现了信息集成，也就是可以达到数字化工厂的水平；极少数企业，能够实现人机的有效交互，也就是达到智能工厂的水平。
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走进三一重工18号厂房
三一18号厂房是亚洲最大的智能化制造车间，有混凝土机械、路面机械、港口机械等多条装配线，是三一重工总装车间。2008年开始筹建，2012年全面投产，总面积约十万平方米。
三一重工总装车间分为装配区、高精机加区、结构件区、立库区、展示厅、景观区六大功能区域；主要生产泵车、拖泵、车载泵和平地机、压路机、摊铺机、正面吊等产品。厂房规划全面应用数字化工厂仿真技术进行方案设计与验证，此举大大提高了规划的科学性，及布局的合理性。
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智能加工中心与生产线
三一重工在上海临港产业园建成全球最大最先进的挖掘机生产基地，焊接机器人大规模投入使用，使得三一挖掘机的使用寿命大约翻了两番，售后问题下降了四分之三。目前，三一重工已经完成车间机加设备的研发采购与安装调试。
▲智能加工中心与生产线
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智能化立体仓库和物流运输系统
三一智能化立体仓库由华中科大与三一联合研制，总投资6000多万元, 分南北两个库，由地下自动输送设备连成一个整体，总占地面积9000平方米，仓库容量大概是16000个货位。这个库区有几千种物料，能支持每月数千台产品的生产量。
▲自动配送物料的AGV小车
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智能化生产执行过程控制
三一集团制造执行系统，它充分利用信息化技术，从生产计划下达、物料配送、生产节拍、完工确认、标准作业指导、质量管理、关重件条码采集等多个维度进行管控，并通过网络实时将现场信息及时准确地传达到生产管理者与决策者。
▲高度智能化的生产车间
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智能化生产控制中心
采用了Andon系统之后，一旦发生问题，操作员可以在工作站拉一下绳索或者按一下按钮，触发相应的声音和点亮相应的指示灯，提示监督人员立即找出发生故障的地方以及故障的原因，可以减少停工时间同时又提高了生产效率。
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智能工厂的智能化基因
在智能工厂里，人、机器和资源如同在一个社交网络里自然地相互沟通协作，生产出来的智能产品能够理解自己被制造的细节以及将如何使用，能够回答"哪组参数被用来处理我"、"我应该被传送到哪里"等问题。
同时，智能辅助系统将从执行例行任务中解放出来，使他们能够专注于创新；灵活的工作组织能够帮助工人把生活和工作实现更好地结合，个体顾客的需求将得到满足。
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三元战略
美国与德国的工业发展战略核心均为CPS（Cyber- Physical System）系统，是典型的二元战略。美国是C(Cyber，包括：数字、信息、网络等虚拟世界)+P(Physical，包括机器、设备、设施等实体世界)，德国是P+C，两国均是基于高素质劳动者、国家人力匮乏、企业高协同化、高法制化的基础之上而提出的战略！
▲三元战略
而中国装备水平较美国和德国有一定差距，数据采集分析决策能力也有局限，但中国具有人力资源优势，所以应该充分挖掘人的作用。因此，中国制造企业推进工业发展不能完全照搬发达国家的二元战略，更宜采用CPPS（Cyber-Person-Physical System）人机网三元战略，充分体现人的能动作用。
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六维智能
所谓“六维智能理论”，就是在设备联网+远程数据采集的基础上，实现智能化的生产过程管理与控制，从6个方面打造适合中国国情的智能工厂，这6个方面包括：
▲六维智能
智能计划排产，是从计划源头上集成ERP，进行APS高级排产。智能生产协同，从生产准备过程上，实现物料、刀具、工装、工艺的并行协同准备。智能的设备互联互通，是CPS信息物理系统的典型体现，实现数字化生产设备的分布式网络化通讯、程序集中管理、设备状态的实时监控等。智能资源管理，包括对物料、设备、刀具、量具、夹具等生产资源进行精益化管理、库存智能预警等。智能质量过程管控，是对影响产品质量的生产工艺参数进行实时采集、控制，确保产品质量。智能决策支持，是基于大数据分析的决策支持，形成管理的闭环，以实现数字化、网络化、智能化的高效生产模式。3
智能工厂核心架构
工业4.0是什么？每个人站在不同的角度会有不同的理解，是互联、集成(纵向、横向、端到端)、数据、创新、服务、转型或是CPS、是智能工厂、是智能制造亦或是国家战略、企业目标。工业4.0核心内容就是建一个网络、三项集成、大数据分析、八项计划和研究两个主题。
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建一个网络（CPS）
CPS让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能，从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合，将网络空间的高级计算能力有效的运用于现实世界中，从而在生产制造过程中，与设计、开发、生产有关的所有数据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。
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三个集成
工业4.0中的三项集成包括：横向集成、纵向集成与端对端的集成。
▲图片来自工业4.0研究院
工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成，集成是实现工业4.0的重点也是难点。
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数据处理：大数据分析
随着信息物理系统的推广，智能装备和终端的普及以及各种各样传感器的使用，将会带来无所不在的感知和无所不在的连接，所有的生产装备、感知设备、联网终端，包括生产者本身都在源源不断地产生数据，这些数据将会渗透到企业运营、价值链乃至产品的整个生命周期，是工业4.0和制造革命的基石。
总体来说，工业4.0关注的企业数据分为四类：
产品相关的数据，俗称企业主数据；运营数据，一般称为交易数据整个价值链上的数据，如供应商、分销商、客户等数据，也是属于企业主数据管理的范畴对企业经营分析有价值的外部数据。4
智能工厂实施解决方案
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西门子
西门子实现虚拟生产和与现实生产环境的融合，采用创新软件、自动化技术、驱动技术及服务。
这些能够缩短产品上市时间、提高生产效率和灵活性。
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兰光创新
在对数控设备进行DNC联网的基础上，以图形化高级排产为技术核心，以机床的数据自动采集形成闭环管理，建成程序编制、物料准备、刀具准备等协同制造环境。
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元工国际
元工制造执行系统MES，是精益生产、数字化工厂、智慧工厂的支撑平台；MES和SCM基于多年积累的智配平台。
元工CPS是工业4.0的执行平台，支持多种物联协议。
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LG CNS
LG CNS通过AA （Advanced Analytics）解决方案, 为客户提供从收集大数据到实现客户业务为止的整合服务End-to-End 解决方案。
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艾普工华
以MOM解决方案为主体，通过艾普工华MDI系统，提供国内外主流的数字化设计系统与数字化管理系统的集成与咨询实施服务，形成的一套离散制造业数字化工厂整体解决方案。
简单介绍这五大智能工厂实施厂商......还有更多各位可自行查询资料！
写在最后
相信通过今天的专题介绍，各位对智能工厂有一定的认识！我们将发布更多精彩的行业专题，供各位读者朋友们一起学习进步！
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数字化工厂、智能工厂和智能制造的区别
随着工业革命的发展，智能工厂、数字化工厂和智能制造就已经 被人们所熟知，但是他们之间有什么区别呢？
智能工厂：
利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，提高生产可控性，减少生产线人工干预，以及合理计划进程。同时，集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。智能工厂实现了人与机器的相互协调合作，即人机交互。
数字化工厂：
是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络，包含仿真和3D虚拟可视化，通过数据管理集成在一起。数字化工厂集成了产品、过程和工厂模型数据库，通过可视化系统，仿真和文档管理，以提高产品的质量和生产过程所涉及的质量和动态性能。
数字化工厂本质是实现信息的集成，智能工厂就是在数字化工厂的基础上实现的。
智能制造：
智能制造系统在制造过程中进行智能活动，如分析、推断、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作，去扩大、延伸和部分地取代技术专家在制造过程中的脑力活动。它把制造自动化扩展到柔性化、智能化和高度集成化。
智能制造系统不只是人工智能系统，而是人机一体化智能系统，是混合智能。
