发布时间：2021-01-08作者：广东磐达教育信息科技有限公司
以下文章来源于大任智库 ，作者陈红
大任智库
大任智库致力于企业数字化转型升级的研究、咨询和教育培训。为智能制造、轨道交通和科技、金融、服务业等企业提供系统解决方案和系列主题教育、培训、认证服务。教育培训范围包括互联网、大数据、人工智能等技术应用，以及商业模式变革和管理模式创新。
作者 | 陈红
来源 | 大任智库
ID | macromc
作者简介：数字化制造专家、“透明工厂”领创人，从事企业数字化转型30多年，多家企业的共享CIO/独立董事， 历任A.0.史密斯、我乐家居、柯菲平医药等企业的CIO。兼任江苏省数字经济商会江苏省数字化人才导师、安徽省CIO协会系统架构首席专家、CIO时代学院制造分会会长。
透明工厂是面向关联方（“人”）的全方位透明，即与用户透明、与供应商透明、与员工透明、与管理者透明、与工业互联主体透明以及与监管方透明。
只有数字化才能真正实现“透明”，以工厂的数字化为基础，辅以“透明商业”的理念，提升“人”在商业过程中的体验，详细参见“透明工厂——智能制造新样本（方法纲要）”。如何建设透明工厂？如何实现透明工厂从0到1？实际上，无论建设什么样的工厂，都要考虑三个关键点：规划布局、组织配称和实施方法，只是建设不同的工厂在每个点考虑的内容不同而已。
数字工厂的建设一定是业务发展的需要，是企业战略的重要组成部分，不是为建而建。比如，一家分离膜工业的国内龙头企业，企业战略之一是未来要大力发展陶瓷膜，因此成立独立的陶瓷膜事业部，并建设陶瓷膜数字化工厂，主要目标是扩大产能、稳定质量、降低成本。又如，一家做橱柜的企业，企业战略是在生产橱柜的基础上，大力发展全屋定制业务，因此需要建设定制家具数字化工厂，主要目标是确保交期、避免差错、降低成本。商业的本质就是服务，在消费升级的大潮中，用户端发生了很大的变化：1. 快速的城市化进程，根据第七次人口普查结果，城市人口已经远远大于农村人口，而且还在快速发展。2. 中产阶级群体的迅速扩大，目前全国已有4亿多中产，数量远远超过世界上任何一个国家，而且这个数量还在快速增长。3. 八零后、九零后、甚至零零后成为消费主流，对产品的品质（设计、技术、质量）以及服务的要求越来越高。4. 愿意为好服务买单已渐渐成为消费共识，最典型的是网上付费服务渐渐成为主流，以前网上绝大部分服务都是免费的，如新闻、图片、音频、视频、知识、讲座和软件等，如今以上内容如果要得到更好的服务，都需要付费。5. 日常生活中，很多人的消费观发生了变化，服务因素已经代替价格因素上升到第一位。消费升级对企业也提出了更高的要求，不但要求品质好，发货快，价格合理，还要整个消费过程体验愉快，因此就需要企业做到：对个性化、定制化的需求，用户及时了解设计过程和设计结果，建议和意见也能及时得到反馈，当然，最好用户能参与设计过程。用户能及时了解生产过程，如排产计划、原材料品质、加工工艺、加工设备、加工人员、加工过程、质检、安全、能耗和环保等。用户能及时了解售前、售中、售后全过程，明确在每个环节的权利和义务。以上也是透明工厂的主要目标，即交期短、品质好、成本低、体验好。当然除此之外，还要考虑工厂运维、能耗、安全和环保等。产能设计一般要基于公司的业务战略和市场调研结果而定。比如未来几年销售收入预计多少？分别由哪些产品构成？再考虑到行业的特殊性，在此基础上，适当放一点产能的余量。一般来说，数字工厂是分期建设，不是一蹴而就，因此产能也是分期规划设计。如果产能设计少了，就会产能不足，影响交付周期，如果产能设计多了，又会造成投入浪费，增加成本。因此，产能设计需要花功夫认真做，不能拍脑袋。当然，特殊情况下，也可以考虑委外加工，或OEM，作为应急方案。工厂和产线的产能都是理论值，实际过程中是很难达到100%，尤其是新厂投产初期，一般都会有产能爬坡期，这个周期长短取决于设备、人员操作、数字化系统的成熟度，新工厂投产后几个月，甚至几年才能达到产能峰值都有可能。产线的产能还要考虑到一些特殊情况，比如是否有加急单、插单等，如果有，其频率和订单量一般是多少。同时也要考虑设备的宕机率，以及监管规定。生产工艺设计是数字工厂设计的核心，工艺决定了产线的布局、设备的选择、人员的配备，因此数字工厂的设计是从工艺设计开始。不同的工艺决定不同的生产效率和不同的质控标准，当然制造成本也相差很大，不是要选择最好的工艺，而是要选择合适的工艺。比如加工精度标准是1毫米，就不影响后期安装，没必要采用1微米的加工工艺。数字工厂不能一味追求高大上，适合的才是最好的，很多地方不一定非要上机器人，不能为了上机器人而上，有一家工厂装了几台机器人，有人参观的时候把机器人打开，参观的一走就把机器人关了，人工上，因为机器人的节拍根本不够，如果要跟上节拍，还需要增加一倍的机器人，但场地又不够，而且投入产出严重不合理。在建筑设计的基础上布局车间，说起来简单，做起来很难，因为一般来说，建筑设计师不懂工厂工艺，不懂设备，工厂设计师又不懂建筑，而在数字工厂的建设中，工艺和设备又非常重要，这就需要建筑设计和工厂设计反复沟通，对设计反复修改优化。比如建筑的长度、宽度和层高，要适合工艺路线，如果工艺路线是一字型，建筑就要设计成长形，且长度大于产线长度，如果工艺路线是回字形，建筑就要设计成方形，且内部柱间距合适。又如建筑要支撑设备，有些设备很重，超过建筑的普通承重，有些设备或仓储的运行空间超过建筑的普通层高，建筑设计必须做相应的变更，否则设备无法安装。再如上下电梯，其数量、位置、尺寸都跟产品和工艺路线、车间物流路线相关，目标是人和物的移动次数最少，移动距离最短，即车间员工走动次数最少，最好不需要走动，即使走动，走动距离也最短，车间物流搬运次数最少、搬运距离最短。如果电梯需要对接RVG或AGV，其要求更高。此外，员工进出、参观通道、休息区、办公区、原材料收货检验、原材料仓库、成品发货、成品仓库、车间物流路线（含立体库、AGV、RGV、自动滚轮线、人工搬运）、质检区域、车间强电、车间弱电（有线、无线）、水气路线等，都与建筑设计相关，如果没有考虑，或考虑不周全，就会影响数字工厂的效率，甚至功能。数字工厂的建设一般不是一步到位，自动化、智能化也需逐步完善。比如初期是人工包装，但计划后期上自动包装机，那么在设计阶段，包装区要留有足够的空间，以便后期安装包装机及其配套设备。又如，初期是人工码垛和搬运，计划后期用机器人和AGV/RGV，那么设计阶段，就要预留机器人、AVG/RVG的运行路线和空间。再如，初期是人工质检，计划后期用自动/智能质检，那么设计阶段，就要预留位置和空间。如果没有预留，后期想升级优化都难。曾经有人问我，数字工厂的建设过程中，IT人员什么时候介入比较好？我认为IT介入得越早越好，至少在工厂设计阶段就介入，当然，对IT人员的要求也会越来越高，不仅要懂IT技术，还要懂工艺、懂设备。对于原材料仓库，车辆从哪里进入工厂园区？在哪里卸货？如何卸货？原材料检验区、存货区、退货区、发料区如何划分？对于成品仓库，成品如何入库？是否要入库缓存区？发货备货区、成品退货区如何划分？需要多少发货口？如何装货？车辆从哪里出工厂园区？目的是减少车辆、人和物的移动次数和距离。原材料的品种和数量大概是多少？未来的增长速度如何？原材料的体积和重量？原材料在生产中的使用频次？原材料的采购周期？成品的品种和数量大概是多少？未来的新产品的增长速度如何？成品的体积和重量？成品的周转次数？目的是确定（原材料和成品）仓库的位置和大小，采用合理的货架（几层、层高、承重）和库位划分。如果是立体库，还要考虑物料的存取效率，即存取一次物料的周期时长，以匹配生产节拍和发货节拍。在设备选型前，有一件重要的事需要确定，即生产节拍——批次的生产周期。比如，某定制家具工厂，20个订单合并为一个批次，大约1000块板件，这样才能发挥批量化生产的效率，同时也能确保材料的高利用率。一般的加工制造工厂，都有一个最小化批量，离散制造稍微特殊。数字工厂使用自动化/智能设备，跟传统生产节拍肯定不一样，生产节拍需要重新评估和计算，不能用原有的生产节拍硬套。每道工序的设备产能都要匹配生产节拍，低了不能满足生产周期，高了就是投入浪费。我曾经参观一家定制家具企业，几条产线都是一台开料机，连接一台封边机，而封边机的板件处理速度要大大高于开料机，封边机严重吃不饱，封边机后面连接两台打孔机，打孔机的板件处理速度更慢，因此封边与打孔之间的缓存区常常爆仓，说明设备的选型不专业，没有充分认证。此外，设备的稳定性非常重要，稳定性包括加工精度的稳定，以及设备和系统的稳定。设备选型的时候，千万不能贪便宜，更不能被别人当小白鼠，这是很多工厂容易走弯路的地方。比如某家具工厂，买了20台某品牌的加工中心，每天都有几台宕机，虽然价格相对便宜很多，但理论产能相对减半，同时加上每天都有宕机情况，总产能并没增加多少，设备的总占地面积相对大两倍，而且每天占用大量的班组长和设备维修人员的工时，从成本角度看根本没有优势。又如某企业建数字工厂，AGV小车调试大半年也没有调好，AGV本是很成熟的技术，调试也比较容易，但这家为了节省费用，找了一家原本做磁轨导航的厂家，现在做激光导航，加上供应商投入不足，被人家当小白鼠试验了大半年也没有做好，严重影响了正式投产。再如，我当时在我乐家居，网络设备、条码打印机、条码扫描枪（固定和手持）、PLC控制、安灯等都选用头部品牌的产品，车间里所有电脑一律采用工业平板（价格是普通电脑的两倍多），虽然产线几乎是7*24小时生产，而生产又完全依赖于系统，系统一秒钟都不能停，但IT不需要值夜班，周末也不需要排班，不仅仅是降低人员成本，更关键的是不影响生产，使生产更为顺畅。制造设备的选型也是同样道理，表面上看，一次性投入大了，但从长远看，一定是节约成本，提高效率，增强员工的体验。跟仓库设计类似，车间内物流设计的目标是人和物的移动次数最少，移动距离最短，方便领/发料、方便加工、方便流转、方便质检、方便入库。有一家规模不大的工厂，通过数字化转型，重新设计了车间内物流线路和线边库，几乎实现了车间物流自动化，把原本28次搬运，减少到5次，降低了人工，增强了生产节拍的控制，提升了生产管理。车间物流设计中，缓存区常常被忽视，即上下游车间之间，或者是工序与工序之间的临时库存，基于生产节拍和批次量的大小设计，同时要适当放一些余量，一般为批次量的2倍左右，具体按实际情况而定。如果缓存不够，很容易缓存爆仓，上道工序必须停产，影响整体生产节拍，继而影响工厂产能。在数字工厂设计阶段，一般都会使用BIM（建筑模型信息化Building Information Modeling）和虚拟仿真技术，可以少走很多弯路，缩短数字工厂的建设周期。
· 条码、二维码、电子标签（RFID），一般用于标识物料、设备等。· IC卡、生物识别（指纹、人脸、眼角膜等），用于标识人员。· 数控机床、机器人、电子看板、PLC、安灯系统等，用于加工。· PC、工业平板、手机、PDA、基础网络（有线、无线）、4G/5G、云（私有云、公有云、混合云）、物联网等，构建数字化系统的基础架构。· 自动混轮线、AGV、RGV、机器臂（含航架）、立体库、智能货柜等，用于车间物流，码垛和搬运。· ERP、MES、WMS、CRM、SCM、APS、PLM、BI等用于系统控制，所有系统都集成打通，主数据（物料、人员、设备、工艺、工序等）唯一。· 视觉识别用于自动质检、安全/环保预警、安全/环保控制等。· AR/VR/MR用于培训、SOP、知识库、远程专家指导等。此外，还有AI、大数据等应用，数字工厂的核心就是数据+算法，在数字工厂的建设中具体用到哪些技术，要根据实际情况而定。首先要预留质检区域，哪些工序需要质检？抽检还是全检？如何检验？人工检验，还是自动检验？目前对质检的要求越来越高，要实现可追溯，尤其是数字工厂，建厂的目的之一就是质量稳定，因此，尽可能采用自动/智能质检。安全指生产环境的安全、加工过程的安全和产品的安全。比如压力检测、速度检测、温度检测、泄漏（气体、液体）检测、视觉识别等可以帮助提升生产环境的安全和加工过程的安全，PLM、虚拟仿真可以帮助提升产品的安全。能耗本身也是产品成本的重要组成部分。智能地安排工序可以节约能源，如合并集中产能、减少设备空转时间、安排大能耗的工序夜间进行等。环保包括工厂环境和产品本身，工厂环境的环保主要指废料、废气、废水的处理。对于产品本身，一是材料本身是否环保，二是检测手段是否可靠。
对于一定规模的企业，我一向建议企业自身对核心数字化系统有主导能力，不能完全依赖乙方，数字工厂一定是企业的核心数字化系统之一。· 项目的真正责任人是企业自身，不是乙方顾问，项目对乙方来说就是个生意，对甲方项目团队来说，几乎是全部。· 最了解需求的还是自身团队，因此对需求的把控和以及解决方案的设计，甲方要主动深度参与，不能完全听任乙方。· 面对问题时，乙方的体感跟甲方不一样，我们常常看到有时甲方项目经理急得冒火，而乙方顾问还是不慌不忙。· 乙方顾问有档期，一般会同时面对多个客户，处理问题需要排队。如果项目不幸被列为非重点，优先级也会大大降低。如果再不幸，顾问中途离职，无疑对项目的推进影响巨大。· 项目完成后，还需要不断优化迭代，如果自身能主导，必定会大幅加快优化迭代的进程。当然不排除也有服务好的乙方，但是项目完全依赖乙方本身就是一个巨大的风险。为了企业自身能有主导能力，因此企业必须要有既懂技术、又懂工艺、还要懂设备的人，如果没有，在整个建设过程中，会非常被动。如果初期没有这种复合型管理人才，有协作性好的团队代替也可以，在项目过程中，培养这种复合型管理人才很有必要，这种复合型管理人才是稀缺资源。技术人员包括工艺、设备、自动控制、数字化软件开发、数字化基础架构等人员。操作人员包括数控机床、机器臂、机器人、智能货柜等自动化、智能化设备的加工操作人员。实际上，大部分制造企业很难在行业里找到好的数字工厂标杆，因此，对绝大部分企业来说，建设数字工厂一步到位不可能，必须总体规划，分步实施。曾经看到有家数字工厂，安装完成后，调试一年还没有正式投产，主要原因就是步子太大，想一步到位。后来为了投产，把很多自动化的设备关闭，用人工代替，所以建议要学会先做减法，后做加法，大部分情况下，完美主义一步到位就是个坑。数字工厂建成投产后只是个开始，且不说初期很难一步到位，后期要逐步完善。生活在VUKA时代，由于市场变化、需求变化、产品变化、技术变化、材料变化、工艺变化、设备变化和管理变化等，因此数字工厂也要不断相应迭代优化，只有起点，没有终点。建设数字工厂一般都要请外部专业公司，即数字工厂建设供应商，供应商的选择非常关键，造价固然重要，但不能是最重要的考虑因素，以下是必须重点考察的几个问题：目前市场有点乱，很多公司都号称能设计建设数字工厂，但真正有能力有实力的供应商并不多，千万不要给人家当小白鼠。供应商的选择，要依靠团队，基于选型表，集体理性决策，即使是协作公司参与，也要公平选择。崔伟栋老师总结了工厂建设基本流程20步，我十分赞同，现摘录如下，供大家参考：3. 规划设计，从生产工艺开始，配套的基础设施，建筑物，优化设计。7. 签设计合同及实施（融合BIM+IOT+FM技术）。8. 建设报建（取得施工许可证），这个过程比较漫长，一般要3—6个月。9. 签施工合同，施工，拿到施工许可证后就可以施工，一般1万平米左右的工厂，大概是6—12个月左右10. 施工图设计，设计院一般是建筑设计和基建设计，不涉及工艺设计，工艺设计一般都是客户自己设计。11. 开工与建设（地基、建筑、机电、生产设备）。17. 生产管理，质量管理，设备管理，数智管理等。
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