透明工廠從0到1
透明工廠是面向關聯方（“人”）的全方位透明，即與用戶透明、與供應商透明、與員工透明、與管理者透明、與工業互聯主體透明以及與監管方透明。
只有數字化才能真正實現“透明”，以工廠的數字化為基礎，輔以“透明商業”的理念，提升“人”在商業過程中的體驗，詳細參見“透明工廠——智能制造新樣本（方法綱要）”。如何建設透明工廠？如何實現透明工廠從0到1？實際上，無論建設什么樣的工廠，都要考慮三個關鍵點：規劃布局、組織配稱和實施方法，只是建設不同的工廠在每個點考慮的內容不同而已。
規劃布局
（一）明確業務戰略數字工廠的建設一定是業務發展的需要，是企業戰略的重要組成部分，不是為建而建。為什么要建設透明工廠？透明工廠的目標是什么？比如，一家分離膜工業的國內龍頭企業，企業戰略之一是未來要大力發展陶瓷膜，因此成立獨立的陶瓷膜事業部，并建設陶瓷膜數字化工廠，主要目標是擴大產能、穩定質量、降低成本。又如，一家做櫥柜的企業，企業戰略是在生產櫥柜的基礎上，大力發展全屋定制業務，因此需要建設定制家具數字化工廠，主要目標是確保交期、避免差錯、降低成本。
商業的本質就是服務，在消費升級的大潮中，用戶端發生了很大的變化：
1. 快速的城市化進程，根據第七次人口普查結果，城市人口已經遠遠大于農村人口，而且還在快速發展。
2. 中產階級群體的迅速擴大，目前全國已有4億多中產，數量遠遠超過世界上任何一個國家，而且這個數量還在快速增長。
3. 八零后、九零后、甚至零零后成為消費主流，對產品的品質（設計、技術、質量）以及服務的要求越來越高。
4. 愿意為好服務買單已漸漸成為消費共識，最典型的是網上付費服務漸漸成為主流，以前網上絕大部分服務都是免費的，如新聞、圖片、音頻、視頻、知識、講座和軟件等，如今以上內容如果要得到更好的服務，都需要付費。
5. 日常生活中，很多人的消費觀發生了變化，服務因素已經代替價格因素上升到第一位。消費升級對企業也提出了更高的要求，不但要求品質好，發貨快，價格合理，還要整個消費過程體驗愉快，因此就需要企業做到：
1. 透明的需求
快速收集需求，快速響應。
2. 透明的設計
對個性化、定制化的需求，用戶及時了解設計過程和設計結果，建議和意見也能及時得到反饋，當然，最好用戶能參與設計過程。
3. 透明的生產
用戶能及時了解生產過程，如排產計劃、原材料品質、加工工藝、加工設備、加工人員、加工過程、質檢、安全、能耗和環保等。
4. 透明的供應鏈
用戶能及時了解入庫、發運、送貨、收貨等全過程。
5. 透明的服務
用戶能及時了解售前、售中、售后全過程，明確在每個環節的權利和義務。以上也是透明工廠的主要目標，即交期短、品質好、成本低、體驗好。當然除此之外，還要考慮工廠運維、能耗、安全和環保等。
（二）規劃工廠的產能
產能設計一般要基于公司的業務戰略和市場調研結果而定。
比如未來幾年銷售收入預計多少？分別由哪些產品構成？再考慮到行業的特殊性，在此基礎上，適當放一點產能的余量。一般來說，數字工廠是分期建設，不是一蹴而就，因此產能也是分期規劃設計。如果產能設計少了，就會產能不足，影響交付周期，如果產能設計多了，又會造成投入浪費，增加成本。因此，產能設計需要花功夫認真做，不能拍腦袋。當然，特殊情況下，也可以考慮委外加工，或OEM，作為應急方案。
工廠和產線的產能都是理論值，實際過程中是很難達到100%，尤其是新廠投產初期，一般都會有產能爬坡期，這個周期長短取決于設備、人員操作、數字化系統的成熟度，新工廠投產后幾個月，甚至幾年才能達到產能峰值都有可能。產線的產能還要考慮到一些特殊情況，比如是否有加急單、插單等，如果有，其頻率和訂單量一般是多少。同時也要考慮設備的宕機率，以及監管規定。
（三）生產工藝設計
生產工藝設計是數字工廠設計的核心，工藝決定了產線的布局、設備的選擇、人員的配備，因此數字工廠的設計是從工藝設計開始。
不同的工藝決定不同的生產效率和不同的質控標準，當然制造成本也相差很大，不是要選擇最好的工藝，而是要選擇合適的工藝。比如加工精度標準是1毫米，就不影響后期安裝，沒必要采用1微米的加工工藝。數字工廠不能一味追求高大上，適合的才是最好的，很多地方不一定非要上機器人，不能為了上機器人而上，有一家工廠裝了幾臺機器人，有人參觀的時候把機器人打開，參觀的一走就把機器人關了，人工上，因為機器人的節拍根本不夠，如果要跟上節拍，還需要增加一倍的機器人，但場地又不夠，而且投入產出嚴重不合理。
（四）車間布局
在建筑設計的基礎上布局車間，說起來簡單，做起來很難，因為一般來說，建筑設計師不懂工廠工藝，不懂設備，工廠設計師又不懂建筑，而在數字工廠的建設中，工藝和設備又非常重要，這就需要建筑設計和工廠設計反復溝通，對設計反復修改優化。比如建筑的長度、寬度和層高，要適合工藝路線，如果工藝路線是一字型，建筑就要設計成長形，且長度大于產線長度，如果工藝路線是回字形，建筑就要設計成方形，且內部柱間距合適。又如建筑要支撐設備，有些設備很重，超過建筑的普通承重，有些設備或倉儲的運行空間超過建筑的普通層高，建筑設計必須做相應的變更，否則設備無法安裝。
再如上下電梯，其數量、位置、尺寸都跟產品和工藝路線、車間物流路線相關，目標是人和物的移動次數最少，移動距離最短，即車間員工走動次數最少，最好不需要走動，即使走動，走動距離也最短，車間物流搬運次數最少、搬運距離最短。如果電梯需要對接RVG或AGV，其要求更高。
此外，員工進出、參觀通道、休息區、辦公區、原材料收貨檢驗、原材料倉庫、成品發貨、成品倉庫、車間物流路線（含立體庫、AGV、RGV、自動滾輪線、人工搬運）、質檢區域、車間強電、車間弱電（有線、無線）、水氣路線等，都與建筑設計相關，如果沒有考慮，或考慮不周全，就會影響數字工廠的效率，甚至功能。數字工廠的建設一般不是一步到位，自動化、智能化也需逐步完善。比如初期是人工包裝，但計劃后期上自動包裝機，那么在設計階段，包裝區要留有足夠的空間，以便后期安裝包裝機及其配套設備。
又如，初期是人工碼垛和搬運，計劃后期用機器人和AGV/RGV，那么設計階段，就要預留機器人、AVG/RVG的運行路線和空間。再如，初期是人工質檢，計劃后期用自動/智能質檢，那么設計階段，就要預留位置和空間。如果沒有預留，后期想升級優化都難。
曾經有人問我，數字工廠的建設過程中，IT人員什么時候介入比較好？我認為IT介入得越早越好，至少在工廠設計階段就介入，當然，對IT人員的要求也會越來越高，不僅要懂IT技術，還要懂工藝、懂設備。
（五）倉庫布局
在倉庫分為原材料倉庫和成品倉庫。對于原材料倉庫，車輛從哪里進入工廠園區？在哪里卸貨？如何卸貨？原材料檢驗區、存貨區、退貨區、發料區如何劃分？對于成品倉庫，成品如何入庫？是否要入庫緩存區？發貨備貨區、成品退貨區如何劃分？需要多少發貨口？如何裝貨？車輛從哪里出工廠園區？
目的是減少車輛、人和物的移動次數和距離。
原材料的品種和數量大概是多少？未來的增長速度如何？原材料的體積和重量？原材料在生產中的使用頻次？原材料的采購周期？成品的品種和數量大概是多少？未來的新產品的增長速度如何？成品的體積和重量？成品的周轉次數？目的是確定（原材料和成品）倉庫的位置和大小，采用合理的貨架（幾層、層高、承重）和庫位劃分。如何實現批次管理，先進先出？如果是立體庫，還要考慮物料的存取效率，即存取一次物料的周期時長，以匹配生產節拍和發貨節拍。
（六）設備選型基于工藝設計和產能設計做設備選型。
在設備選型前，有一件重要的事需要確定，即生產節拍——批次的生產周期。比如，某定制家具工廠，20個訂單合并為一個批次，大約1000塊板件，這樣才能發揮批量化生產的效率，同時也能確保材料的高利用率。一般的加工制造工廠，都有一個最小化批量，離散制造稍微特殊。數字工廠使用自動化/智能設備，跟傳統生產節拍肯定不一樣，生產節拍需要重新評估和計算，不能用原有的生產節拍硬套。
每道工序的設備產能都要匹配生產節拍，低了不能滿足生產周期，高了就是投入浪費。
我曾經參觀一家定制家具企業，幾條產線都是一臺開料機，連接一臺封邊機，而封邊機的板件處理速度要大大高于開料機，封邊機嚴重吃不飽，封邊機后面連接兩臺打孔機，打孔機的板件處理速度更慢，因此封邊與打孔之間的緩存區常常爆倉，說明設備的選型不專業，沒有充分認證。
此外，設備的穩定性非常重要，穩定性包括加工精度的穩定，以及設備和系統的穩定。設備選型的時候，千萬不能貪便宜，更不能被別人當小白鼠，這是很多工廠容易走彎路的地方。比如某家具工廠，買了20臺某品牌的加工中心，每天都有幾臺宕機，雖然價格相對便宜很多，但理論產能相對減半，同時加上每天都有宕機情況，總產能并沒增加多少，設備的總占地面積相對大兩倍，而且每天占用大量的班組長和設備維修人員的工時，從成本角度看根本沒有優勢。
又如某企業建數字工廠，AGV小車調試大半年也沒有調好，AGV本是很成熟的技術，調試也比較容易，但這家為了節省費用，找了一家原本做磁軌導航的廠家，現在做激光導航，加上供應商投入不足，被人家當小白鼠試驗了大半年也沒有做好，嚴重影響了正式投產。
再如，我當時在我樂家居，網絡設備、條碼打印機、條碼掃描槍（固定和手持）、PLC控制、安燈等都選用頭部品牌的產品，車間里所有電腦一律采用工業平板（價格是普通電腦的兩倍多），雖然產線幾乎是7*24小時生產，而生產又完全依賴于系統，系統一秒鐘都不能停，但IT不需要值夜班，周末也不需要排班，不僅僅是降低人員成本，更關鍵的是不影響生產，使生產更為順暢。
制造設備的選型也是同樣道理，表面上看，一次性投入大了，但從長遠看，一定是節約成本，提高效率，增強員工的體驗。
（七）車間內物流線路、線邊庫規劃
跟倉庫設計類似，車間內物流設計的目標是人和物的移動次數最少，移動距離最短，方便領/發料、方便加工、方便流轉、方便質檢、方便入庫。
有一家規模不大的工廠，通過數字化轉型，重新設計了車間內物流線路和線邊庫，幾乎實現了車間物流自動化，把原本28次搬運，減少到5次，降低了人工，增強了生產節拍的控制，提升了生產管理。車間物流設計中，緩存區常常被忽視，即上下游車間之間，或者是工序與工序之間的臨時庫存，基于生產節拍和批次量的大小設計，同時要適當放一些余量，一般為批次量的2倍左右，具體按實際情況而定。如果緩存不夠，很容易緩存爆倉，上道工序必須停產，影響整體生產節拍，繼而影響工廠產能。
（八）需要哪些數字化應用和技術
在數字工廠設計階段，一般都會使用BIM（建筑模型信息化Building Information Modeling）和虛擬仿真技術，可以少走很多彎路，縮短數字工廠的建設周期。
在數字工廠建設階段：
· 條碼、二維碼、電子標簽（RFID），一般用于標識物料、設備等。
· IC卡、生物識別（指紋、人臉、眼角膜等），用于標識人員。
· 數控機床、機器人、電子看板、PLC、安燈系統等，用于加工。
· PC、工業平板、手機、PDA、基礎網絡（有線、無線）、4G/5G、云（私有云、公有云、混合云）、物聯網等，構建數字化系統的基礎架構。
· 自動混輪線、AGV、RGV、機器臂（含航架）、立體庫、智能貨柜等，用于車間物流，碼垛和搬運。
· ERP、MES、WMS、CRM、SCM、APS、PLM、BI等用于系統控制，所有系統都集成打通，主數據（物料、人員、設備、工藝、工序等）唯一。
· 視覺識別用于自動質檢、安全/環保預警、安全/環保控制等。
· AR/VR/MR用于培訓、SOP、知識庫、遠程專家指導等。
· 數字孿生用于預警、控制和優化。此外，還有AI、大數據等應用，數字工廠的核心就是數據+算法，在數字工廠的建設中具體用到哪些技術，要根據實際情況而定。
（九）質檢
首先要預留質檢區域，哪些工序需要質檢？抽檢還是全檢？如何檢驗？人工檢驗，還是自動檢驗？目前對質檢的要求越來越高，要實現可追溯，尤其是數字工廠，建廠的目的之一就是質量穩定，因此，盡可能采用自動/智能質檢。
（十）安全安全指生產環境的安全、加工過程的安全和產品的安全。
比如壓力檢測、速度檢測、溫度檢測、泄漏（氣體、液體）檢測、視覺識別等可以幫助提升生產環境的安全和加工過程的安全，PLM、虛擬仿真可以幫助提升產品的安全。
（十一）能耗
能耗本身也是產品成本的重要組成部分。智能地安排工序可以節約能源，如合并集中產能、減少設備空轉時間、安排大能耗的工序夜間進行等。
（十二）環保環保包括工廠環境和產品本身，工廠環境的環保主要指廢料、廢氣、廢水的處理。對于產品本身，一是材料本身是否環保，二是檢測手段是否可靠。
組織配稱
（一）管理人員
對于一定規模的企業，我一向建議企業自身對核心數字化系統有主導能力，不能完全依賴乙方，數字工廠一定是企業的核心數字化系統之一。
· 項目的真正責任人是企業自身，不是乙方顧問，項目對乙方來說就是個生意，對甲方項目團隊來說，幾乎是全部。
· 最了解需求的還是自身團隊，因此對需求的把控和以及解決方案的設計，甲方要主動深度參與，不能完全聽任乙方。
· 面對問題時，乙方的體感跟甲方不一樣，我們常常看到有時甲方項目經理急得冒火，而乙方顧問還是不慌不忙。
· 乙方顧問有檔期，一般會同時面對多個客戶，處理問題需要排隊。如果項目不幸被列為非重點，優先級也會大大降低。如果再不幸，顧問中途離職，無疑對項目的推進影響巨大。
· 項目完成后，還需要不斷優化迭代，如果自身能主導，必定會大幅加快優化迭代的進程。當然不排除也有服務好的乙方，但是項目完全依賴乙方本身就是一個巨大的風險。為了企業自身能有主導能力，因此企業必須要有既懂技術、又懂工藝、還要懂設備的人，如果沒有，在整個建設過程中，會非常被動。如果初期沒有這種復合型管理人才，有協作性好的團隊代替也可以，在項目過程中，培養這種復合型管理人才很有必要，這種復合型管理人才是稀缺資源。
（二）技術人員
技術人員包括工藝、設備、自動控制、數字化軟件開發、數字化基礎架構等人員。
（三）操作人員
操作人員包括數控機床、機器臂、機器人、智能貨柜等自動化、智能化設備的加工操作人員。
實際上，大部分制造企業很難在行業里找到好的數字工廠標桿，因此，對絕大部分企業來說，建設數字工廠一步到位不可能，必須總體規劃，分步實施。曾經看到有家數字工廠，安裝完成后，調試一年還沒有正式投產，主要原因就是步子太大，想一步到位。后來為了投產，把很多自動化的設備關閉，用人工代替，所以建議要學會先做減法，后做加法，大部分情況下，完美主義一步到位就是個坑。
（二）只有起點，沒有終點，持續迭代優化
數字工廠建成投產后只是個開始，且不說初期很難一步到位，后期要逐步完善。生活在VUKA時代，由于市場變化、需求變化、產品變化、技術變化、材料變化、工藝變化、設備變化和管理變化等，因此數字工廠也要不斷相應迭代優化，只有起點，沒有終點。
（三）選擇成熟的供應商
建設數字工廠一般都要請外部專業公司，即數字工廠建設供應商，供應商的選擇非常關鍵，造價固然重要，但不能是最重要的考慮因素，以下是必須重點考察的幾個問題：
· 企業資質和實力，擅長的領域
· 有沒有行業經驗？
· 有沒有類似工廠的設計和建設經驗？
· 曾經設計和建設過多少家數字工廠？
· 運行效果如何？
· 本地化服務能力目前市場有點亂，很多公司都號稱能設計建設數字工廠，但真正有能力有實力的供應商并不多，千萬不要給人家當小白鼠。供應商的選擇，要依靠團隊，基于選型表，集體理性決策，即使是協作公司參與，也要公平選擇。
（四）透明工廠建設流程及注意事項
崔偉棟老師總結了工廠建設基本流程20步，我十分贊同，現摘錄如下，供大家參考：
1. 投資建廠可行性論證。
2. 成立建設管理項目組。
3. 規劃設計，從生產工藝開始，配套的基礎設施，建筑物，優化設計。
4. 項目立項政府備案。
5. 選址買地，拿土地證。
6. 簽地質勘察合同，實施地質勘察。
7. 簽設計合同及實施（融合BIM+IOT+FM技術）。
· 工藝設計
· 附屬基礎設施與機電建筑設計
· 總平面布局設計（分階段建設或全面建設確認）
· 數智化設計
8. 建設報建（取得施工許可證），這個過程比較漫長，一般要3—6個月。
9. 簽施工合同，施工，拿到施工許可證后就可以施工，一般1萬平米左右的工廠，大概是6—12個月左右10. 施工圖設計，設計院一般是建筑設計和基建設計，不涉及工藝設計，工藝設計一般都是客戶自己設計。
11. 開工與建設（地基、建筑、機電、生產設備）。
12. 送電、送水、送氣等。
13. 生產設備安裝和調試。
14. 數智化運營中心調試及運營。
15. 試運行，試生產（環保驗收），量產。
16. 申請取得房產證。
17. 生產管理，質量管理，設備管理，數智管理等。
18. 投資回收管理。
19. 工廠全生命周期成本動態管理。
20. 工廠報廢關閉（土壤污染環評），土地轉讓。
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