数字化工厂有行业和国家级的标杆案例，并沉淀了一些行业标准，今天我们来用一个实际案例，讲讲在实践中，中小实体企业是怎么做数字化工厂建设的。

　　注 1：设备数字化率=数字化设备数量/纳入固定资产清单的车间设备总数×100%。

　　注 2：数据自动化采集率=系统实际自动采集的数据/(自动采集的数据+手工输入的数据)×100%。

　　b）数字化车间应建有连续的、相互连接的计算机网络、数控设备网络和生产物联/物流网络，所有设备和物料应具有唯一的数字化标识，所有信息相关者应可实现基于网络的互联互通。

　　e）数字化车间应开展危险分析和风险评估，提出车间安全控制和数字化管理方案，并实施数字化生产安全管控。

　　f）数字化车间的各信息系统可与企业 ERP 系统、PLM 系统等互联互通。

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　　数字化工厂的体系结构如图 2所示，包括执行层和设备层。在数字化车间之外，还有管理层（不在本标准范围之内），管理层包括产品生命周期管理（PLM）和企业资源计划（ERP）等系统。

　　执行层主要包括：车间计划与调度、车间安全管理、工艺执行与管理、生产物流管理、生产过程质量管理和车间设备管理。执行层对生产过程中的各类业务、活动或相关资产进行管理，实现车间制造过程的数字化、精益化及透明化。

　　设备层主要包括：网络设备、制造设备和辅助设备。网络设备包括网络信息设备、看板等。制造设备包括数字化加工设备、数字化装配设备、数字化检测设备和数字化包装设备。辅助设备包括车间物流与线边库、模具维护设备、工装夹具维护设备、计量与校准设备等。基础设施是承载数字化车间业务运行和信息集成的基础，数字化制造设备是执行生产、检验、物料运送等任务和反馈的终端。

　　设备层物料与物料之间、设备与设备之间一般不直接建立数据交互关系，设备与物料之间需建立数据交互，设备与执行层各功能模块间需建立数据交互。数字化工厂各功能模块之间，功能模块与管理层、设备层之间，均可通过中间件和数据库进行系统集成。

　　基于业务和生产流程的不同，任何活动都可能向其他活动提供信息。根据客户的一些最普遍的信息流，绘制出图3，这些信息流代表了大量案例中的常规信息流。在其他情况下，特定信息流可能关系更加紧密。

　　管理层 ERP 系统到执行层车间计划与调度模块的信息流包括：排产规则、车间生产计划/车间订单。执行层车间计划与调度模块到管理层 ERP 系统的信息流包括：排产结果、生产运行结果反馈、生产完工预警。

　　管理层 ERP 系统到执行层生产物流管理模块的信息流包括：库存信息。执行层生产物流管理模块到管理层 ERP 系统的信息流包括：采购/配送需求。

　　管理层 ERP 系统到执行层生产过程质量管理模块的信息流包括：质量要求。执行层生产过程质量管理模块到管理层 ERP 系统的信息流包括：制造过程质量信息。

　　管理层PLM系统到执行层工艺执行与管理模块的信息流包括：数字化工艺信息（PBOM）。执行层工艺执行与管理模块到管理层PLM系统的信息流包括：工艺优化反馈。

　　执行层与管理层之间、执行层各模块之间、执行层与设备层之间的信息流描述在后续的其他模块说明中进行展开。

　　数字化工厂的系统集成要实现管理层、执行层、设备层的数据连接，上下网段要使用相同的数据字段和数据字典，以保证互联互通和互操作性。

　　数字化车间中设备层数字化设备与执行层、数字化设备与数据库之间可直接进行数据传输。当需要转换通信协议或在不同操作系统间实现数据交互时，可采用中间件。

　　a）通信协议转换功能，宜实现 Modbus TCP、Ethernet/IP 等工业以太网通信协议到数据库，以及OPC、OPC UA 到数据库的转换。

　　b）可运行于不同的操作系统平台，可支持跨网络、硬件和操作系统平台的数据传递。

　　数字化工厂网络信息设备包括但不限于服务器、交换机、网关、存储设备、安全设备等。应能支持语音、图像、视频、控制等信息的传递。标准网络拓扑图如下。

　　工厂网络信息设备推荐使用工业级产品，能应用于高温（40°C~50°C）、潮湿（95%R.H.）、电磁干扰（A类）、振动（10G峰值加速度，11ms间隔）、腐蚀气体、灰尘等恶劣环境中。

　　a）建立日常硬件监测、维护计划。结合硬件设备性能参数表，明确每天需要监测的硬件参数并记录。

　　b）网络与设备管理。应具有对数字化装备、网络进行管理，收集、监测网络内的监控设备、相关服务器的运行情况。

　　f）移动/无线监控。作为对固定/有线网络形式的补充，扩大监控区域，方便用户实时了解数字化车间运行情况，系统宜能支持基础设施、设备的移动/无线接入和使用。

　　g）当监测到设备及系统发生故障后，维护机构应及时做出响应和初步判断，并根据故障的严重程度制订维修计划，重要设备及系统的故障应在协商约定时间内予以排除。

　　数字化工厂、数字化设备和各生产工位应具备现场看板， 对目标产品工艺、生产过程、检测及包装过程的关键参数生产统计分析看板等进行可视化管理，看板宜具有工位管理看板、生产计划及配送看板和生产数据统计看板。也可使用 PDA、平板电脑、移动多媒体设备等移动终端。

　　a）工位管理看板功能包括作业指导书、图纸、工艺流程、生产求助信息、生产安全注意事项等的显示。

　　c）生产数据统计看板功能包括实时数字化制造设备运行状态（例如：运行/故障/维护、维修状态等）、生产统计数据（例如：目标产品产量、日/月产量、目标达成率、设备综合效率等）、品质统计数据（例如：产品合格率、产品一次通过率等）等的显示。

　　a）情景模式：支持音乐广播、通知广播、应急广播等多种模式，具备分区广播功能。

　　b）报警联动：具有消防联动报警触发接口，发生火灾、地震、事故等突发情况可以从日常广播模式切换到紧急广播模式，对涉及区域进行分区广播。

　　根据数字化工厂的网络标准，我们给出标准的配置，供客户在新厂房建设的时候参考，一起把网络基础建设架设好。如下图，修建数字化工厂的信息高速公路。

　　在实践中，客户的网络建设也并非一步到位的投资建设的，往往会根据实际情况进行分步骤的建设，所以在升级数字化的过程中，网络的升级和建设也是我们常常需要协助客户解决的问题，

　　在数字化工厂MES软件与硬件运行时，不合适的网络配置有时候会成为数据采集和设备运行稳定的瓶颈，造成用户体验不佳，需要升级网络，如下示例，这个网络结构在不断升级中去改良，这是基于原来用于办公场所的上网环境，后来需要带更多的硬件设备时，造成网络联接不畅通，经常掉数据，断网的状况，在办公环境中这些问题都是可以容忍的，客户觉得不出来，但在工业环境生产中，这些问题直接影响到数据 的回报，实时性和稳定性，对网络提出了更高的要求。

　　建议升级方向如下两个方案可供选择，如此未来可以满足网络负载及网络安全的考量。

　　方案一：1和2处交换机换成三层交换机做，对可能出现的网络风暴进行相互隔离。

　　方案二、如不能更换交换机，且核心交换机为三层，建议网络拓扑改成3，每层一根光纤接到核心交换机，在核心交换机划分不同vlan进行隔离。

　　经过升级改造后的网络环境，基本上达到了工业级的标准要求，能够让数字化工厂的信息流顺利跑起来了。

　　数字化工厂建设与实践，每个公司都有不同的具体情况，需要在实际运用中因时制宜、因地制宜，用科学的方法进行实践，才能实现良好的运行效果。