數(shù)字化制造也可以看作為建立在信息物理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把設(shè)備實(shí)體、生產(chǎn)資源、流程、系統(tǒng)和人員連接起來，通過全面信息化轉(zhuǎn)型，以數(shù)據(jù)分析生成可執(zhí)行(actionable)的信息，優(yōu)化制造過程，實(shí)現(xiàn)智能工廠和新的制造生態(tài)系統(tǒng)。
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智能制造的三鏈模型：制造流程信息化
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作為對制造流程信息化討論的背景，本文給出了智能制造的三鏈模型，也是對制造業(yè)管理流程的數(shù)字化提出的三鏈模型。
盡管不同的制造細(xì)分行業(yè)，同一細(xì)分行業(yè)不同的企業(yè)，這些流程會有差異，作為一個(gè)概括，可以把重要的流程分為三大鏈：第一鏈，垂直的，是以ERP為首的價(jià)值鏈；第二鏈，水平的，是以PLM為主的知識產(chǎn)權(quán)鏈；第三鏈，也是垂直的，是資產(chǎn)鏈。
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?圖2 智能制造的三鏈模型
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智能制造的第一鏈，價(jià)值鏈。
價(jià)值鏈，是回答生產(chǎn)什么、在什么時(shí)候生產(chǎn)、生產(chǎn)多少的問題，包括了從產(chǎn)品訂單，到生產(chǎn)計(jì)劃、材料與供應(yīng)、制造、交付與分銷、及更后的客戶支持的整個(gè)業(yè)務(wù)管理流程，關(guān)注如何優(yōu)化這些環(huán)節(jié)，為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值。
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管理流程要解決的問題，除了保證成本、效率、質(zhì)量這些傳統(tǒng)生產(chǎn)要素能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)之外，還必須縮短交付周期、提高資源效率、和保障可持續(xù)性，實(shí)現(xiàn)多品種、小批量柔性制造，快速響應(yīng)市場需求的變化。
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對大型或高價(jià)值裝備的制造商，在這個(gè)價(jià)值鏈的下游，有這樣的一個(gè)機(jī)會，即如何利用企業(yè)對產(chǎn)品內(nèi)部技術(shù)的深度把握，采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，在預(yù)測性維護(hù)和資產(chǎn)績效管理方面，為客戶提供增值服務(wù)，不僅為企業(yè)創(chuàng)造新的營收來源，也為企業(yè)的業(yè)務(wù)模式提升轉(zhuǎn)型，從單一的產(chǎn)品銷售模式向服務(wù)型模式、甚至成效型模式過渡提供了一個(gè)良好的機(jī)遇。
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這個(gè)流程中，我們不僅需要繼續(xù)將依賴于報(bào)表式的手工管理方式提升為完全數(shù)字化的過程（至少對部分企業(yè)而言），而且還要關(guān)注如何把所有的環(huán)節(jié)無縫整合，自動交互，動態(tài)地響應(yīng)客戶和市場的需求。
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第二鏈，是以PLM為主的知識產(chǎn)權(quán)鏈
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第二鏈，是回答怎樣生產(chǎn)的問題，關(guān)注如何優(yōu)化從產(chǎn)品設(shè)計(jì)，到流程規(guī)劃、生產(chǎn)工程、和制造的創(chuàng)新管理流程，如何在越來越短的周期里推出更多樣的、更為高新和尖端的產(chǎn)品。
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位于價(jià)值鏈與知識產(chǎn)權(quán)鏈交叉點(diǎn)的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），是將知識產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)為業(yè)務(wù)價(jià)值的樞紐，它管理的對象是作為制造業(yè)企業(yè)資產(chǎn)的核心的生產(chǎn)能力和資源，對實(shí)現(xiàn)企業(yè)價(jià)值起著舉足輕重的作用。MES在生產(chǎn)現(xiàn)場統(tǒng)籌管理生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行、設(shè)備使用的績效、產(chǎn)品質(zhì)量的保證、生產(chǎn)過程的追溯、工人的排班和激勵等多個(gè)方面。它所關(guān)注的是在車間的場景里如何對生產(chǎn)人員、設(shè)備、物料、能源的生產(chǎn)要素，實(shí)現(xiàn)動態(tài)的、精準(zhǔn)的、優(yōu)化的配置和調(diào)度，高績效、高質(zhì)量、低成本地完成生產(chǎn)任務(wù)。由于其管理對象包括實(shí)體生產(chǎn)資源，MES與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在多個(gè)應(yīng)用方面相關(guān)性更直接，將與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施相互配合，相互增強(qiáng)。
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智能制造第三鏈，是資產(chǎn)鏈。
主要關(guān)注在裝備部署和投產(chǎn)后，如何優(yōu)化其運(yùn)營和維護(hù)，以更低的成本，產(chǎn)生更佳的成效。
這也是在制造業(yè)外，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的重要場景，如上文提到的風(fēng)力發(fā)電機(jī)、采油設(shè)備等等。（當(dāng)然，對于設(shè)備組件制造商，交付的下游是其它的制造商，而不是裝備運(yùn)營商。）
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數(shù)字主線
與數(shù)字化雙胞胎
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正如價(jià)值鏈一樣，知識產(chǎn)權(quán)鏈各環(huán)節(jié)之間也需要無縫整合，讓數(shù)據(jù)按需要在產(chǎn)品生命周期的過程中暢通地流動，從設(shè)計(jì)，到制造，到運(yùn)維，甚至一直到退役報(bào)廢回收。簡單地說，數(shù)字主線（digital thread）就是這樣一個(gè)使能數(shù)據(jù)流動的連接和融合框架。如在離散制造的MBE過程中，實(shí)現(xiàn)完全基于三維的設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證、工藝設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)維的產(chǎn)品全生命周期管理，避免傳統(tǒng)過程中把三維的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成二維的工藝，然后再去制造三維的產(chǎn)品這種在中間環(huán)節(jié)之間繁瑣和不可靠的轉(zhuǎn)換。
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在數(shù)字主線各個(gè)環(huán)節(jié)中所收集有關(guān)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，如設(shè)計(jì)規(guī)格、描述其幾何形狀、材料、組件和行為的工程模型、仿真驗(yàn)證結(jié)果、工藝規(guī)程、每一個(gè)產(chǎn)品實(shí)體在制造過程中獨(dú)有的人、機(jī)、料、法，質(zhì)量檢驗(yàn)等數(shù)據(jù)、還有部署調(diào)試、使用和維護(hù)的數(shù)據(jù)等，構(gòu)成了產(chǎn)品實(shí)體的在數(shù)字模型，也就是通常所說的數(shù)字孿生，或數(shù)字化雙胞胎。
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這個(gè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，不僅僅是一個(gè)靜態(tài)的模型，它反映了每個(gè)產(chǎn)品，或裝備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，使用和維護(hù)的完整歷史。利用每一個(gè)產(chǎn)品數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)模型，可以在其生命周期內(nèi)通過仿真，更有效地評估其當(dāng)前和未來的性能。這不僅對預(yù)測性維護(hù)和優(yōu)化運(yùn)營績效，而且對根據(jù)產(chǎn)品使用的數(shù)據(jù)來改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝都具有十分重要的價(jià)值。
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圖3 數(shù)字主線
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整合產(chǎn)品生命周期功能環(huán)節(jié), 集成數(shù)據(jù), 建立產(chǎn)品數(shù)字模型（數(shù)字化雙胞胎）
另外，數(shù)字化雙胞胎能夠提供對產(chǎn)品質(zhì)量有效的追溯，特別是當(dāng)產(chǎn)品因質(zhì)量問題需要召回時(shí)，能追溯到影響每一個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量具體因素，因而可以精確的決定召回的范圍，減小召回的成本。
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作為支撐世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的無縫融合也將促使制造企業(yè)的生產(chǎn)力和生產(chǎn)水平得到進(jìn)一步提升，這是制造業(yè)革命的關(guān)鍵所在，與此同時(shí)，引入互聯(lián)網(wǎng)及數(shù)字化技術(shù)，對“中國制造2025”、工業(yè)4.0的重大戰(zhàn)略執(zhí)行也有更多助力。7月在北京舉行的2016西門子工業(yè)論壇，再次引發(fā)“中國制造2025”的討論熱潮。
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全球知名的工業(yè)自動化公司西門子，通過基于“數(shù)字化雙胞胎”的數(shù)字化企業(yè)解決方案、工業(yè)云等技術(shù)，使得現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界緊密融合，在“中國制造2025”、工業(yè)4.0的關(guān)鍵戰(zhàn)略上迸發(fā)出更強(qiáng)的實(shí)力，幫助中國制造業(yè)提升競爭力。由此，更具現(xiàn)代化氣息的數(shù)字化工業(yè)躍然而出，更有活力和效率的數(shù)字化工廠點(diǎn)亮視界。
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主要的制造業(yè)管理流程，也就是智能制造的三鏈，不僅在每一流程內(nèi)部的各個(gè)環(huán)節(jié)需要無縫連接融合，不同流程之間也將更緊密地交叉連通融合。
如MES作為交叉樞紐，把作為價(jià)值鏈業(yè)務(wù)管理流程和作為知識產(chǎn)權(quán)鏈的創(chuàng)新管理流程融合在一起。而數(shù)字主線則不僅把知識產(chǎn)權(quán)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)打通，而且連貫價(jià)值鏈和資產(chǎn)鏈的環(huán)節(jié)，全面收集產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)維數(shù)據(jù)，建立產(chǎn)品的數(shù)據(jù)孿生模型。要實(shí)現(xiàn)這些全面性的互聯(lián)互通，信息互流互用，僅僅依賴于目前現(xiàn)有的工業(yè)軟件的架構(gòu)，通過多個(gè)環(huán)節(jié)點(diǎn)到點(diǎn)的相互連接整合，不僅工作量大，而且會相當(dāng)脆弱，難以滿足各流程的全面化的互聯(lián)互通。
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數(shù)據(jù)顯示，在新產(chǎn)品上市比例、設(shè)備生產(chǎn)效率、產(chǎn)品交付能力及營運(yùn)利潤率等多個(gè)方面，數(shù)字化企業(yè)的指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造企業(yè)，數(shù)字化為中國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了一條切實(shí)可行的路徑。因此，一個(gè)新的系統(tǒng)化的、在架構(gòu)的層次上的解決方案可以說是勢在必行。