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什么是数字化工厂?建设数字化工厂组装还是重构PLM、ERP、MES、WMS等系统?

2023-6-12 08:13

来源: 三界逆熵实验室 作者: 张见芬

数字化工厂驱使PLM、ERP、MES、WMS等系统解构和重构


通常认为,数字化工厂就是将PLM、ERP、MES、WMS业务系统组合并实现数据集成,然后结合物联网(IoT)、大数据、人工智能等技术,以及基于云计算、边缘计算等构建的数字化生产平台,实现生产过程的自动化、数字化和智能化。

但实际情况是否真的如此?在大规模批量生产的流程制造也许问题还不明显,但对于小批量、需要较高柔性和可定制性,以及对市场需求反应快的离散型制造就会有较大的问题。

传统的PLM、ERP、MES、WMS等系统,主要还是基于流程和管理的业务驱动模式。过去工厂缺少很多一线生产环节数据,或信息传递较原始,效率较低,而且ERP、CRM、MES等各种信息系统互相独立,存在很多数据孤岛。这些产品通常流程重且死板,适用性差,改造难;系统间多套主数据运营,仅面向企业内部经营管理,无外部资源整合的能力。

现在开始有一些公司通过新型的管理软件,对工厂的数据进行整合打通,并在此基础上提供更高效的信息传递、生产管理和协同,用以适应C2M和OTD。详见之前文章《从OTD到ATS,数字化重塑制造型企业尤其是面向终端消费市场的制造型企业》。

以C2M场景为例,如果用户在下单及提出定制化需求后,在这之后取消订单、修改订单、追加订单,或者修改了产品的属性。这些改变除了在产品数量有变化之外,还会涉及BOM、工艺、设备的变化,然后引起采购需求、生产主计划、生产计划、库存、成本、工序等一系列的变化。

这些变化会首先从PLM系统引发跟ERP、MES、WMS等系统交互,然后再是各系统的交互和协同,整个协同链路长,甚至存在链路有断点、信息孤岛和数据不一致的问题。

由于企业自身情况以及厂家各自擅长产品和领域的不同,PLM、ERP、MES、WMS等业务系统往往是在企业发展不同阶段,由不同厂家实施和搭建的,然后通过流程和管理来打通和协同,导致各系统间的关系是串行关系。

但实际上业务运行的实质是牵一发而动全身,他们之间是互为网状关系,但由于信息化时代数字技术还没发展起来,还不具备运行网状关系的条件和基础。当数字技术充分发展后,这个网状协同关系是可以很好地运作起来,并可事先通过数字孪生、仿真的技术手段在数字世界模拟和验证。

比如无论是PLM系统,还是ERP、MES、WMS系统,它们中某一个环节发生了变化,作为出发点均需要同时跟其它几个系统协同和交互。

就像在小水沟里丢一块石头后,石头激起的波纹会延着水沟的某个方向延伸,可以看成是串联的波动。水沟里的水基本上往一个方向波动,波动结束后水才会整体回流,只是力道减弱了。

如果往水塘中间丢一块石头,那么激起的波浪就会向四面八方扩散和迭代。池塘里的水在荡漾出去后,这个波动自触发以后就是连续的,看起来向外扩散又像是向内回流,已经分不清哪里是开始哪里是结束。水塘这种波浪扩散、延伸和迭代的模式和效果,类似端到端的实时计算和响应,才是数字化工厂和智能制造真正需要的。

以C2M为例,可能一开始用户需求的变化从PLM开始触发后,系统就开始不间断地运行。但当运行到某个环节,这个环境可能是PLM、也可能是ERP、MES、WMS甚至是DCS发现异常,然后从异常点开始往四面八方扩散和延伸。这个时候已经说不清谁是开始谁是结束,因为互为因果关系。

也就是说,当数字化、智能化工厂开始运行后,业务和数据角度看,已经不清楚谁来影响谁,因为它们是你中有我,我中有你,无始无终。就像平时谈论到底是先有鸡还是先有蛋,永远都说不清楚,其实也已经不重要了,因为任何事物开始的时候可能就是以终为始,然后结束的时候就是以终为始。

因此,对于C2M和柔性制造的数字化工厂,还需要对PLM、ERP、MES、WMS等系统进行解构和重构。

要解决数据孤岛、协同链路长、以及依赖串行流程控制这些问题,就需要这些业务系统的数据都要采集、存储到同一个统一的数据平台里(数据中台)。然后在此基础上解构原有的PLM、ERP、MES、WMS等业务,将共性、关联性和协同性很强的部分融合,原有独立性较强的核心的模块继续保留,同时也会增加一些新数字孪生、仿真验证等应用场景。从纵横向两个维度对原有的业务系统进行解构和重构,然后在低代码平台进行承载和落地(类似技术中台+业务中台)。

解构和重构等PLM、ERP、MES、WMS系统后,可以实现端到端的数据源统一,实现一体化敏捷运营、智能决策,精确排产、自适应生产管理,全域透明、智慧拉动式生产物流,进而提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量、提升客户满意度。

这种直接在数据中台上架构和实现业务系统功能的做法,可以看成是数据中台智能的延伸,类似直营店和加盟店的关系。“直营店”的数据直接通过低代码平台将数据存储到数据中台,“加盟店”是先将业务系统数据存储到自己的数据库,然后再将数据库的数据汇聚到数据中台。

也许数据中台的终极目的地就是所有的业务系统是直接架挂在数据中台之上,但那个时候也许已经不叫数据中台了,但是不管它叫什么其实不重要,它出现的时机和使命决定了它的任务和价值所在。

将PLM、ERP、MES、WMS系统解构和重构实施起来会有不小的难度,首先要充分考虑好架构,然后考虑到ERP的功能模块多且很复杂。但有难度并不代表不可行,比如可以用代码平台减少开发工作量,使用具备丰富ERP产品设计团队参与和主导。

结语

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