劉效禹
摘 要：介紹了當前工程公司引入數字化工廠概念之後，設計質量和項目管理水平上的提高。詳細介紹了數字化工廠的定義、目的和作用。同時通過對數字化工廠構架的介紹，重點說明了其運作模式和搭建流程。最後通過分析國內數字化工廠的應用現狀，給出搭建數字化工廠構架的建議和將來的工作方向。
關 鍵 詞：數字化工廠;項目管理;協同設計;全生命周期
中圖分類號：TN915 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2019）09-2173-04
Abstract： The improvement and deepening of the design quality and project management level after the introduction of the concept of digital factory in the current engineering company were introduced， and the definition， purpose and function of the digital factory were also introduced in detail. At the same time， through the introduction of the digital factory architecture， the operation mode and construction process were discussed. Finally， by analyzing the application status of domestic digital factory， the suggestions and future work direction of building digital factory framework were put forward.
Key words： Digital factory; Project management; Collaborative design; Life cycle
隨著時代的發展，對於工程項目的要求越來越高，傳統工程公司的工作模式受到了巨大的挑戰。先進的設計技術、全面的管理水平已經成為制約工程公司快速發展的重要因素。隨著工程公司項目管理水平的提高，計算機信息化的發展與推廣以及工程公司對項目精細化管理的需求的增加，數字化工廠概念被越來越多的工程公司所接受，並逐步應用到實際管理當中。對於工程公司而言，數字化工廠不僅僅是一種給客戶的最終交付物，更加重要的是，數字化工廠是一種全新的項目管理模式與理念，即是對項目數據、信息的全生命周期下的一體化集成管理。數字化工廠管理模式的運用，不僅能將階段性的決策、建設、改造階段的工廠信息串聯起來，而且在工廠建設階段，能起到縮短建設周期，節約建設投資的重要作用。數字化工廠對於工程公司以及工廠所有者（即業主）有著不同的意義與作用，本文主要針對其對工程公司的作用為對象展開。
1 數字化工廠[1]
1.1 數字化工廠的定義
工廠的生命周期即是從工廠建廠前的決策與準備階段至工廠報廢或關閉的整個時間段，可以大致分為如下階段：最初制定計劃→可行性研究→項目批准→招投標→初步設計→詳細設計→現場施工→竣工驗收→開車試運行→投產→工廠運行維護→資產管理→資產報廢→工廠關閉。
數字化工廠，廣義上指以產品全生命周期的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，並進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。對於工程公司而言，數字化工廠即是以軟體為依託，為工廠建立一個全面的電子化數據倉庫平台，資料庫全面涵蓋了工廠設計、改造、更新等各個階段，能夠在整個工程從工程設計開始到工廠退役之間的過程中，有效的管理工廠[2]。
1.2 數字化工廠的優點
項目控制是對工程項目進行科學管理的重要手段，而數字化工廠則為項目控制提供了一種行之有效的運行模式，即以軟體為依託，將項目管理轉為對數據以及信息的管理，將工作程序轉為軟體規則驅動下的工作流程，以達到對整個項目的控制。較比傳統的項目管理及運行模式，數字化工廠有著以下優點：
（1）涵蓋了工廠整個生命周期的數據信息（從決策到設計、施工、改造），對所有數據進行一體化集成管理，是工廠重要的信息資產。
（2）工程信息的有效性、完整性、準確性、可溯性。
（3）有效管理工廠各階段信息，從而降低工程費用、提高質量和可靠性、縮短項目周期、解決工廠整個生命周期中的安全和環境問題。
1.3 數字化工廠的構架
數字化工廠的數據主體分為兩個部分，一部分是工廠本身的設計技術數據（即各專業的設計圖紙、文表、計算書以及設計過程中各個專業之間的委託等），另一部分則是過程中產生的大量的文檔信息（設計協議、客戶提供的文件、項目計劃書等各類相關文檔文件）。
1.3.1 設計技術數據構架
如果把數字化工廠單純的理解為設計文件的電子版交付，這樣的想法是不正確的，數字化工廠的構架是建立在一體化協同設計的基礎上，具體就是各專業協同下的三維設計。下面將以Intergraph（鷹圖）公司的軟體產品為例，簡述三維協同設計構架的建立及工作流程（這裡選取Intergraph公司的產品是因為Intergraph是目前國際上比較先進的工程設計及管理解決方案提供商，並且國內外許多工程公司都在使用其產品，使用範圍比較廣泛，有普遍性。）
三維協同設計是以三維設計軟體為基礎，串聯使用其進行設計的所有相關專業以及部分不使用三維軟體進行設計，但是與其有數據流交換的相關專業，達到各專業在同一平台下進行設計與數據交換的設計模式。這裡需要說明的是，三維軟體的主要使用專業是管道專業、儲運專業、給排水專業，這三個專業建模的同時也是設計的過程，並且最後應用軟體輸出相應的設計文件。結構專業、自控專業、電氣等專業在三維協同設計概念下也需要在三維環境建模，但現階段由於受軟體功能以及使用深度的限制，依然是以二維設計為主，對軟體應用較好的公司可以做到使用所建立的三維模型輸出部分設計文件，如結構的節點圖、儀表、電氣的電纜量等。工藝專業是上游專業，在協同設計平台下，為保證設計數據的一致性，其他相關專業的設計數據都直接來源於工藝專業（這裡主要指管道專業和自控專業）。材控及採購專業是設計的下游環節，數據輸入為其他所有專業設計文件中的材料及設備部分，這裡管道專業、自控專業、電氣專業的設計數據可以通過自身設計軟體通過平台直接輸入至材控專業進行管理。這樣，就通過數據流的連接關係構成了三維協同設計的基本構架，如圖1所示。
以SmartPlant Foundation為數據連接及管理平台，構建協同設計的構架，即數字化工廠的設計技術數據構架[3，4]。
1.3.2 文檔信息數據構架
數字化工廠文檔信息的管理同樣以SmartPlant Foundation為數據連接及管理平台。區別於傳統的檔案式的管理，數字化工廠的管理模式是以資料庫為基礎，可以做到文檔與文檔之間的關聯以及文檔與設計數據之間的關聯。例如：某項目P&ID圖選中某一設備（10LAA10AC001除氧器），然後可以瀏覽此設備所在的3D模型、相關文檔等，如圖2。同時還可以做到文檔與工作流的結合，例如審批管理，如圖3。
通過設計技術數據構架與文檔信息數據構架相結合，最終建立數字化工廠的整體構架。這也是現在絕大多數工程公司在數字化工廠領域的最終目標。
2 國內數字化工廠的應用現狀
數字化工廠概念在國際工程公司領域應用較為廣泛，但因為國內工程公司引入較晚，並且開發力及使用程度各有差別，導致國內工程公司對數字化工廠的應用有較大差異，大致可分為以下三個級別：
一級：
對於數字化工廠僅僅是概念性的引入，無整體構架或部分構架，僅將其當作最終的電子版交付物。
獨立使用三維設計軟體，其他專業仍然使用傳統的二維設計流程，專業間的數據傳遞仍以傳統的委託形式達到。
無統一的數據信息連接及管理平台，無法達到對工廠數據的全生命周期管理。
無材料代碼體系，工廠數據中材料控制流程無法實現[5]。（註：這裡特意提到材料代碼體系是因為材料控制是對於工程公司來說非常重要的環節，也是數字化工廠管理流程中的重要組成部分。）
二級：
能正確看待數字化工廠概念，有部分工廠構架。
有較為完整的材料代碼體系。
除三維設計軟體外，使用構架內部分二維設計軟體，能達到某些專業間的數據流傳遞。比較常見的是通過材料代碼體系建立材料專業與三維模型，三維模型與材控專業之間的聯繫，打通材料控制的重要流程。
雖打通部分流程，但依然沒有統一的數據信息連接及管理平台，無法達到對工廠數據的全生命周期管理。
三級：
有較為完整的數字化工廠構架。
有較為完整的材料代碼體系。
從上游工藝專業開始，能做到各專業間的數據流傳遞，並且通過軟體的規則驅使，保證有效數據的唯一性與一致性。
數據信息通過統一的平台進行管理，做到對工廠信息的全生命周期管理。
現在大多數國內的工程公司暫時還處於一級與二級的使用階段，數字化工廠構架並不完善或嚴重缺失，為了促進國內工程公司的國際化，使其能夠與國際同行同台共舞，搭建完整的數字化工廠構架並且應用到實際的項目管理與操作當中應是各工程公司應該考慮的問題。
3 搭建數字化工廠構架的建議
數字化工廠構架的搭建任重而道遠，需要做好長期的籌劃與策劃，而且需要項目的檢驗從而不斷的完善，最終形成適合自己公司的工作流程與構架體系。在此給出幾點本人對於搭建數字化工廠構架的建議：
（1）首先需要建立一個良好穩定的，有能力的開發小組
一個強有力的小組領導者。開發小組的領導者需要對國內外數字化工廠領域有所了解，並且能夠制定公司在這方面未來的藍圖及發展方向，關鍵時刻能頂住壓力做出決策;
一個由信息、設計、材控等專業為核心，以計劃進度、費控、文檔、財務等專業為輔助成員的開發應用組織;
（2）需要充分合理的利用外部有效資源，避免閉門造車
利用好軟體廠商技術人員的技術支持與前瞻引導;
選擇有較豐富技術方案和經驗的諮詢實施服務商，充分利用服務商的優良資源。以很少的人力與財力的投入，縮短開發應用周期;
（3）做好籌劃與策劃
搭建好具有長期性和穩定性的構架，是取得成功和效果的基礎，制定分階段目標，逐步抓落實是取得成功和效果的關鍵;
依據公司戰略和核心業務，充分研究並參考國內外同行的經驗和構架，建立自己的構架和運作模式;
籌劃和搭建構架的實施階段，不能急於求成，更不能跟風總是改變計劃，達不到長期指導的效果，如同造船一樣，只有骨架搭的牢固，船才能結實;
階段性的落實分階段目標，一步一個腳印。同時要有一定的心裡準備，數字化工廠構架的建立意味著一定程度上的變革，設計理念的變革、設計程序的變革、專業分工的變革等等，凡是變革就會遇到阻力，技術人員需要時間來認識和轉變觀念，要做好在壓力下工作和在壓力下決策的準備。
4 結束語
近幾年，數字化工廠概念的引入在工程公司領域引起了一定的變革，在借鑑國外同行先進經驗的基礎上也豐富了自己的管理方法和手段，並且一定程度上達到了提高設計質量、縮短建設周期、節省項目投資的目的。但是在實際的運作流程與設計理念上和國外工程公司還有著明顯差距。所以，在今後幾年裡，還需要在現有的基礎上重視數字化工廠構架的搭建，完善自己的體系與工作流程，努力實現項目設計與管理的優質化、集成化。
參考文獻：
[1] 肖龍. 淺談油氣地面建設工程數字化交付[J]. 化工管理， 2018（36）： 218-219.
[2] 樊軍鋒. 智能工廠數字化交付初探[J]. 石油化工自動化， 2017，53 （03）： 15-17.
[3] 余勤鋒. 石化工程企業設計集成系統的構建[J]. 現代化工， 2015，35 （08）： 6-10.
[4] 李其銳. 基於設計集成系統海洋平台項目復用及模塊化設計的應用[J]. 中國勘察設計， 2013 （09）： 97-100.
[5] 顏毅. 材料代碼在工程項目中的應用[J]. 油氣田地面工程， 2011， 30 （09）： 84.
摘 要：介紹了當前工程公司引入數字化工廠概念之後，設計質量和項目管理水平上的提高。詳細介紹了數字化工廠的定義、目的和作用。同時通過對數字化工廠構架的介紹，重點說明了其運作模式和搭建流程。最後通過分析國內數字化工廠的應用現狀，給出搭建數字化工廠構架的建議和將來的工作方向。
關 鍵 詞：數字化工廠;項目管理;協同設計;全生命周期
中圖分類號：TN915 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2019）09-2173-04
Abstract： The improvement and deepening of the design quality and project management level after the introduction of the concept of digital factory in the current engineering company were introduced， and the definition， purpose and function of the digital factory were also introduced in detail. At the same time， through the introduction of the digital factory architecture， the operation mode and construction process were discussed. Finally， by analyzing the application status of domestic digital factory， the suggestions and future work direction of building digital factory framework were put forward.
Key words： Digital factory; Project management; Collaborative design; Life cycle
隨著時代的發展，對於工程項目的要求越來越高，傳統工程公司的工作模式受到了巨大的挑戰。先進的設計技術、全面的管理水平已經成為制約工程公司快速發展的重要因素。隨著工程公司項目管理水平的提高，計算機信息化的發展與推廣以及工程公司對項目精細化管理的需求的增加，數字化工廠概念被越來越多的工程公司所接受，並逐步應用到實際管理當中。對於工程公司而言，數字化工廠不僅僅是一種給客戶的最終交付物，更加重要的是，數字化工廠是一種全新的項目管理模式與理念，即是對項目數據、信息的全生命周期下的一體化集成管理。數字化工廠管理模式的運用，不僅能將階段性的決策、建設、改造階段的工廠信息串聯起來，而且在工廠建設階段，能起到縮短建設周期，節約建設投資的重要作用。數字化工廠對於工程公司以及工廠所有者（即業主）有著不同的意義與作用，本文主要針對其對工程公司的作用為對象展開。
1 數字化工廠[1]
1.1 數字化工廠的定義
工廠的生命周期即是從工廠建廠前的決策與準備階段至工廠報廢或關閉的整個時間段，可以大致分為如下階段：最初制定計劃→可行性研究→項目批准→招投標→初步設計→詳細設計→現場施工→竣工驗收→開車試運行→投產→工廠運行維護→資產管理→資產報廢→工廠關閉。
數字化工廠，廣義上指以產品全生命周期的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，並進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。對於工程公司而言，數字化工廠即是以軟體為依託，為工廠建立一個全面的電子化數據倉庫平台，資料庫全面涵蓋了工廠設計、改造、更新等各個階段，能夠在整個工程從工程設計開始到工廠退役之間的過程中，有效的管理工廠[2]。
1.2 數字化工廠的優點
項目控制是對工程項目進行科學管理的重要手段，而數字化工廠則為項目控制提供了一種行之有效的運行模式，即以軟體為依託，將項目管理轉為對數據以及信息的管理，將工作程序轉為軟體規則驅動下的工作流程，以達到對整個項目的控制。較比傳統的項目管理及運行模式，數字化工廠有著以下優點：
（1）涵蓋了工廠整個生命周期的數據信息（從決策到設計、施工、改造），對所有數據進行一體化集成管理，是工廠重要的信息資產。
（2）工程信息的有效性、完整性、準確性、可溯性。
（3）有效管理工廠各階段信息，從而降低工程費用、提高質量和可靠性、縮短項目周期、解決工廠整個生命周期中的安全和環境問題。
1.3 數字化工廠的構架
數字化工廠的數據主體分為兩個部分，一部分是工廠本身的設計技術數據（即各專業的設計圖紙、文表、計算書以及設計過程中各個專業之間的委託等），另一部分則是過程中產生的大量的文檔信息（設計協議、客戶提供的文件、項目計劃書等各類相關文檔文件）。
1.3.1 設計技術數據構架
如果把數字化工廠單純的理解為設計文件的電子版交付，這樣的想法是不正確的，數字化工廠的構架是建立在一體化協同設計的基礎上，具體就是各專業協同下的三維設計。下面將以Intergraph（鷹圖）公司的軟體產品為例，簡述三維協同設計構架的建立及工作流程（這裡選取Intergraph公司的產品是因為Intergraph是目前國際上比較先進的工程設計及管理解決方案提供商，並且國內外許多工程公司都在使用其產品，使用範圍比較廣泛，有普遍性。）
三維協同設計是以三維設計軟體為基礎，串聯使用其進行設計的所有相關專業以及部分不使用三維軟體進行設計，但是與其有數據流交換的相關專業，達到各專業在同一平台下進行設計與數據交換的設計模式。這裡需要說明的是，三維軟體的主要使用專業是管道專業、儲運專業、給排水專業，這三個專業建模的同時也是設計的過程，並且最後應用軟體輸出相應的設計文件。結構專業、自控專業、電氣等專業在三維協同設計概念下也需要在三維環境建模，但現階段由於受軟體功能以及使用深度的限制，依然是以二維設計為主，對軟體應用較好的公司可以做到使用所建立的三維模型輸出部分設計文件，如結構的節點圖、儀表、電氣的電纜量等。工藝專業是上游專業，在協同設計平台下，為保證設計數據的一致性，其他相關專業的設計數據都直接來源於工藝專業（這裡主要指管道專業和自控專業）。材控及採購專業是設計的下游環節，數據輸入為其他所有專業設計文件中的材料及設備部分，這裡管道專業、自控專業、電氣專業的設計數據可以通過自身設計軟體通過平台直接輸入至材控專業進行管理。這樣，就通過數據流的連接關係構成了三維協同設計的基本構架，如圖1所示。
以SmartPlant Foundation為數據連接及管理平台，構建協同設計的構架，即數字化工廠的設計技術數據構架[3，4]。
1.3.2 文檔信息數據構架
數字化工廠文檔信息的管理同樣以SmartPlant Foundation為數據連接及管理平台。區別於傳統的檔案式的管理，數字化工廠的管理模式是以資料庫為基礎，可以做到文檔與文檔之間的關聯以及文檔與設計數據之間的關聯。例如：某項目P&ID圖選中某一設備（10LAA10AC001除氧器），然後可以瀏覽此設備所在的3D模型、相關文檔等，如圖2。同時還可以做到文檔與工作流的結合，例如審批管理，如圖3。
通過設計技術數據構架與文檔信息數據構架相結合，最終建立數字化工廠的整體構架。這也是現在絕大多數工程公司在數字化工廠領域的最終目標。
2 國內數字化工廠的應用現狀
數字化工廠概念在國際工程公司領域應用較為廣泛，但因為國內工程公司引入較晚，並且開發力及使用程度各有差別，導致國內工程公司對數字化工廠的應用有較大差異，大致可分為以下三個級別：
一級：
對於數字化工廠僅僅是概念性的引入，無整體構架或部分構架，僅將其當作最終的電子版交付物。
獨立使用三維設計軟體，其他專業仍然使用傳統的二維設計流程，專業間的數據傳遞仍以傳統的委託形式達到。
無統一的數據信息連接及管理平台，無法達到對工廠數據的全生命周期管理。
無材料代碼體系，工廠數據中材料控制流程無法實現[5]。（註：這裡特意提到材料代碼體系是因為材料控制是對於工程公司來說非常重要的環節，也是數字化工廠管理流程中的重要組成部分。）
二級：
能正確看待數字化工廠概念，有部分工廠構架。
有較為完整的材料代碼體系。
除三維設計軟體外，使用構架內部分二維設計軟體，能達到某些專業間的數據流傳遞。比較常見的是通過材料代碼體系建立材料專業與三維模型，三維模型與材控專業之間的聯繫，打通材料控制的重要流程。
雖打通部分流程，但依然沒有統一的數據信息連接及管理平台，無法達到對工廠數據的全生命周期管理。
三級：
有較為完整的數字化工廠構架。
有較為完整的材料代碼體系。
從上游工藝專業開始，能做到各專業間的數據流傳遞，並且通過軟體的規則驅使，保證有效數據的唯一性與一致性。
數據信息通過統一的平台進行管理，做到對工廠信息的全生命周期管理。
現在大多數國內的工程公司暫時還處於一級與二級的使用階段，數字化工廠構架並不完善或嚴重缺失，為了促進國內工程公司的國際化，使其能夠與國際同行同台共舞，搭建完整的數字化工廠構架並且應用到實際的項目管理與操作當中應是各工程公司應該考慮的問題。
3 搭建數字化工廠構架的建議
數字化工廠構架的搭建任重而道遠，需要做好長期的籌劃與策劃，而且需要項目的檢驗從而不斷的完善，最終形成適合自己公司的工作流程與構架體系。在此給出幾點本人對於搭建數字化工廠構架的建議：
（1）首先需要建立一個良好穩定的，有能力的開發小組
一個強有力的小組領導者。開發小組的領導者需要對國內外數字化工廠領域有所了解，並且能夠制定公司在這方面未來的藍圖及發展方向，關鍵時刻能頂住壓力做出決策;
一個由信息、設計、材控等專業為核心，以計劃進度、費控、文檔、財務等專業為輔助成員的開發應用組織;
（2）需要充分合理的利用外部有效資源，避免閉門造車
利用好軟體廠商技術人員的技術支持與前瞻引導;
選擇有較豐富技術方案和經驗的諮詢實施服務商，充分利用服務商的優良資源。以很少的人力與財力的投入，縮短開發應用周期;
（3）做好籌劃與策劃
搭建好具有長期性和穩定性的構架，是取得成功和效果的基礎，制定分階段目標，逐步抓落實是取得成功和效果的關鍵;
依據公司戰略和核心業務，充分研究並參考國內外同行的經驗和構架，建立自己的構架和運作模式;
籌劃和搭建構架的實施階段，不能急於求成，更不能跟風總是改變計劃，達不到長期指導的效果，如同造船一樣，只有骨架搭的牢固，船才能結實;
階段性的落實分階段目標，一步一個腳印。同時要有一定的心裡準備，數字化工廠構架的建立意味著一定程度上的變革，設計理念的變革、設計程序的變革、專業分工的變革等等，凡是變革就會遇到阻力，技術人員需要時間來認識和轉變觀念，要做好在壓力下工作和在壓力下決策的準備。
4 結束語
近幾年，數字化工廠概念的引入在工程公司領域引起了一定的變革，在借鑑國外同行先進經驗的基礎上也豐富了自己的管理方法和手段，並且一定程度上達到了提高設計質量、縮短建設周期、節省項目投資的目的。但是在實際的運作流程與設計理念上和國外工程公司還有著明顯差距。所以，在今後幾年裡，還需要在現有的基礎上重視數字化工廠構架的搭建，完善自己的體系與工作流程，努力實現項目設計與管理的優質化、集成化。
參考文獻：
[1] 肖龍. 淺談油氣地面建設工程數字化交付[J]. 化工管理， 2018（36）： 218-219.
[2] 樊軍鋒. 智能工廠數字化交付初探[J]. 石油化工自動化， 2017，53 （03）： 15-17.
[3] 余勤鋒. 石化工程企業設計集成系統的構建[J]. 現代化工， 2015，35 （08）： 6-10.
[4] 李其銳. 基於設計集成系統海洋平台項目復用及模塊化設計的應用[J]. 中國勘察設計， 2013 （09）： 97-100.
[5] 顏毅. 材料代碼在工程項目中的應用[J]. 油氣田地面工程， 2011， 30 （09）： 84.
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