装备制造企业数字化转型应用支撑平台框架.docx

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1、装备制造企业数字化转型应用支撑平台框架1企业数字化转型概念与框架1.1 企业数字化转型概念企业数字化转型是从以物理空间为运行载体的企业运作模式向以物理空间与数字空间相融合为载体（即物理与数字空间融合载体）的数字化运作模式转变，基于物理与数字空间融合载体构建企业运行基本劳动力、物资、资金和信息要素，形成产品数字化研制、数字化科研生产管理和数字化企业经营管理等关键支撑体系，实现市场敏捷响应、生产精准有序和管理稳定高效的企业运行状态。图1装备制造企业的数字化转型运行模式装备制造企业的数字化转型运行模式如图1所示。传统的企业物理空间依然有效运作，而在企业数字空间将以数据和模型为基础，围绕产品数字化、产

2、品工程管理活动数字化、科研生产管理活动数字化及经营管理活动数字化等关键过程和活动的数字化，在企业数字空间建立支持产品规划论证、研发设计、生产制造、试验测试、服务保障，以及企业科研生产管理和经营管理活动的数字化运行环境。并逐步将企业运行的劳动力、资产、环境和资金等要素数字化，形成员工数字化、资产数字化、环境数字化、标准数字化和制度数字化等关键数字化要素，最终全面建立数字化企业生态。文献提出的流程与标准、模型与数据、工具链，以及人才队伍组成的数字化工程生态将是企业数字空间中产品工程的重要部分。1.2 企业数字化转型能力支撑框架依据对企业数字化转型的理解，可以认为企业数字化转型就是重构企业业务运行基

3、座和运行框架，建立适应企业数字化运作模式的运行要素，实现其模型化表达，构建其数字连续性能力体系。企业数字化转型能力支撑框架如图2所示。在企业数字化转型能力框架中包括对象数字化能力、企业数字连续性能力，在两大能力基础上，构建数据与模型驱动的企业数字化运营体系，支撑企业关键业务场景的运行，实现企业的数字化转型。nsait务应用数字化*及H标:树健数树。棺动的企*数字攸代体Ir技术强燃低4象故字化旎力皿设】：计R1Tnbi-1-聚jj*FT达0h图2企业数字化转型能力支撑框架1.2.1 企业运行关键要素对象的数字化企业运行关键要素对象的数字化就是利用软件定义对象，装备制造企业运行关键要素对象的数字化

4、如图3所示。图3中，DM、DS、DT分别为数字模型（DM）、数字镜像（DS）和数字李生（DT）o产品建隼:模手性型的系统活动建楂:基于结构化活要点建模:企业要京的产业伙伴建憔掂于产工程方法定义产跖动管理定义活动快索（人、财、物）建模与定义业健的生态伙伴虐模tft里讨理:产用的生命周流程针斗：流程全过程管机制模型:tn双机构管控、产业版定义:基数字伙期模型RF1PPMS管理理与省行供应班管控和快策模型伴的产业集定义管理IS也上扬3阳化!迎流程性化:上窗亍数运行优化:基卜数抠的组模型优化:基卜数据的产周期数据关联与遭窝据的流程动态优化织模型优化与决策业维优化与决饺支持图3装备制造企业运行关键要素对

5、象的数字化企业运行关键要素对象包括产品、过程、企业和产业链四类。其中，文献指出产品数字化和过程数字化是数字化工程生态的关键。产品数字化是通过产品建模、模型管理（覆盖产品全生命周期RF1PPMS,即产品的需求（R）、功能（F）、逻辑（1）、物理（P）、工艺（P）、制造（M）及服务（S）和数据关联与优化等手段，实现产品总体、分系统和单机等产品对象的模型化，形成符合产品工程需要的不同视角的产品模型，以支持模型驱动的产品创新研制。过程数字化采用活动建模、流程管理和流程优化技术，实现贯穿产品体系论证、产品设计、产品加工和交付运维等全生命周期技术活动的数字化，涵盖企业经营管理活动和科研生产管理活动的数字化

6、，支持流程驱动的柔性过程管理。企业数字化则通过企业要素建模、建立数字化组织机构管控、供应链管控和企业经营决策模型等关键经营管控模型，实现企业运行优化，支持基于数据驱动的企业数字化运营。产业链数字化则通过产业伙伴建模、产业链定义和模型优化，支持价值驱动的数字化产业链构建。关于对象的数字化能力水平，文献给出数字模型（DM）、数字镜像（DS）和数字挛生（DT）三个层次，本文将产品、过程、企业和产业链的数字化分别区分为DM、DS和DT三个层级。其中，数字模型（DM）仅建立物理对象的数字化描述和表达，物理对象和数字模型的信息交互为手工方式；数字镜像（DS）在数字模型基础上实现了模型从物理对象自动获取数据

7、，但是无法将信息反馈到物理对象；数字挛生（DT）则在数字镜像基础上，与物理对象实现双向自动化信息交互，达到虚实融合的一体化真实逼近。1.2.2 企业数字化运行的数字连续性数字连续性是基于文件连续体理论提出的，旨在解决文件连续体框架内的信息保管和利用能力问题，即数字连续性主要提供信息长久保存和在信息持续运动中的信息管理能力。业务连馋性产r程研制业务:产品全生命冏期I产生列消亡）经代件理业务:金像域（ff传/研制/经7）,可行性Ifcif与研发设计rwit生产造玷耀及河收jg管理丁设讦讦9总体没计工艺设计工艺仿口、生产找仿JX及装IKt（生产M造数字段型X多与曼1结构、电了、电磁、）悔同设计功能设

8、计多方案设计Y生产制造，装配装机BoMMfiW交付与运行-12*:奘机帙巾Si务梅里等1：2总力.案、生产战规刎及1：2协同设计PBOM二一一二搭二工程详嫡设计EBOMBMSMMHMKM数据连续性:连续、生定、可靠及可信图4业务与数据连续性示意图本文所指的企业数字连续性是指在数据驱动模式下，企业业务人员、企业部门、外部单位和外部伙伴在任何时候均可及时获取、使用一致版本的企业相关数据与模型，快速开展企业产品创新、价值创造和提质增效等活动的能力。企业数字连续性包括业务连续性、数据连续性和技术连续性。其中，业务与数据连续性示意图如图4所示。图4中，EBOM为工程设计物料清单（EBOM）,PBOM为工

9、艺规划物料清单（PBOM）0业务连续性、数据连续性和技术连续性描述如下。1）业务连续性业务连续性指数据与模型驱动的产品研制、科研管控和经营管理业务高效运行，保证业务人员在“无感方式下方便获取信息并处理业务，业务连续性分为产品工程研制业务连续性、科研生产管控连续性和经营管理业务连续性三类。其中，产品工程研制业务连续性指产品研发、设计、生产和交付等各业务环节基于可信、权威数据源，实现模型驱动的设计研发、生产制造和产品交付。科研生产管控连续性指企业围绕科研生产项目全要素管理要求，实时或准实时从工程产品研发系统、试验系统和生产系统获取数据，快速准确把控产品研制的计划、质量、风险及经费状态，实现产品研制

10、全级次、全过程精细化实时管控。经营管理业务连续性指在企业经营管理过程中将人、财、物等经营要素与产品和管控打通，实现从用户需求、产品生产和产品交付等业务环节及时获取工程、管理数据，保证企业价值主线的各业务环节有序运行。2）数据连续性数据连续性围绕企业创新链、价值链及资产链等多链数据的融合，形成企业全集数据的贯通能力，通过数据连续性实现企业全集数据的管理和贯通。在产品创新链维度形成覆盖产品需求（R）、功能（F）、逻辑（1）、物理（P）和工艺（P）设计的产品数据连续性。在企业价值链维度实现产品订单、生产计划、材料与供应、生产制造（M）、交付和服务保隙（S）数据的连续性。在资产链维度实现企业资产的设计

11、、构建、运营与维护等关键数据管理，保障企业级数据全链的连续、稳定、可靠、可信数据管理与使用，形成覆盖企业现有应用及未来创新应用的企业级数据“基座。3）技术连续性技术连续性解决企业多元技术与既有数字资产的融合与共享，为企业信息化设施和资产复用提供技术保障。企业数字化转型是在大量现有信息化应用成果和经验基础上向数字化、网络化及智能化高阶形态发展的过程，需要解决大量异构、多元数字资产和成果的复用性。技术连续性充分利用新一代信息化技术，建立开放、可扩展的技术协同能力。技术连续性包括架构及技术能力要求、业务及运行标准规范要求。其中，架构及技术能力要求包括企业架构规范、技术选型规范、技术接口规范、工具及产

12、品选型规范等要求，通过架构、技术、接口以及相应的管理规范要求，实现异构技术产品、异构技术应用的继承、集成、融合和协同，保障系统具有良好的开放性和可持续发展能力。2企业数字化转型应用支撑平台及解决方案2.1 企业数字化转型应用支撑平台框架为支持企业数字能力体系的落地，本文提出企业数字化转型应用支撑平台架构，如图5所示。企业数字化转型应用支撑平台架构设置基础设施及数字化应用基础、企业级业务建模与集成应用平台、企业级数据与模型管理服务、企业业务领域应用服务和个性化工程与管理应用门户5层结构。图5中，HPC为高性能计算机机群，CAX为CAD、CAM和CAE等技术的总称，EDA为电子设计自动化。图5企业

13、数字化转型应用支撑平台架构基础设施及数字化应用基础包括4类基础条件保障，即网络环境、设备与设施、基础数据和应用软件及系统。企业级业务建模与集成应用平台基于开放性集成技术与集成框架，提供企业建模系统、产品建模系统、过程建模系统、对象可视化系统、异构应用适配与接口、各类标准规范适配器及低代码开发系统等，是实现产品数字化定义、过程数字化定义、企业数字化定义和产业链数字化定义的关键组成部分。其中对象的数字化定义可参考文献采用的元数据、数据和模型三要素结合方式来实现。企业级数据与模型管理服务包括：1）元数据、主数据管理服务；2）企业级全集数据（盖产品、企业和过程等，如计划数据、质量数据、人员数据及供应链

14、数据等）和模型（如需求模型、功能模型、产品模型和制造模型等）服务；3）对外提供的数据和模型服务接口，即数据连续性管理服务（如数据技术状态管理、跨模型关联、跨模型查询和跨模型追溯等服务）。企业业务领域应用服务包括三类主要服务，一类是产品全生命周期业务服务（包括数据驱动的设计仿真、模型驱动的生产制造、模型驱动的试验验证和虚实融合的交付保障服务）；另一类是数据驱动的企业生产管控与经营管理应用服务（如项目管理、质量管理、资产管理、供应链管理、资源管理和风险管理等）；第三类是基于流程与规则的企业级业务协同服务。个性化工程与管理应用门户包括面向产品工程师的工作台和面向企业经营管理人员的驾驶舱两类，面向产品

15、工程师的工作台为产品体系论证、结构设计、仿真分析、试验验证、生产制造及交付保障等专业业务人员提供服务；驾驶舱为企业经营管理人员提供服务。2.2 产品数字化应用解决方案利用模型化、特征化和参数化等技术手段，完成产品的数字产品定义。在产品设计阶段采用数字化产品定义（DPD）和数字样机（DMU）技术定义产品，最终形成产品数字模型（DM）0数字模型（DM）成为设计阶段产品的主要表现形态，且随着产品实物的发展，逐渐产生了数字镜像（DS）和数字挛生（DT）,不同类型的产品数字化对象在产品全生命周期业务活动中通过与实物产品、外界测试设备和环境等客观条件发生信息交互，实现虚实融合的产品验证与运维。基于企业数字化转型应用支撑平台，在文献提出的产品数字空间基础上，进一步考虑技术连续性、业务连续性和数据连续性支持能力，以及产品研制的跨地域、跨单位和跨法人主体联合研制条件下的客观需求，本文构建出图6所示的产品数字化应用解决方案。在图6所示方案中设计了基于云原生技术的软件引擎与应用运行环境、产品数据与模型管理体系、企业级产品数字化协同平台、产品全生命周期工具链，以及全生命周期业务应用与企业科研生产管理五层次方案框架。产品数据与模型管理体系提供产品谱系管理、需求数据管理、架构数