印刷智能工廠基礎軟件構成及相互協同

企業擁有一個“強健的體魄”可以提高競爭力，而建設智能工廠是企業“強身健體”的一種有效途徑。針對行業智能化發展不均衡的問題，本文分析了印刷智能工廠基礎軟件的構成以及如何相互協同提高效率。

北京悟略科技有限公司董事長兼總經理陳俊江

本輪印刷智能工廠建設背景與特點

當前，在外需和內需雙重萎縮的背景下，印刷行業呈現出訂單嚴重不足的局面。開工不足、產能過剩使得企業間競爭加劇，導致價格下跌。量價齊跌引發的后果就是企業收入下降，使得很多企業利潤下降甚至生存受到威脅，降低成本成為企業目前最為關注的問題之一。

在紙張價格大幅下滑的情況下，如何降低人工成本成為行業的關注點。印刷企一般都采取計件工資，訂單不足，工人的收入也就很難得到保證，導致行業人員流動性增大，生產人員的招聘和穩定性也成為企業管理者越來越頭痛的問題。

面對激烈的市場競爭，印刷企業在如此“內卷”的壓力背景下，如何“強身健體”顯然是非常重要的。企業擁有一個“強健的體魄”可以提高競爭力，而建設智能工廠是企業“強身健體”的一種有效途徑。

1. 本輪印刷智能工廠建設的核心是機器換人

企業是很現實的，眼前需要解決的問題是什么，投資就會流向相應的方向。如近幾年碼垛機器人在印刷企業生產上下料環節發展迅速，這主要是由于印刷企業生產設備本身的自動化、數字化程度比較高，同時由于印刷屬于離散式制造業，在各工序的上下料環節使用了大量人工，人從事著非常簡單的勞動，適合用機器做替代。AGV（自動搬運小車）和立體倉庫實現物料搬運和倉儲的去人化，是印刷行業當下建設智能工廠的另一個主題。而對于軟件的基本需求，其實是輔助上面提到的自動化，即通過軟件讓自動化更加自動化。

2. 軟件輔助自動化設備，要避免兩種極端

在建設智能工廠的過程中，軟件應用方面要避免走兩種極端。

一種是瘋狂上設備，對軟件毫不關注。如有一家印刷企業計劃用幾千萬元投資印刷設備和立體倉庫，其設計的智能工廠是如何完成AGV 自動搬運的？在機臺旁邊安排2 個庫位，每個庫位立 1 個桿子，通過在桿子上裝按鈕的方式人工控制 AGV 運行。機臺人員按哪個庫位的按鈕，AGV 就將物料配送到哪個庫位，完全靠人工硬性指揮 AGV 的搬運。這就是一種完全不考慮軟件的方式。經過溝通后，該企業最終確定將 ERP & MES 軟件和自動物流廠商的 WMS 做全面對接，通過軟件控制 AGV 實現自動搬運，效率顯著提升。

另一種極端現象是，企業以前不關注軟件的應用，但現在開始過度關注軟件了，如很多單體印刷企業非常關注數據中臺、工業互聯網等。事實上，除了多工廠多業態的集團化企業，絕大多數印刷企業暫時還用不上。造成這種現場的原因往往是與一些軟件廠商尤其是行業外的軟件廠商炒作概念有關。所中臺技術都與企業里有多少異構系統有關。比如企業里 ERP、MES 使用了北京悟略科技有限公司（以下簡稱“悟略科技”）的產品，財務使用了用友或金蝶的系統，還有單獨的 OA 系統，基于不同廠家的不同系統越多，異構系統就越多。我們可以想象，企業內部的數據中臺、業務中臺、技術中臺，背景幾乎全是由企業組織規模的復雜程度、業態的復雜程度以及異構系統的復雜程度帶來的。

智能工廠基礎軟件構成與相互協同

1. 一般智能工廠的架構

圖 1 GB/T 4064-2021 智能制造系統架構

當前，印刷行業智能化發展非常 不 均 衡。 圖 1 和 圖 2 所 示 為 標準定義下的智能工廠構架，對于這些內容國內有部分印刷企業已經研究通透，走在了行業前列。但業內的大多數企業，對此可能還只是初步了解。近年來，悟略科技也參與了數個印刷行業智能化相關標準的制定。

將圖 1 和圖 2 的智能工廠架構圖進行簡化就形成了圖 3 所示的智能工廠基本架構。可以看到最下面是設備層，包括碼垛機器人、AGV、立體倉庫等。跟這些設備打交道的軟件，主要是數據采集相關的軟件、控制 AGV 的軟件（RCS）和控制立體倉庫的軟件（WCS）等，往往都由硬件廠商來提供。再往上一層就是跟車間作業關系密切的軟件， 如 APS， 當 然 APS 也 不 僅 僅是在車間層面，我們所做的劃分并不是非常嚴謹；還有 MES、車間執行軟件（WIP）以及倉儲管理軟件（WMS），與 ERP 管理庫存不同，WMS 有非常強的執行屬性?？梢哉f，WMS 和 MES 其實更多的表現是其執行屬性更強。往上一層有 ERP、PLM（PDM）、CRM 和 SRM 等，我們稱之為業務計劃層，實際上我們也可以將其稱作工廠級軟件；再往上是數據中臺、業務中臺、BI（商業智能），可以對整個工廠軟件體系進行統一管理。

2. 基礎軟件各自職責及其之間的相互協同

圖 4 基礎軟件各自職責及其之間的相互協同

圖 4 呈現出了基礎軟件各自職責及其之間的相互協同，更重要的是簡要說明了軟件到底如何去指揮AGV、如何去對接立體倉庫。在工廠里，通過 ERP 打通數據鏈，利用針對產品工藝數據描述的PLM 或 PDM 系統，就能夠分解出生產任務的作業隊列；生產任務隊列通過 APS 進行排產，之后生成作業計劃交給 MES 執行；在執行的過程中，MES 會涉及到數據采集，如MES 加上上下料需求信號就會生成生產作業對物料的需求，需求信號如果交給在制品管理系統（WIP），就會生成在制品搬運任務交給 AGV的 控 制 系 統（RCS）， 最 終 驅 動AGV 進行搬運。

立體倉庫也一樣。如果生產系統直接從立體倉庫里取原材料的話， 就 可 以 通 過 ERP 與 立 體 倉 庫廠商的 WMS 對接，由立體倉庫的WCS 去執行出入倉任務。

很多人會問，是 APS 指揮 AGV小車嗎？ APS 其實并不直接指揮AGV 小車，APS 在這個環節也不是必要的。因此通過人工進行排產，后續也同樣可以通過 MES、WIP、WMS 等軟件系統控制 AGV 小車。

那 么， 我 們 要 上 立 體 倉 庫 和AGV，到底需要哪些軟件驅動？其實，并沒有特別復雜，有最基本的3 個軟件就夠了，即 ERP、MES 和WMS。只不過往往企業正在應用的ERP、MES 不 一 定 能 直 接 跟 WMS進行對接，需要做一些功能上的擴展或升級，如要完成對所有物料的打碼，同時還要生成對物料搬運的需求列表。

3. 任務顆粒度及其主要軟件的對應關系

表 1 從另外一個維度說明了生產管理軟件的顆粒度和對象。一般情況下，我們可以看到 ERP 系統里跑的是單據，就是說 ERP 管理的顆粒度是單據。但 MES 里如果只有單據肯定不夠。單據是我們人去工作的依據，按單干活。MES 是給每一臺設備發送要執行的作業任務，就是要把生產工單分解到設備生產執行的每一條作業，如悟略科技的ERP & MES 一體化系統，都包含了作業分解這一最基本的功能。現在很多印刷企業都在探索自動物流，如立體倉庫、AGV 等，就是要管到物料的最基本單元，即大家常說的托盤、卷。要做到這一點可以通過ERP 以單據的形式與 WMS 對接，也可以在 ERP 系統里按照卷管理，進行賦碼后再交給 WMS。

印刷企業如何搭建智能工廠軟件體系

企業如何搭建自己的軟件系統？具體來講，立體倉庫、AGV 的廠家有自己的軟件，原來工廠里有用友、金蝶以及行業的 ERP 系統，到底哪些軟件要請原來的軟件廠商去完成，哪些可以用立體倉庫和AGV 廠商提供的軟件呢？表 2 給出了一個大致的建議。

如 果 立 體 倉 庫 和 AGV 應 用 同一個廠家的，相對比較穩定的方案就是 WMS 都采用硬件廠家的，用企業現有的 ERP 和 MES 去對接WMS。當然，正如前文提到的，企業現有的 ERP 和 MES 不見得能夠實現與 WMS 對接，可能需要做功能擴展和升級，甚至需要做比較大的功能調整。這取決于企業原有的ERP、MES 的完善程度。

如果立體倉庫和 AGV 不是同一廠家，建議立體倉庫廠家 WMS 只負責立體倉庫，車間在制品搬運的WMS 可以靈活選用，如可以選擇企業原有 ERP、MES 廠家做研發。

如果只有 AGV 應用，也是一種很靈活的狀態，可以用 AGV 廠家提供的 WMS，也可以由原來的 ERP、MES 廠商提供。我們建議除了立體倉庫對接 WMS 之外，其他軟件應用行業軟件商提供的軟件，這樣會更容易實現穩定集成，避免了不同軟件廠商之間的接口開發工作，使用成本也會更加低廉。

悟略科技致力于推動印刷行業智能化發展

悟略科技于 2013 年由北京北大方正電子有限公司印刷 ERP 事業部改制成立，團隊業務傳承可追溯至 1998 年，是中國印刷業信息化領域名副其實的拓荒者。經過 24年的產品研發和實施經驗積累，在軟件產品的成熟度、實施落地能力等方面均處于行業領先地位。

2021 年，悟略科技與凌云光集團結成戰略合作伙伴，攜手推出印刷智能工廠（SmartFAB）解決方案，為印刷企業提供涵蓋 ERP & MES 等軟件系統及 AGV 配送、智能檢測、立 體 倉 庫 等 在 內 的 全 系 列 產 品。2022 年，悟略科技與北京印刷學院成立印刷智能工程聯合實驗室，凝聚產學研力量，開展智能化應用研發。作為中國印刷智能制造產業聯盟副理事長單位，悟略科技積極參與了一本圖書智能制造測試線及按需印刷智能制造測試線的相關工作，參與多部印刷智能制造相關標準制定。2022 年， 方 略 MES 軟 件 獲 得中國印工協科學技術二等獎；2023年，悟略科技入選中宣部印刷業數字化發展改革試點單位。

智能工廠的軟件構架，簡化再簡化之后還是會涉及到很多的軟件產品。印刷行業是分散度比較高的行業，大部分是中小企業，未來中小企業的智能工廠怎么搞？我們認為，面向中小企業的智能工廠軟件一體化是趨勢，如從 ERP & MES 一體化到 ERP & MES & WMS 一體化，一體化的軟件具有總體成本低、性能穩定、行業適應性強、維護成本低等特點。