企业数字化转型总体框架.docx

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1、企业数字化转型总体框架当前，面对技术、市场以及供应链等多重挑战，在软件定义、数据驱动、 数字挛生、大数据、人工智能及元宇宙等技术加持下，装备制造企业不 断采用新工艺、新材料，以新模式推动产品快速创新。企业积极关注并 探索数字化转型路径，实现数字技术与工业技术、管理技术的融合，推 动产品工程和企业管理工程的不断创新，驱动企业数字蝶变，支撑企业 从传统运行模式向数字化模式发展，建立数据驱动的企业运营融合创新。 从而带动企业高效率、高效益以及高质量发展，提升企业面对复杂竞争 环境的持续竞争力。尽管装备制造企业数字化转型得到广泛关注，但是对数字化转型认识、 数字化转型机理，以及数字化转型应用支撑方面的

2、研究和实践还不充分。 本文主要结合装备制造企业需要，分析企业数字化转型的特点，提出装 备制造企业转型数字化能力体系及其应用支撑平台框架，为装备制造企 业数字化转型提供探索。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

3、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，HP C为高性能计算机机群，CAX为CA D、CAM和C A E等技术的总称，EDA为电子设计自动化。个性化工程与管理应用门户体系论证操作台|结构设计I：作用|设计仿真工作司|工2设计工作司|生产制造工企业业务便域应用服为基于流程写规则的企业级业务协同服模型翼动的设计仿真应用模型驱动的生产制造应用模型驱动的试验验证应用虚实融合的交付保障应用体证备论装系模数计 王的设 序型半仿析 计分 设真于供也RIWW干的设型验

4、EHWEI装备散州打嗷字奸酢 M淳生的敢晚生的运 环E Ji俣t企业缢便与模型管理服务数据连续性管理服务（数据技术状态管理、商函关联、需求模型助能模同同品模型I麻网I工艺模型1网造模型I怏做模型版证模型|实渊模珊交付模型w 元数据、主数据管理朦务 -企业级、I，务佳模亏集成应用平奇企业模系统产品建模系统I I过程建模系统对象可视化系丝N构应JI城础设施及数字化应用幕础（4类旅础网结环境（上控网/试验网国密网等）（计算/存滥稔i月朦/HPC等）1图5企业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

5、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

6、（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；

7、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）。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（D S ）和数字挛生（D T ）,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

8、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。战略管理I产品管理企业科研牛产管重项目管理I I质量管施I风险管理I业务应用一体系设计工具绩评系真体仿系证生产数试脸数仿真数 据管理据管理据管理乩谱需求数架构数设计数 系管理据管理据管理据管理体系喧|卜 叫方能h，！产品模型IF 制j*e模型启企业级产品数字化协同平台4品改字样机与数字裴丽 曲专幺目爆燃燔关疑与追测|胃与仁将领城业务玲丽跨单岫局管理,F) z；原牛.技术的软件弓I擎与应用运行环境上施飘的ao多引f| EgMM务引财 |始开发引擎触及费据限化

9、引苗 献衡款*-0-*1*-制造数 据管理工艺数据管理数据层多元化基础设施设施环境图6 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、架构数据 管理、设计数据管理、工艺数据管理、生产数据管理、试验数据管理和 仿真数据管理等各类数据的管理能力，以及体系模型、需求模型、功能 模型、产品模型、工艺模型、制造模型和交付模型等一系列产品模型的 管理能力。企业级产品数字化协同平台是支

10、撑跨单位、跨地域产品研制模式下的关 键软件功能，为工程总体、系统总体、分系统、单机以及部/组件的 数字化研制提供自上而下的模型要求以及自下而上的模型交付。数字化 协同平台主要提供四类关键功能：一是产品数字样机与产品模型管理， 提供从产品视角维护产品的功能、性能数字样机及其样机成熟度管理， 如航天产品功能样机、性能样机以及航空飞机数字样机管理；二是跨专 业、跨领域及跨单位协同管理，提供结构、流 体、热学、电磁、光学 和声学等多学科设计协同，总体和分系统单位研制协同，设计与制造业 务协同等，实现数据和模型驱动的多层次业务协同；三是工具和数据集 成管理，实现平台与各类体系论证、研发设计、生产制造、试

11、验验证和 运维保障全工具链，以及企业经营管理和科研生产管理应用软件的集成; 四是产品级主数据和元数据管理，建立产品级的共性数据基础，为产品 范围内的工程研制和科研生产管理提供保障。2.3 产品数字化研制模式基于文献中载人航天器研制的系统设计闭环验证、产品设计闭环验证和 实做产品闭环验证三大闭环验证，以及文献中深空探测系统工程的总体 小闭环验证、系统大闭环集成、数字实物虚实闭环管理和数字主线闭环 管理四大闭环管理，建立在产品数字化解决方案支持下形成的产品数字 化研制模式，其示意图如图7所示。企业级一体化全要素科研生产管理（业务域市场需求产品订单项目管控供应链管控人员 计划+质:!企业级一体化管理

12、（数据域）匕成本 风险一合同“产品业务域产品数据域,体系论证需求分析产品数字化验证（过程域）体系模型飞彳二A需求模型详细设计制造模型生产制造产品全生命周期数字主线/数字季目一1二心塔 林于数字季 时鹏户覆A产品模型嘘于数字 镜像的产/ H设计闭 环试验系仿系统设计公功能模型、沏理仿工艺设计工艺模型图7产品数字化研制模式示意图在数字化研制模式下，以数据和模型为基础，产品研制形成围绕数据域、 业务域和过程域为典型运行框架的数字化运行模式。数据域覆盖产品工 程相关模型和企业人员、计划、质量、成本、风险、合同、资产、供应 和物资等管理模型。业务域覆盖产品的系统设计、产品设计、生产制造、 测试验证和运维

13、保障等业务，以及管理相关的市场需求、产品订单、项 目管控、供应链管控、质量管控、风险管控、成本管控以及人员管控等 关键业务。过程域覆盖与产品研制紧密相关的基于数字模型的系统设计 闭环、基于数字镜像的产品设计闭环、基于数字李生的实做产品闭环， 以及管理与工程融合的管控过程，通过过程域的驱动形成装备研制灵活 高效的领域内和“跨领域快速迭代和数字化闭环验证，保证产品方案、 产品设计和产品制造的一次成功，以及数据驱动的科研生产精细化管控, 支撑数字化设计、数字化验证、数字化交付和虚实融合运维的新形态。产品数字化研制新模式的主要特点表现为以下几点。1）以产品全品类数据和模型为基础。产品研制在数字空间建立

14、产品 体系模型、需求模型、功能模型、产品模型、工艺模型、制造模型、装 配模型、总装模型、试验模型和交付模型等全集模型，形成核心的产品 数字化资产，构建数字化研制模式主线，支撑模型驱动的数字化产品研 制。2）加速产品领域内和跨领域循环验证。以产品数据域的各类数据和 模型为基础，通过数字化技术利用，支撑研制领域的研制活动一产品 数据一产品数字验证的快速迭代。同时加速跨领域、跨学科的设计迭 代。如在体系论证阶段，可通过体系模型快速实现体系仿真，完成体系 论证。在系统设计环节可实现体系仿真验证、系统仿真验证和专业仿真 验证的跨领域验证，快速形成产品的系统设计方案。最终根据产品特点 建立快速数字化验证模

15、式，完成基于数字模型的系统设计闭环验证、基 于数字镜像的产品设计闭环验证和基于数字挛生的实做产品闭环验证。3）提供实物产品与数字产品的交付能力。产品研制全生命周期表现 为实物产品和数字产品协同发展，产品设计初期以产品数据和模型为主, 后期逐渐通过工艺制造环节过渡到实物和数字产品并行，交付环节可以 根据用户需要，在交付实物产品基础上，快速形成用户所需的产品电子 履历和数字产品的交付模型，构成数字产品交付能力。4）支撑工程研制和科研生产一体化管控。产品研制可以实时接受企 业经营管理的指标和约束（如企业对产品的人员、计划、成本、质量、 经费等约束和要求），同时企业经营管理也可以实时从产品模型和全 生

16、命周期过程获取产品相关的计划进度信息、风险信息和质量信息等， 实现产品工程研制和科研生产管控的融合，形成数据驱动的一体化科研 生产管控。3结语数字化是未来企业转型的重要方向，为了推动企业数字化转型，建议立 足企业整体发展诉求，关注企业数字化运营管理线和产品数字化研制线, 从企业整体角度设计和规划数字化转型后的运作模式。长远角度制定企 业全要素、全过程的数字化目标。在实际转型落地环节结合企业的信息 化基础条件、应用水平，重点从产品数字化、过程数字化及企业数字化 推动企业自身数字化建设。同时，在企业外部环节，充分利用新数字技术，推动企业供应链数字化， 带动合作伙伴数字化进程，支撑价值驱动的产业链数

17、字化建设，由内向 外提升企业数字化运作水平和质量。不断加强沉浸式交互、人工智能和 新基建算力等技术应用，为企业数字化转型提供生产力升级支撑，创新 更多数字化应用场景，推动全产品数字化、全过程数字化、全企业数字 化和全产业链数字化转型目标。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。户产业链环境3组织 机构员工 数字化制度 数字化人”,由标准企业经营管理、（数据通道企业物理空间数据通道图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

18、品数字化、产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

19、转型就是重构企业 业务运行基座和运行框架，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。数字化转型转型目标典型业务应用目标:构建;【据与模型驱动的企d业字续能体企数连性力业务连续性数据连续性技术连续性技术规划技术选型元数据对象数字化能力（企产品数字化（产品模型、产乩镜像及产品李生）过程数字化（过程模型、过程镜像及过程挛生）图2企业数字化转型

20、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如图3所示。图3中，DM、DS、D T分别为数字模型（DM）、数字镜像（DS）和数字挛生（DT） o产品数字化过程数字化企业数字化DM DS DT DM DS DT DM DS I模型驱动流程驱动数据驱动产品数字化过程数字化产品建模:基于模型的系统 工程方法定义产品活动建模:基于结构化活动管理定义活动要素模型管理:产品的生命周期模型RFLPPMS管理流程管理:流程全过程管 理与运行数据关联与优化:生命周期数据关联与追溯流程优化:基F运行数据的流程动态优化企

21、业数字化 要素建模:企业要素的（人、财、物）建模与负 机制模型:组织机构管 供应链管控和决策模二 运行优化:基于数据的 织模型优化与决策图3装备制造企业运行关键要素对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RFLPPMS,即 产品的需求（R）、功能（F）、逻辑（L）、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

22、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，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

23、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（D S）在数字模型基础上 实现了模型从物理对象自动获取数据，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 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。总体设计分系统与 专业设计需求分析与指标分析总体架 构设计功能设计验证

24、逻辑分析与设计1： 验证多方案设计产=近；!工程详细设计业务连续性=产品工程研制业务:产品全生命周期（产生到消亡）+经彳工程可行性论证与研发设计项目管理设计计划HVdB SH* W *0|多专业（结构、电子、电磁、）协同设计工艺设计生产制造交付9工艺总方案、生产线规划及工艺协同询工艺仿真、生产线仿真及装配仿真数字模型需求模型一功能模型逻辑模型多领域物理模型I三维模里数据连续性:连续、稳定、可靠及司图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

25、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，EB0 M为工程设计物料清单（EBOM） , P B 0M为工艺规划物料清单（PBOM） o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

26、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

27、维度形成覆盖产品需求（R）、功能（F）、逻辑（L）、 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）、交付和服务保障（S）数据的连续性。在资产链维度实现企业资产的设计、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