数字化工厂综述

数字化工厂（DF）以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，同时具有其鲜明的特征。它的出现给基础制造业注入了新的活力，主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。

数字化工厂的主要环节与关键技术

主流市场观点认为，数字化工厂主要涉及生产规划、产品设计与生产执行三大环节，数字化建模、虚拟仿真、虚拟现实/加强现实（VR/AR）等技术包含在其中。 

1、生产规划环节——工艺仿真是关键

在生产规划环节，通过产品设计环节的数据，利用虚拟仿真技术，可以对工厂的生产线布局、设备配置、生产制造工艺路径、物流等进行预规划，并在仿真模型“预演”的基础之上，进行分析、评估、验证，迅速发现系统运行中存在的问题和有待改进之处，并及时进行调整与优化，减少后续生产执行环节对于实体系统的更改与返工次数，从而有效减低成本、缩短工期、提高效率。

虚拟仿真技术广泛应用于汽车、船舶及其他大型设备制造过程。例如，大众汽车公司旗下斯柯达捷克工厂，利用虚拟仿真工艺路径规划，减少实际生产线调整改进所需要花费的成本。

此外，随着“人”在制造业中的地位和作用逐渐被重新认识，虚拟现实\加强现实（VR/AR）技术的应用也日渐增多，使人能够融入虚拟仿真环境之中，如身临其境般参与生产规划。

2、产品设计环节——三维建模是基础

在产品研发设计环节利用数字化建模技术为产品构建三维模型，能够有效地减少物理实体样机制造和人员重复劳动所产生的成本。同时，三维模型涵盖产品所有的几何信息与非几何制造信息，伴随产品整个生命周期，是实现产品协同研制、产品从设计端到制造端一体化的重要保证。

经历了三十余年的发展，数字化建模技术已经相当成熟，使用三维CAD设计软件的全三维建模技术在制造业的应用已经相当普及。数字化建模技术的应用始于航空、航天领域，由于对产品和零部件的精度、质量、加工工艺有着比其他行业更加苛刻的要求，航空、航天工业让数字化建模技术的效用得以充分发挥。

利用数字化建模技术，不但有效缩短了研制周期，大幅降低了研制成本，有效实现了产品设计与制造环节的信息协同，从而大幅提高了生产效率。

3、生产执行环节——数据采集实时通

其实，早期的数字化工厂并不包含生产执行环节，但随着智能制造企业具体实践与应用的发展，数字化工厂的概念开始向覆盖产品整个生命周期的全价值链拓展与延伸。作为将产品从设计意图转化为实体产品的关键环节，生产执行无疑是数字化工厂的关键一环。

这个环节的数字化，体现在制造执行系统（MES）与其他系统之间的互联互通上。MES与ERP、PDM/cPDM之间的集成，能够保证所有相关产品属性信息从始至终保持同步，并实现实时更新。

如果某一款产品的零/部件或原材料发生变化，PDM/cPDM和MES中的数据信息就会同步变化，MES会自动调整制造解决方案，有效避免了传统制造企业由于信息无法及时传递和同步所造成的误工。

借助RFID（无线射频识别技术），MES还能够对生产线上的产品零/配件进行识别和路径规划，从而实现柔性化的混线生产，大幅提高生产效率。

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