數(shù)字化工廠以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計算機(jī)虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。是現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，同時具有其鮮明的特征。它的出現(xiàn)給基礎(chǔ)制造業(yè)注入了新的活力，主要作為溝通產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品制造之間的橋梁。

數(shù)字工廠構(gòu)建原因

在當(dāng)今激烈的市場競爭中，制造企業(yè)已經(jīng)意識到他們正面臨著巨大的時間、成本、質(zhì)量等壓力。在設(shè)計部門，CAD & PDM系統(tǒng)的應(yīng)用獲得了成功。同樣，在生產(chǎn)部門，ERP等相關(guān)信息系統(tǒng)也獲得了巨大的成功，但在解決“如何制造→工藝設(shè)計”這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)上，大部分國內(nèi)企業(yè)還沒有實(shí)現(xiàn)有效的計算機(jī)輔助管理機(jī)制，“數(shù)字化工廠”技術(shù)則是企業(yè)迎接21世紀(jì)挑戰(zhàn)的有效手段。

數(shù)字化工廠集成了產(chǎn)品、過程和工廠模型數(shù)據(jù)庫，通過先進(jìn)的可視化、仿真和文檔管理，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程所涉及的質(zhì)量和動態(tài)性能：

提高盈利能力

• 提高規(guī)劃質(zhì)量

• 縮短產(chǎn)品投產(chǎn)時間

• 交流透明化

• 規(guī)劃過程標(biāo)準(zhǔn)化

• 勝任的知識管理

• 虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)

主要環(huán)節(jié)

主流市場觀點(diǎn)認(rèn)為，數(shù)字化工廠主要涉及產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃與生產(chǎn)執(zhí)行三大環(huán)節(jié)，數(shù)字化建模、虛擬仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)/加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR/AR）等技術(shù)包含在其中。

1. 產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)——三維建模是基礎(chǔ)

在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)利用數(shù)字化建模技術(shù)為產(chǎn)品構(gòu)建三維模型，能夠有效減少物理實(shí)體樣機(jī)制造和人員重復(fù)勞動所產(chǎn)生的成本。同時，三維模型涵蓋著產(chǎn)品所有的幾何信息與非幾何制造信息，這些屬性信息會通過PDM/cPDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理/協(xié)同產(chǎn)品定義管理)這種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，伴隨產(chǎn)品整個生命周期，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品協(xié)同研制、產(chǎn)品從設(shè)計端到制造端一體化的重要保證。

例如，美國波音公司在其737-NX和787的設(shè)計制造中，利用數(shù)字化建模技術(shù)，不但有效縮短了研制周期，大幅降低了研制成本，而且通過PDM/cPDM，有效實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計與制造環(huán)節(jié)的信息協(xié)同，從而大幅提高了生產(chǎn)效率。

2.生產(chǎn)規(guī)劃環(huán)節(jié)——工藝仿真是關(guān)鍵

在生產(chǎn)規(guī)劃環(huán)節(jié)，基于PDM/cPDM中所同步的產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，利用虛擬仿真技術(shù)，可以對于工廠的生產(chǎn)線布局、設(shè)備配置、生產(chǎn)制造工藝路徑、物流等進(jìn)行預(yù)規(guī)劃。

虛擬仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車、船舶及其他大型設(shè)備制造過程中。例如，大眾汽車公司旗下斯柯達(dá)捷克工廠，即采用西門子的Tecnomatix，利用虛擬仿真工藝路徑規(guī)劃，來減少實(shí)際生產(chǎn)線調(diào)整改進(jìn)所需要花費(fèi)的成本。

3.生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)——數(shù)據(jù)采集實(shí)時通

這個環(huán)節(jié)的數(shù)字化，體現(xiàn)在制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）與其他系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通上。MES與ERP、PDM/cPDM之間的集成，能夠保證所有相關(guān)產(chǎn)品屬性信息從始至終保持同步，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時更新。

瑪莎拉蒂的Bertone工廠即采用上述技術(shù)實(shí)現(xiàn)Quattroporte與Ghibli兩款不同車型的全自動生產(chǎn)與組裝，據(jù)不完全統(tǒng)計，產(chǎn)能提升幅度高達(dá)兩倍以上。

典型應(yīng)用

數(shù)字化工廠的集成，首先需要強(qiáng)大的界面和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，將不同復(fù)雜層次之間和不同運(yùn)作功能領(lǐng)域之間的實(shí)際數(shù)據(jù)和模塊進(jìn)行聯(lián)合使用，常見的應(yīng)用有：

• 布局規(guī)劃與仿真——布局確認(rèn)與優(yōu)化

• 零件流的靜態(tài)分析與動態(tài)仿真

• 裝配過程平衡

• 復(fù)雜的物流操作仿真

• 機(jī)器人及復(fù)雜運(yùn)動仿真

• 零件加工仿真

• 人力資源仿真

• 人機(jī)工效仿真

• 生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真

• 控制軟件測試仿真

• 生產(chǎn)動作控制仿真

“數(shù)字化工廠”貫穿整個工藝設(shè)計、規(guī)劃、驗(yàn)證、直至車間生產(chǎn)工藝整個制造過程，在實(shí)施過程需要注意系統(tǒng)集成方面的問題，“數(shù)字化工廠”不是一個獨(dú)立的系統(tǒng)，規(guī)劃時，需要與設(shè)計部門的CAD/PDM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并對設(shè)計產(chǎn)品進(jìn)行可制造性驗(yàn)證（工藝評審），同時，所有規(guī)劃還需要考慮工廠資源情況。所以，“數(shù)字化工廠”與設(shè)計系統(tǒng)CAD/PDM和企業(yè)資源管理系統(tǒng)ERP的集成是必須的。同時，“數(shù)字化工廠”還有必要把企業(yè)已有的規(guī)劃“知識”（如工時卡、焊接規(guī)范等）集成起來，整個集成的底部是PLM構(gòu)架。

同時，類似于PDM系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)，每個企業(yè)都有自己的流程和規(guī)范，考慮到很多人都在一個環(huán)境中協(xié)同工作（工藝工程師、設(shè)計工程師、零件和工具制造者、外包商、供應(yīng)商以及生產(chǎn)工程師等），隨時會創(chuàng)建大量的數(shù)據(jù)，所以，“數(shù)字化工廠”規(guī)劃系統(tǒng)也存在客戶化定制的要求，如操作界面、流程規(guī)范、輸出等，主要是便于使用和存取等。

數(shù)字工廠依靠于三維掃描技術(shù)提供的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，三維掃描技術(shù)也因它快速、精準(zhǔn)、完整、非接觸式等優(yōu)勢被汽車制造業(yè)等工業(yè)行業(yè)廣泛應(yīng)用。泰來三維在數(shù)字工廠領(lǐng)域可提供工廠改造、工廠搬遷、現(xiàn)狀調(diào)查、虛擬安裝、工廠數(shù)字化逆向方針建模、智能工廠4.0等項(xiàng)目服務(wù)。

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