導讀：本文主要分析探討了數字化工廠及其關鍵技術，以供參閱。

1 數字化工廠概述

數字化工廠是隨著數字仿真技術和虛擬現實技術發展而來的，它通過對真實工業生產的虛擬規劃、仿真優化，實現對工廠產品研發、制造生產和服務的優化和提升，是現代工業化與信息化融合的應用體現。隨著產品需求的不斷變化，產品周期的更新換代速度提升，以及3D打印、物聯網、云計算、大數據等新興信息技術的不斷應用，為了縮短研發周期、降低生產成本、提升企業產品質量和效益，先進的制造類企業開始越來越重視數字化工廠的建設。如上汽、海爾、華為、西門子等制造企業均已著手開始建設自己的數字化工廠，以支撐企業實現新的突破和發展。

作為信息化和工業化融合應用的最佳結合點，研究數字化工廠如何建設，探討虛擬設計與物理設備之間怎樣實現無縫銜接，對驅動信息化和工業化的深度融合發展，以及未來智能工廠發展具有十分重要的意義。

數字化工廠具有廣義和狹義的概念，其涉及的內容也隨著分析的角度不同而有所區別。本文數字化工廠結合國內離散型制造企業的實際情況(如兵器、航天等領域的部分制造企業)，是以廣義數字化工廠中核心制造企業為主，在滿足自身生產和管理任務的同時，需要具備產品研發能力和售后服務保障能力。因此本文中的“數字化工廠”不僅僅是生產的概念，它是向前延伸到設計，向后推移到服務，同時涵蓋企業管理，包括產品研發設計過程、生產制造過程、企業管理過程、服務保障過程等產品全生命周期整個過程。

2 數字化工廠的優勢

數字化工廠利用其工廠布局、工藝規劃和仿真優化等功能手段，改變了傳統工業生產的理念，給現代化工業帶來了新的技術革命，其優勢作用較為明顯。

(1)預規劃和靈活性生產：利用數字化工廠技術，整個企業在設計之初就可以對工廠布局、產品生產水平與能力等進行預規劃，幫助企業進行評估與檢驗。同時，數字化工廠技術的應用使得工廠設計不再是各部門單一地流水作業，各部門成為一個緊密聯系的有機整體，有助于工廠建設過程中的靈活協調與并行處理。此外，在工廠生產過程中能夠最大程度地關聯產業鏈上的各節點，增強生產、物流、管理過程中的靈活性和自動化水平。

(2)縮短產品上市時間，提高產品競爭力：數字化工廠能夠根據市場需求的變化，快速、方便地對新產品進行虛擬化仿真設計，加快了新產品設計成形的進度。同時，通過對新產品的生產工藝，生產過程進行模擬仿真與優化，保證了新產品生產過程的順利性與產品質量的可靠性!加快了產品的上市時間，在企業間的競爭中占得先機。

(3)節約資源、降低成本、提高資金效益：通過數字化工廠技術方便地進行產品的虛擬設計與驗證，最大程度地降低了物理原型的生產與更改，從而有效地減少資源浪費、降低產品開發成本。同時，充分利用現有的數據資料（客戶需求、生產原料、設備狀況等）進行生產仿真與預測，對生產過程進行預先判斷與決策，從而提高生產收益與資金使用效益。

(4)提升產品質量水平：利用數字化工廠技術，能夠對產品設計、產品原料、生產

過程等進行嚴格把關與統籌安排，降低設計與生產制造之間的不確定性，從而提高產品數據的統一性，方便地進行質量規劃，提升質量水平。

3 數字化工廠的關鍵技術

3.1 數字化建模技術

通常研究的制造系統是非線性離散化系統，需要建立產品模型、資源模型制造設備、材料、能源、工夾具、生產人員和制造環境等、工藝模型工藝規則、制造路線等以及生產管理模型系統的限制和約束關系。數字化工廠是建立在模型基礎上的優化仿真系統，所以數字化建模技術是數字化工廠的基礎。

3.2 虛擬現實技術

文本信息很難滿足制造業的需求，隨著三維造型技術發展，三維實體造型技術已得到普遍的應用。具有沉浸性的虛擬現實技術，使用戶能身臨其境地感受產品的設計過程和制造過程，使仿真的旁觀者成為虛擬環境的組成部分。

3.3 優化仿真技術

仿真優化是數字化工廠的價值核心，根據建立的數字化模型和仿真系統給出的仿真結果及各種預測數據，分析數字化工廠中可能出現的各種問題和潛在的優化方案，進而優化產品設計和生產過程。在數字化工廠制造過程中，仿真技術應用主要包括：面向產品設計的仿真，包括產品的靜態和動態性能；面向制造過程的仿真，包括加工過程仿真；裝配過程仿真和檢測過程仿真等；面向企業其他環節的仿真，包括制造管理過程仿真；以及工廠/車間布局、生產線布局仿真等。

3.4 應用生產技術

數字化工廠通過建模仿真提供一整套較為完善的產品設計、工藝開發與生產流程，但是作為生產自動化的需要，數字化工廠系統要求能夠提供各種可以直接應用于實際生產的設備控制程序以及各種是生產需要的工序、報表文件等。各種友好、優良的應用接口，能夠加快數字化設計向實際生產應用的轉化進程。

4 結束語

總而言之，數字化工廠建設是一個綜合性、系統性工程，波及整個企業及其供應鏈生態系統。數字化工廠建設所要實現的互聯互通、系統集成、數據信息融合和產品全生命周期集成將方方面面的人、設備、產品、環境要素聯系起來，數字、數據、信息無處不在，決策和行動分布到企業各級員工。因此建設數字化工廠，除了面臨技術挑戰之外，更多面臨組織、文化、流程和人力資源等管理挑戰，特別需要企業自身加強復合型信息化人才的培養。

來源：《名城繪》 2020年第11期