數(shù)字化工廠的實現(xiàn)方式與應(yīng)用分析

劉亮

摘 要 為解決產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃與制造之間的不確定性，提高生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，人們提出了數(shù)字化工廠概念，本文是對數(shù)字化工廠概念的拓展，為數(shù)字化工廠的進一步應(yīng)用提供思路借鑒。

關(guān)鍵詞 數(shù)字化工廠 數(shù)字化建模 數(shù)字化仿真 虛擬制造

一、數(shù)字化工廠概念

想了解數(shù)字化工廠，應(yīng)該先了解什么叫作數(shù)字化，所謂數(shù)字化，是將各種形式的信息轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型，對于計算機來說是轉(zhuǎn)化為二進制代碼（用0和1表示），從而引入計算機內(nèi)部進行統(tǒng)一處理。數(shù)字化的基礎(chǔ)是計算機技術(shù)，隨著以計算機為核心的數(shù)字化技術(shù)在制造業(yè)的應(yīng)用（利用計算機將復(fù)雜多變的聲音、圖像數(shù)字化），才有了數(shù)字化工廠的概念。數(shù)字化工廠是指以產(chǎn)品或服務(wù)全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化，因此數(shù)字化工廠又被稱為“虛擬工廠”。數(shù)字化工廠是對整個生產(chǎn)系統(tǒng)進行設(shè)計、優(yōu)化，通過網(wǎng)絡(luò)對各組分進行相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及信息的交流，從而實現(xiàn)虛擬制造，利用實際運作中的信息，通過設(shè)定好的程序調(diào)整生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的失誤，實現(xiàn)實際運作的數(shù)字化。

二、要打造真正具有效益的數(shù)字化工廠

（一）設(shè)立試點項目

數(shù)字化的經(jīng)濟效益有時并不容易量化，而且在初始階段，團隊只能提供非常有限的技術(shù)概念和演示，因此可能導(dǎo)致難以爭取到資金和利益相關(guān)方的認可。解決這些問題的手段就是試點。通過試點，企業(yè)能發(fā)現(xiàn)最適合自身的方式，將速贏的成效展現(xiàn)給整個組織并獲得它們的認可，進而爭取到資金用于大規(guī)模的推廣。由于數(shù)字化工廠可能會給整個勞動力帶來深遠的變革，所以需要讓工人加入試點工作中。在一兩處生產(chǎn)基地縱向整合從數(shù)字化工程設(shè)計到以實時數(shù)據(jù)為支撐的生產(chǎn)規(guī)劃，是一種可行的試點方案。在主要的生產(chǎn)設(shè)備上安裝傳感器和執(zhí)行裝置，或者使用數(shù)據(jù)分析來探索預(yù)測性維護方案，也能取得初步的成效。還可以在特定的工廠中實現(xiàn)特定產(chǎn)品線的數(shù)字化，將其作為不斷學(xué)習(xí)和優(yōu)化的契機。當(dāng)然，企業(yè)還可以考慮與初創(chuàng)企業(yè)、高校或行業(yè)組織等外部的數(shù)字化領(lǐng)先者合作，加快數(shù)字化創(chuàng)新的步伐。

（二）確定所需的能力

生產(chǎn)環(huán)節(jié)中什么最重要？更完善、自動化程度更高的物流？為工人提供及時、定制化的信息？傳感器集成網(wǎng)絡(luò)？個人認為，從能力的角度出發(fā)考慮這個問題能帶來更大的價值。數(shù)字化工廠的目標(biāo)并不是實施最酷炫的新裝置，而是達到提升效率、改善質(zhì)量或增強業(yè)務(wù)本身等特定的目標(biāo)。應(yīng)該根據(jù)試點中汲取的經(jīng)驗，從組織、人才、流程和技術(shù)四個戰(zhàn)略的維度，結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)戰(zhàn)略和整體業(yè)務(wù)目標(biāo)，詳細勾勒出數(shù)字化工廠所聚焦的能力以及工廠體系的架構(gòu)。

（三）成為數(shù)據(jù)分析和互聯(lián)方面的領(lǐng)先者

流程及質(zhì)量改善、資源管理、預(yù)防性維護，在數(shù)字化工廠里，這些解決方案幾乎總是與互聯(lián)息息相關(guān)。傳感器協(xié)助收集數(shù)據(jù)，在信息層進行分析，然后傳回聯(lián)網(wǎng)的物流設(shè)施和生產(chǎn)設(shè)備上實時調(diào)整生產(chǎn)。在企業(yè)資源計劃（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和產(chǎn)品生命周期管理（PLM）等不同系統(tǒng)間的打通和整合，熟練掌握能生成和傳輸數(shù)據(jù)的互聯(lián)工具與系統(tǒng)，以及用于改善效率和質(zhì)量的分析工具。

（四）推動工廠向數(shù)字化轉(zhuǎn)型

通向數(shù)字化工廠的路是一條轉(zhuǎn)型之路。如同其他轉(zhuǎn)型一樣，管理變革及其對員工的影響，是成功的關(guān)鍵。難以發(fā)現(xiàn)合格的人才、缺乏數(shù)字化企業(yè)文化、部分員工不愿擁抱數(shù)字化變革，這些都是常見的挑戰(zhàn)。這些問題的解決之道在于及早與員工攜手合作，對培訓(xùn)和繼續(xù)教育開展投資，而這些投入會因為數(shù)字化工廠所帶來的效率提升而被抵消。數(shù)字化環(huán)境的培育必須要有領(lǐng)導(dǎo)層的全力支持。高層必須將數(shù)字化工廠戰(zhàn)略視為工作的重點，摒棄保守主義的姿態(tài)，加快項目的審批流程，從而讓數(shù)字化團隊加快推進轉(zhuǎn)型進程。

三、數(shù)字化工廠的實際應(yīng)用優(yōu)勢分析

從對汽車制造智能數(shù)字工廠的分析，可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化工廠可以根據(jù)工廠實際情況，定制自己的工藝層次結(jié)構(gòu)和資源庫，減少工藝規(guī)劃時間，提高規(guī)劃質(zhì)量預(yù)見并減少規(guī)劃風(fēng)險，減少工程成本實現(xiàn)設(shè)計部門以及生產(chǎn)部門的良好的集成，加速產(chǎn)品流入市場，適應(yīng)新時代的要求，提升產(chǎn)品的競爭力，主要優(yōu)勢體現(xiàn)如下兩方面，一方面數(shù)字化工廠的這些技術(shù)的應(yīng)用方面非常廣泛，幾乎所有大型工廠都可以通過數(shù)字化工廠來減少多余人員利用、提升生產(chǎn)效率、貼近市場需求，從而提高競爭力，另一方面數(shù)字工廠可以更好地實現(xiàn)工廠自動化，自動完成產(chǎn)品制造的全部或部分加工過程。數(shù)字工廠可以用于計算機中確認自動機械的動作設(shè)備聯(lián)動、安全關(guān)系等，使系統(tǒng)達到精益階段，實現(xiàn)生產(chǎn)中更高程度的自動化。

四、結(jié)語

數(shù)字化工廠是集數(shù)字化建模、仿真和虛擬現(xiàn)實技術(shù)于一體的現(xiàn)代化制造新概念，通過設(shè)備實時信息數(shù)據(jù)管理集成在一起形成的現(xiàn)代化工廠，是實際工廠生產(chǎn)在數(shù)字環(huán)境中的描述與表達。本文基于傳統(tǒng)生產(chǎn)制造過程中的問題和數(shù)字化工廠技術(shù)基礎(chǔ)，闡述了如何具體構(gòu)建數(shù)字化工廠。通過具體案例的分析達到對企業(yè)現(xiàn)場智能系統(tǒng)作用的理解，在數(shù)字化工廠相關(guān)技術(shù)的推動下，可使企業(yè)生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)管理智能化、生產(chǎn)線可視化、企業(yè)價值最大化，真正實現(xiàn)數(shù)字化制造，幫助更多的企業(yè)跟隨工業(yè)4.0的發(fā)展潮流。

（作者單位為貴州航天工業(yè)有限責(zé)任公司）

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