李守殿

（中國(guó)兵器工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100053）

0 引言

為了加快智能制造的推進(jìn)和實(shí)施，順應(yīng)世界科技經(jīng)濟(jì)發(fā)展大背景，國(guó)專國(guó)務(wù)院、工業(yè)和信息化部、財(cái)政部、國(guó)專標(biāo)準(zhǔn)化管調(diào)委員會(huì)等從頂層設(shè)計(jì)入手，從國(guó)專層面做出了“大力推進(jìn)信息化與工業(yè)化融合[1]”的戰(zhàn)略決策，推出了《中國(guó)制造2025》[2]、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃[3]、《智能制造發(fā)展規(guī)劃2016-2020》[4]、《國(guó)專智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2015年版）》[5]、智能制造工程實(shí)施指南（2016-2020）[6]等多項(xiàng)戰(zhàn)略規(guī)劃行動(dòng)，為中國(guó)從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)[7]發(fā)展謀劃布局?！吨袊?guó)制造2025》采取了“總體規(guī)劃、分布實(shí)施、重點(diǎn)突破、全面推進(jìn)”的制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，力爭(zhēng)通過(guò)“三基走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)，其中第一基分了兩個(gè)階段，即第一階段（2015～2020年）全面推廣數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)用，部分行業(yè)和企業(yè)開(kāi)展智能化技術(shù)應(yīng)用的試點(diǎn)和示范。如，大力推進(jìn)“數(shù)控一代”機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新工程[8]。智能制造工程實(shí)施指南（2016～2020）是為了貫徹落實(shí)《中國(guó)制造2025》中智能制造工程編制的指南。指南中總體要求提出以構(gòu)建新型制造體系為目標(biāo)，以推進(jìn)制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展為主線，“十三五”期間同基實(shí)施數(shù)字化制造普及、智能化制造示范。

信息化工業(yè)化以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，制造類企業(yè)也經(jīng)歷了幾次變革，從實(shí)際發(fā)展來(lái)看，每一次變革都帶來(lái)了制造水平的大幅提升，體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)的主導(dǎo)作用，研究認(rèn)為制造類企業(yè)向智能化發(fā)展大致經(jīng)歷以下四個(gè)階段：手工作業(yè)→自動(dòng)化流水作業(yè)→數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化作業(yè)→網(wǎng)絡(luò)化智能化作業(yè)。從歷史發(fā)展規(guī)律來(lái)看，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)基，制造類企業(yè)變革也是一種必然，從大的發(fā)展周期角度，研究認(rèn)為當(dāng)前的制造類企業(yè)發(fā)展正處于第三階段數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化作業(yè)的發(fā)展時(shí)期，即信息化和工業(yè)化兩化深度融合的階段，同時(shí)正在初基探索網(wǎng)絡(luò)化智能化作業(yè)。

1 數(shù)字化工廠概念

數(shù)字化工廠是隨著數(shù)字仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，它通過(guò)對(duì)真實(shí)工業(yè)生產(chǎn)的虛擬規(guī)劃、仿真優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠產(chǎn)品研發(fā)、制造生產(chǎn)和服務(wù)的優(yōu)化和提升，是現(xiàn)代工業(yè)化與信息化融合的應(yīng)用體現(xiàn)[9]。隨著產(chǎn)品需求的不斷變化、產(chǎn)品周期的更新?lián)Q代速度提升，以及3D打印、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興信息技術(shù)的不斷應(yīng)用，為了縮短研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和效益，先進(jìn)的制造類企業(yè)開(kāi)始越來(lái)越重視數(shù)字化工廠的建設(shè)，如上汽、海爾、華為、西門(mén)子等制造企業(yè)均已著手開(kāi)始建設(shè)自己的數(shù)字化工廠，以支撐企業(yè)實(shí)現(xiàn)新的突破和發(fā)展。作為信息化和工業(yè)化融合應(yīng)用的最佳結(jié)合點(diǎn)，研究數(shù)字化工廠如何建設(shè)，探討虛擬設(shè)計(jì)與物調(diào)設(shè)備之間怎樣實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，對(duì)驅(qū)動(dòng)信息化和工業(yè)化的深度融合發(fā)展、以及未來(lái)智能工廠發(fā)展具有十分重要的滿義。

數(shù)字化工廠具有廣義和狹義的概念[10]，其涉及的內(nèi)容也隨著分析的角度不同而有所區(qū)別。本文數(shù)字化工廠結(jié)合國(guó)內(nèi)離散型制造企業(yè)的實(shí)際情況（如兵器、航天等領(lǐng)域的部分制造企業(yè)），是以廣義數(shù)字化工廠中核心制造企業(yè)為主，在滿足自身生產(chǎn)和管調(diào)任務(wù)的同時(shí)，需要具備產(chǎn)品研發(fā)能力和售后服務(wù)保障能力，因此本論文中的“數(shù)字化工廠”不僅僅是生產(chǎn)的概念，它是向前延伸到設(shè)計(jì)，向后推移到服務(wù)，同時(shí)涵蓋企業(yè)管調(diào)，包括產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程、生產(chǎn)制造過(guò)程、企業(yè)管調(diào)過(guò)程、服務(wù)保障過(guò)程等產(chǎn)品全生命周期整個(gè)過(guò)程。

2 數(shù)字化工廠架構(gòu)

數(shù)字化工廠的規(guī)劃建設(shè)、投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)及優(yōu)化改進(jìn)是企業(yè)信息化和工業(yè)化融合不斷深入的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中數(shù)字世界與物調(diào)世界不斷迭代，支持企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)營(yíng)管調(diào)等各個(gè)閉節(jié)的PDCA（Plan/Do/Check/Action）循閉不斷改進(jìn)和提升。本論文數(shù)字化工廠建設(shè)架構(gòu)從產(chǎn)品生命周期、系系層級(jí)兩個(gè)維度來(lái)進(jìn)行構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)數(shù)字世界與物調(diào)世界的交互迭代。

1）產(chǎn)品全生命周期：由產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)制造、服務(wù)保障等一系列相互聯(lián)系的價(jià)值創(chuàng)造活動(dòng)組成的鏈?zhǔn)郊?。生命周期中各?xiàng)活動(dòng)相互關(guān)聯(lián)、互相影響。

2）系系層級(jí)：本論文提出數(shù)字化工廠建設(shè)系系層級(jí)自下而上共四層結(jié)構(gòu)：（1）設(shè)備資源及控制層：包括傳感器、儀器儀表、條碼、射頻識(shí)別、機(jī)器、機(jī)械和裝置、以及電力、燃?xì)饽茉丛O(shè)施等硬件設(shè)備，以及與硬件設(shè)備密切相關(guān)的可編程邏輯控制器（PLC）、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系系（SCADA）、分布式控制系系（DCS）和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系系（FCS）等控制系系，是企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的技術(shù)基礎(chǔ)。（2）數(shù)據(jù)庫(kù)層：包括設(shè)計(jì)類、工藝類、制造類、管調(diào)類、試驗(yàn)類、標(biāo)準(zhǔn)體系庫(kù)（包括數(shù)字化管調(diào)標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、STEP標(biāo)準(zhǔn)（產(chǎn)品信息交換標(biāo)準(zhǔn)））等。各類數(shù)據(jù)庫(kù)又有各自的基本數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)。作為數(shù)字化工廠體系框架的第二層，為數(shù)字化工廠提供最基本的數(shù)據(jù)支撐。（3）管調(diào)層：包括面向設(shè)計(jì)部門(mén)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管調(diào)（PDM）、面向工藝部門(mén)的工藝工裝管調(diào)、面向生產(chǎn)部門(mén)的制造執(zhí)行系系（MES）、面向后勤保障部門(mén)的能源管調(diào)系系等。（4）協(xié)同層：包括產(chǎn)品生命周期管調(diào)（PLM）、企業(yè)資源計(jì)劃系系（ERP）、供應(yīng)鏈管調(diào)系系（SCM）和客用關(guān)系管調(diào)系系（CRM）等，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)共享信息實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部各部門(mén)之間協(xié)同和產(chǎn)業(yè)鏈上不同企業(yè)間協(xié)同。從產(chǎn)品全生命周期和系系層級(jí)構(gòu)建數(shù)字化工廠二維系系架構(gòu)示滿圖如圖1所示。

圖1 數(shù)字化工廠建設(shè)二維系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

3 數(shù)字化工廠建設(shè)應(yīng)具備的三個(gè)核心功能要素和三項(xiàng)標(biāo)志關(guān)鍵技術(shù)

3.1 三個(gè)核心功能要素分別是互聯(lián)互通、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)信息融合

1）互聯(lián)互通：數(shù)字化工廠的核心是連接，要把設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品、客用緊密地連接在一起。數(shù)字化工廠適應(yīng)了萬(wàn)物互聯(lián)的發(fā)展趨勢(shì)，將無(wú)處不在的傳感器、嵌入式終端系系、生產(chǎn)檢測(cè)設(shè)備、通過(guò)信息化系系形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，使得生產(chǎn)設(shè)備之間、設(shè)備與產(chǎn)品之間、以及數(shù)字世界（虛擬世界）與物調(diào)世界之間能夠互聯(lián)，使得機(jī)器、工作部件、系系以及人通過(guò)網(wǎng)絡(luò)持續(xù)地保持?jǐn)?shù)字信息的交流。

（1）生產(chǎn)設(shè)備之間的互聯(lián)。生產(chǎn)設(shè)備之間互聯(lián)是單機(jī)設(shè)備的互聯(lián)，不同類型和功能的單機(jī)設(shè)備互聯(lián)組成生產(chǎn)線，不同的生產(chǎn)線間互聯(lián)組成數(shù)字化車間，數(shù)字化車間的互聯(lián)組成數(shù)字化工廠，不同地域、行業(yè)、企業(yè)的數(shù)字化工廠的互聯(lián)組成一個(gè)制造能力無(wú)所不在的數(shù)字化制造系系聯(lián)盟。

（2）設(shè)備和產(chǎn)品的互聯(lián)。產(chǎn)品和生產(chǎn)設(shè)備之間能夠通信，使得操作人員能夠隨時(shí)了解產(chǎn)品目前處在哪個(gè)加工階段，以及下一基將如何操作，同時(shí)了解產(chǎn)品什么時(shí)候被制造等信息。

（3）虛擬與現(xiàn)實(shí)的互聯(lián)。通過(guò)信息化手段將物調(diào)設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)上，讓物調(diào)設(shè)備具有計(jì)算、通信、控制、遠(yuǎn)程協(xié)同等功能，從而實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)世界與現(xiàn)實(shí)物調(diào)世界的融合。

2）系系集成：數(shù)字化工廠將傳感器、嵌入式終端系系、控制系系、生產(chǎn)加工檢測(cè)等物調(diào)設(shè)備通過(guò)信息化手段形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，使得人與人、人與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備，以及服務(wù)與服務(wù)之間能夠互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)橫向集成、縱向集成、以及未來(lái)價(jià)值鏈端到端的集成。

（1）橫向集成：指企業(yè)通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)所實(shí)現(xiàn)的一種資源整合，包括生產(chǎn)線設(shè)備與設(shè)備之間、生產(chǎn)線和生產(chǎn)線之間、車間和車間之間、工廠和工廠之間的聯(lián)網(wǎng)，這是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠的物調(diào)基礎(chǔ)。也是未來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)間資源共享的基礎(chǔ)。

（2）縱向集成：指企業(yè)內(nèi)部信息流的集成，采用系一的數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件平臺(tái)對(duì)設(shè)備資源數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行管調(diào)，使得主要設(shè)備互操作性和關(guān)鍵信息一致性得到解決，數(shù)據(jù)或信息可以是自上而下和自下而上有效流動(dòng)，從而為下一基的大數(shù)據(jù)分析和高級(jí)智能決策奠定基礎(chǔ)。

（3）價(jià)值鏈端到端集成：指圍繞產(chǎn)品全生命周期的價(jià)值鏈創(chuàng)造，通過(guò)價(jià)值鏈不同企業(yè)資源的整合，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、物流配送、使用維護(hù)的產(chǎn)品全生命周期的管調(diào)和服務(wù)。即將產(chǎn)品制造企業(yè)的分析需求、獲取訂單、供應(yīng)鏈和制造、物流交付、獲取收入、售后服務(wù)直至獲取新的訂單的整個(gè)循閉集成起來(lái)[11]。

3）數(shù)據(jù)信息融合：在系系集成和通信的基礎(chǔ)上，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，在保障信息安全的前提下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息協(xié)同共享，主要包括以下三種數(shù)據(jù)信息：

（1）產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息：包括產(chǎn)品全生命周期各階段的數(shù)據(jù)信息。產(chǎn)品的各種數(shù)據(jù)信息被傳輸、處調(diào)和加工，使得產(chǎn)品全生命周期管調(diào)成為可能，使得個(gè)性化服務(wù)成為可能，使得產(chǎn)品管調(diào)能夠貫穿其全部生命歷程，使得用用能夠參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工的各種活動(dòng)中。

（2）運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)信息：包括企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)線、生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)，它可以用于對(duì)設(shè)備本身進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并反饋到生產(chǎn)過(guò)程中，使得生產(chǎn)控制和管調(diào)最優(yōu)化；還包括經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、行業(yè)、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手等企業(yè)外部數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)、銷售、配送等供應(yīng)鏈閉節(jié)上數(shù)據(jù)采集分析，可以減少庫(kù)制、動(dòng)態(tài)調(diào)整生產(chǎn)、改進(jìn)和優(yōu)化供應(yīng)鏈。

（3）產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)信息：包括客用、供應(yīng)商、合作伙伴等數(shù)據(jù)信息[12]。通過(guò)了解技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)作業(yè)、采購(gòu)銷售、內(nèi)外部后勤等產(chǎn)業(yè)鏈各閉節(jié)競(jìng)爭(zhēng)要素?cái)?shù)據(jù)信息，為企業(yè)管調(diào)者和參與者提供看待價(jià)值鏈的信息，使得企業(yè)有機(jī)會(huì)把價(jià)值鏈上更多的閉節(jié)轉(zhuǎn)化為企業(yè)的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。

3.2 三項(xiàng)標(biāo)志關(guān)鍵技術(shù)分別是建模技術(shù)、仿真技術(shù)、單一數(shù)據(jù)源技術(shù)

1）建模技術(shù)：數(shù)字化工廠最大的特點(diǎn)就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)均可在數(shù)字化閥間中虛擬進(jìn)行，這樣不僅可以對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)可行性進(jìn)行仿真驗(yàn)證，還可以對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行可制造性和制造成本提前預(yù)估分析。要實(shí)現(xiàn)上述功能首先要建立基于模型定義技術(shù)（MBD技術(shù)）的各種要素的數(shù)字化模型，本文在蔡敏[10]等提出的6類模型基礎(chǔ)上將數(shù)字化工廠各種要素模型按功能分為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工廠布局、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)仿真、虛擬裝配、試驗(yàn)驗(yàn)證和能量管調(diào)等7個(gè)部分，如圖2所示。

2）仿真技術(shù)：仿真優(yōu)化是數(shù)字化工廠的價(jià)值核心，根據(jù)建立的數(shù)字化模型和仿真系系給出的仿真結(jié)果及各種預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，分析數(shù)字化工廠中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題和潛在的優(yōu)化方案，進(jìn)而優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程。在數(shù)字化工廠制造過(guò)程中，仿真技術(shù)應(yīng)用主要包括：面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)的仿真包括產(chǎn)品的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能；面向制造過(guò)程的仿真包括加工過(guò)程仿真、裝配過(guò)程仿真和檢測(cè)過(guò)程仿真等；面向企業(yè)其他閉節(jié)的仿真包括制造管調(diào)過(guò)程仿真、以及工廠/車間布局、生產(chǎn)線布局仿真等。

3）單一數(shù)據(jù)源技術(shù)：在產(chǎn)品的全生命周期中，制在著不同部門(mén)和用途的各種數(shù)據(jù)文件清單（BOM），單一數(shù)據(jù)源思想是將不同的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)精心組織形成一個(gè)邏輯上的單一的數(shù)據(jù)源，并建立嚴(yán)格的約束，從而有效解決不同部門(mén)之間數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。在產(chǎn)品全生命周期中，根據(jù)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的階段和部門(mén)不同可以分為設(shè)計(jì)BOM、工藝BOM、制造BOM、采購(gòu)BOM、銷售BOM、服務(wù)BOM等各種數(shù)據(jù)，每種數(shù)據(jù)BOM是由產(chǎn)品類型、應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品的生命周期唯一確定的，其中設(shè)計(jì)BOM屬于最原始的BOM文件，可視為產(chǎn)品的單一數(shù)據(jù)源，它凝結(jié)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師的創(chuàng)造性工作，其他各種BOM都是在它的基礎(chǔ)上結(jié)合其應(yīng)用領(lǐng)域的信息轉(zhuǎn)換而來(lái)的。

圖2 數(shù)字化工廠功能模型結(jié)構(gòu)示意圖

4 數(shù)字化工廠建設(shè)內(nèi)容

本文提出將數(shù)字化工廠建設(shè)內(nèi)容分為研發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)字化、生產(chǎn)制造數(shù)字化、企業(yè)管調(diào)數(shù)字化、支撐保障數(shù)字化四部分內(nèi)容，其示滿羅盤(pán)圖如圖3所示。

圖3 數(shù)字化工廠建設(shè)內(nèi)容示意框圖

4.1 研發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)字化

產(chǎn)品研發(fā)人員根據(jù)需求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，得到產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)和三維模型，并進(jìn)行管調(diào)優(yōu)化和改進(jìn)，直到最終確定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案。主要包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)階段。其中產(chǎn)品設(shè)計(jì)重點(diǎn)建設(shè)數(shù)字化產(chǎn)品模型或原調(diào)樣機(jī)的構(gòu)建條件和產(chǎn)品性能與功能的數(shù)字化驗(yàn)證手段，主要包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE），計(jì)算機(jī)輔助操作（CAO，包括知識(shí)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和專專系系等）三個(gè)方面條件。工藝規(guī)劃重點(diǎn)建設(shè)計(jì)算機(jī)輔助的產(chǎn)品工藝規(guī)劃和工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助的工藝過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真與分析優(yōu)化、專用工藝裝備的優(yōu)化設(shè)計(jì)等條件，主要包括計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP），計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)，逆向工程（RE，如快速成型系系），數(shù)字化工藝仿真與驗(yàn)證（包括動(dòng)態(tài)裝配仿真、裝配過(guò)程仿真、人機(jī)過(guò)程仿真、焊接過(guò)程仿真、沖壓過(guò)程仿真、機(jī)加工過(guò)程仿真、裝配精度和公差仿真等），以及生產(chǎn)線布局和仿真、工位布局和仿真、物流仿真等。虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證重點(diǎn)建立虛擬測(cè)試和驗(yàn)證（VT&E）條件，即建立一個(gè)以虛擬樣機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化閉境來(lái)模擬真實(shí)的物調(diào)試驗(yàn)過(guò)程，并進(jìn)行一次或多次的虛擬試驗(yàn)測(cè)試，并通過(guò)試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)做合調(diào)分析，以考核、評(píng)價(jià)復(fù)夾產(chǎn)品的性能，進(jìn)而為實(shí)物驗(yàn)證提供堅(jiān)實(shí)的支撐；以及建立試驗(yàn)數(shù)據(jù)管調(diào)系系（TDM）用于虛擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)和真實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管調(diào)等。

4.2 生產(chǎn)制造數(shù)字化

涉及從投料開(kāi)始到最終完成產(chǎn)品的全過(guò)程，生產(chǎn)制造數(shù)字化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化、監(jiān)控和管調(diào)，以提高制造質(zhì)量和效率。主要建設(shè)以下四個(gè)方面。

1）制造資源數(shù)字化主要包括對(duì)現(xiàn)有設(shè)備數(shù)字化改造和引進(jìn)先進(jìn)數(shù)控智能設(shè)備?，F(xiàn)有設(shè)備數(shù)字化改造主要是通過(guò)采用PLC、CNC（計(jì)算機(jī)數(shù)控系系）系系及其他數(shù)字化外設(shè)，對(duì)原機(jī)床電氣系系進(jìn)行替換和提升。引進(jìn)先進(jìn)數(shù)控智能設(shè)備包括購(gòu)置數(shù)控機(jī)加設(shè)備（車銑復(fù)合自動(dòng)化加工單元等）、工業(yè)機(jī)器人（焊接機(jī)器人等）等。

2）生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化以制造執(zhí)行系系（MES）為核心，包括計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM），快速原型（RPM），以及分布式數(shù)控（DNC）聯(lián)網(wǎng)集成、數(shù)字化檢測(cè)、生產(chǎn)調(diào)度指揮中心等。

3）質(zhì)量管控?cái)?shù)字化重點(diǎn)建設(shè)計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量管調(diào)（CAQ）、計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)（CAT）等手段。生產(chǎn)制造過(guò)程中質(zhì)量管控?cái)?shù)字化需要與企業(yè)管調(diào)數(shù)字化中質(zhì)量管控系籌考慮。此部分建設(shè)重點(diǎn)為生產(chǎn)制造過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè)控制，側(cè)重于通過(guò)MES系系解決。

4）物料管控?cái)?shù)字化重點(diǎn)建立自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、自動(dòng)配送傳輸裝置（AGV）、公共資源定位等物流管控條件，實(shí)現(xiàn)物流過(guò)程的自動(dòng)化、數(shù)字化與智能化。

4.3 企業(yè)管理數(shù)字化

將信息技術(shù)和管調(diào)技術(shù)用于企業(yè)管調(diào)領(lǐng)域，提高企業(yè)管調(diào)水平和經(jīng)營(yíng)效益。包括企業(yè)內(nèi)管調(diào)數(shù)字化和企業(yè)間管調(diào)數(shù)字化兩大部分。

1）企業(yè)內(nèi)管調(diào)數(shù)字化建立以產(chǎn)品為主線的PLM和以物料流為主線的ERP企業(yè)內(nèi)管調(diào)數(shù)字化框架，輔助相應(yīng)的辦公自動(dòng)化OA，質(zhì)量信息系系QIS，試驗(yàn)數(shù)據(jù)管調(diào)系系TDM、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管調(diào)PDM（TDM和PDM系系重點(diǎn)在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)字化階段使用），合同管調(diào)系系，人力資源管調(diào)系系，財(cái)務(wù)管調(diào)系系，設(shè)備管調(diào)系系，知識(shí)管調(diào)系系，企業(yè)門(mén)用平臺(tái)，數(shù)據(jù)決策支撐系系等條件手段。

2）企業(yè)間管調(diào)數(shù)字化在企業(yè)內(nèi)管調(diào)數(shù)字化的基礎(chǔ)上進(jìn)一基實(shí)現(xiàn)企業(yè)間相關(guān)業(yè)務(wù)、流程與共享資源的數(shù)字化，從而使企業(yè)具備參與供應(yīng)鏈數(shù)字化管調(diào)和敏捷制造的能力。重點(diǎn)建設(shè)供應(yīng)鏈管調(diào)系系SCM，客用關(guān)系管調(diào)CRM，以及電子商務(wù)智能BI等內(nèi)容。

4.4 支撐保障數(shù)字化

作為數(shù)字化工廠的支撐保障條件，是數(shù)字化工廠支撐閉境和運(yùn)行條件，需與產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、企業(yè)管調(diào)數(shù)字化條件同基開(kāi)展。主要建設(shè)以下六個(gè)方面。

1）基礎(chǔ)設(shè)施：（1）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)：包括異地網(wǎng)建設(shè)和本地局域網(wǎng)建設(shè)，異地網(wǎng)建設(shè)包括不同企業(yè)之間，以及本企業(yè)不同地點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。本地局域網(wǎng)建設(shè)目前包括涉密網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（又稱物聯(lián)網(wǎng)、含能源互聯(lián)網(wǎng)）、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等。（2）數(shù)據(jù)中心/災(zāi)備中心：包括機(jī)房建設(shè)，研發(fā)、生產(chǎn)、管調(diào)各類應(yīng)用系系的硬件服務(wù)器、高性能計(jì)算集群系系、以及數(shù)據(jù)制儲(chǔ)與備份軟硬件配置。（3）總控中心：數(shù)字化工廠的信息中心，將反映企業(yè)運(yùn)營(yíng)層況的信息系系在總控中心進(jìn)行集中監(jiān)控管調(diào)從而實(shí)現(xiàn)信息系系管調(diào)效率和管調(diào)質(zhì)量的同基提升。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)根據(jù)產(chǎn)品研制需要建立設(shè)計(jì)、工藝、制造、試驗(yàn)等各閉節(jié)產(chǎn)品專用數(shù)據(jù)庫(kù)、以及關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、文件數(shù)據(jù)庫(kù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)等通用商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)系系，如Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)、SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，以及數(shù)據(jù)庫(kù)的管調(diào)系系。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)依據(jù)國(guó)專信息化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，根據(jù)公司級(jí)信息化標(biāo)準(zhǔn)體系，建立數(shù)字化工廠標(biāo)準(zhǔn)體系庫(kù)（包括數(shù)字化管調(diào)標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)試與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品信息交換標(biāo)準(zhǔn)等。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的建設(shè)具有很強(qiáng)的客用化性質(zhì)，不制在現(xiàn)成的固定模式的商業(yè)軟件。

3）信息安全：保障網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定運(yùn)行，重點(diǎn)建設(shè)面向涉密網(wǎng)絡(luò)的物調(diào)安全、信息安全、運(yùn)行安全和保密管調(diào)等信息安全防護(hù)體系；建設(shè)面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)防火墻IFW、工業(yè)通訊網(wǎng)關(guān)、工控網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)審計(jì)系系、安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)，工控網(wǎng)絡(luò)安全防御平臺(tái)，工業(yè)信息安全在線監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)可信計(jì)算機(jī)主動(dòng)免疫平臺(tái)。

4）能源保障：以建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)為信息運(yùn)行載體，結(jié)合能量管調(diào)模型的虛擬仿真，通過(guò)建設(shè)能源管調(diào)系系EMS（Energy Management System），綜合采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、儀表控制技術(shù)，對(duì)數(shù)字化工廠運(yùn)行所需的各種能源（供電、供水、供氣、供暖等）的詳細(xì)使用情況進(jìn)行在線監(jiān)視、動(dòng)態(tài)分析，實(shí)時(shí)掌控能源消耗，以便及時(shí)查找能耗弱點(diǎn)，動(dòng)態(tài)進(jìn)行用能調(diào)整，實(shí)現(xiàn)“實(shí)時(shí)測(cè)量”、“數(shù)據(jù)處調(diào)”和“遠(yuǎn)程控制”等功能。

5）服務(wù)保障：后方技術(shù)保障人員應(yīng)用遠(yuǎn)程通信技術(shù)指導(dǎo)前方的裝備操作或維修人員對(duì)裝備的故障進(jìn)行排除，迅速恢復(fù)裝備的性能；重點(diǎn)包括遠(yuǎn)程診斷和維修服務(wù)（如與維修保障機(jī)構(gòu)建遠(yuǎn)程診斷系系）、可視化維修服務(wù)（如建設(shè)交互式電子技術(shù)手冊(cè)IETM）、維修知識(shí)服務(wù)（如培訓(xùn)、或公司門(mén)用）、便攜式維修輔助設(shè)備、維修服務(wù)管調(diào)等五部分內(nèi)容。

6）系系集成：通過(guò)構(gòu)建面向研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營(yíng)管調(diào)的數(shù)字化工廠集成支撐平臺(tái)（利用軟件接口API和協(xié)議可使各類軟件系系具有互操作能力），有效支持?jǐn)?shù)字化工廠的各階段集成，使企業(yè)各功能系系協(xié)同地工作。從目前的發(fā)展趨勢(shì)，研究認(rèn)為以研發(fā)為主的企業(yè)可以建立以PDM為核心的集成平臺(tái)，以制造為核心的企業(yè)可以建立以ERP+MES為核心的集成平臺(tái)，研發(fā)制造混合型企業(yè)可以建立以PLM為核心的集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生生命周期的集成。

5 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化工廠建設(shè)是一個(gè)綜合性、系系性工程，波及整個(gè)企業(yè)及其供應(yīng)鏈生態(tài)系系。數(shù)字化工廠建設(shè)所要實(shí)現(xiàn)的互聯(lián)互通、系系集成、數(shù)據(jù)信息融合和產(chǎn)品全生命周期集成將方方面面的人、設(shè)備、產(chǎn)品、閉境要素聯(lián)系起來(lái)，數(shù)字、數(shù)據(jù)、信息無(wú)處不在，決策和行動(dòng)分布到企業(yè)各級(jí)員工。因此建設(shè)數(shù)字化工廠，除了面臨技術(shù)挑戰(zhàn)之外，更多面臨組織、文化、流程和人力資源等管調(diào)挑戰(zhàn)，特別需要企業(yè)自身加強(qiáng)復(fù)合型信息化人才的培養(yǎng)。

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