時(shí)間：2023-06-21 08:45:48
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【關(guān)鍵詞】數(shù)字化工廠工藝規(guī)劃仿真優(yōu)化
中圖分類號(hào)：S220文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1引言
圍繞激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，制造企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到他們正面臨著巨大的時(shí)間、成本、質(zhì)量、產(chǎn)品差異化等壓力。如何快速適應(yīng)市場(chǎng)的變化，實(shí)現(xiàn)從“以產(chǎn)定銷”到“按訂單生產(chǎn)”模式轉(zhuǎn)變？數(shù)字化工廠提供了較為理想的解決方案。
2 數(shù)字化工廠概述
數(shù)字化工廠是BIM(建筑信息模型)技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)字制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，同時(shí)具有其鮮明的特征。
2.1數(shù)字化工廠
2.1.1數(shù)字化工廠的概念
數(shù)字化工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)虛擬制造原理，在虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、優(yōu)化和重組的新的生產(chǎn)組織方式。它是在設(shè)計(jì)建造階段，建立全面、詳實(shí)的信息，包括材料、工藝、設(shè)備運(yùn)行管理等全生命周期的信息檔案數(shù)據(jù)庫(kù)，利用BIM(建筑信息模型)技術(shù)指導(dǎo)建筑物、構(gòu)筑物及設(shè)備的科學(xué)使用和維護(hù)，為信息化、標(biāo)準(zhǔn)化管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)，加上CAD、EEP、MEP等應(yīng)用管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠控制系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)字化信息的有效傳遞，既鏈接了生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，又與企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理相互聯(lián)系，進(jìn)而把整個(gè)企業(yè)數(shù)字化的資金信息、物流信息、生產(chǎn)裝置狀態(tài)信息、生產(chǎn)效率信息、生產(chǎn)能力信息、市場(chǎng)信息、采購(gòu)信息以及企業(yè)所必須的控制目標(biāo)都實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、全面、系統(tǒng)地提供給決策者和管理者，幫助企業(yè)決策者和管理者提高決策的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性以及管理者的效率，從而實(shí)現(xiàn)管理和控制數(shù)字化、一體化的目標(biāo)。
2.1.2數(shù)字化工廠的優(yōu)勢(shì)
數(shù)字化工廠利用其工廠布局、工藝規(guī)劃和仿真優(yōu)化等功能手段，改變了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)的理念，給現(xiàn)代化工業(yè)帶來(lái)了新的技術(shù)革命，其優(yōu)勢(shì)作用較為明顯。
預(yù)規(guī)劃和靈活性生產(chǎn)：利用數(shù)字化工廠技術(shù)，整個(gè)企業(yè)在設(shè)計(jì)之初就可以對(duì)工廠布局、產(chǎn)品生產(chǎn)水平與能力等進(jìn)行預(yù)規(guī)劃，幫助企業(yè)進(jìn)行評(píng)估與檢驗(yàn)。同時(shí)，數(shù)字化工廠技術(shù)的應(yīng)用使得工廠設(shè)計(jì)不再是各部門單一地流水作業(yè)，各部門成為一個(gè)緊密聯(lián)系的有機(jī)整體，有助于工廠建設(shè)過程中的靈活協(xié)調(diào)與并行處理。此外，在工廠生產(chǎn)過程中能夠最大程度地關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)鏈上的各節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)生產(chǎn)、物流、管理過程中的靈活性和自動(dòng)化水平。
縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力：數(shù)字化工廠能夠根據(jù)市場(chǎng)需求的變化，快速、方便地對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行虛擬化仿真設(shè)計(jì)，加快了新產(chǎn)品設(shè)計(jì)成形的進(jìn)度。同時(shí)，通過對(duì)新產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬仿真與優(yōu)化，保證了新產(chǎn)品生產(chǎn)過程的順利性與產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性，加快了產(chǎn)品的上市時(shí)間，在企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。
節(jié)約資源、降低成本、提高資金效益：通過數(shù)字化工廠技術(shù)方便地進(jìn)行產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，最大程度地降低了物理原型的生產(chǎn)與更改，從而有效地減少資源浪費(fèi)、降低產(chǎn)品開發(fā)成本。同時(shí)，充分利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料（客戶需求、生產(chǎn)原料、設(shè)備狀況等）進(jìn)行生產(chǎn)仿真與預(yù)測(cè)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行預(yù)先判斷與決策，從而提高生產(chǎn)收益與資金使用效益。
提升產(chǎn)品質(zhì)量水平：利用數(shù)字化工廠技術(shù)，能夠?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品原料、生產(chǎn)過程等進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)與統(tǒng)籌安排，降低設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造之間的不確定性，從而提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，方便地進(jìn)行質(zhì)量規(guī)劃，提升質(zhì)量水平。
2.2數(shù)字化工廠的差異性
“數(shù)字化工廠”貫穿整個(gè)工藝設(shè)計(jì)、規(guī)劃、驗(yàn)證、直至車間生產(chǎn)工藝整個(gè)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(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，規(guī)劃時(shí)，需要與設(shè)計(jì)部門的CAD/PDM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行可制造性驗(yàn)證（工藝評(píng)審），同時(shí)，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(jì)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(shí)，“數(shù)字化工廠”還有必要把企業(yè)已有的規(guī)劃“知識(shí)”（如工時(shí)卡、焊接規(guī)范等）集成起來(lái)，整個(gè)集成的底部是PLM構(gòu)架。
同時(shí)，類似于PDM系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)，每個(gè)企業(yè)都有自己的流程和規(guī)范，考慮到很多人都在一個(gè)環(huán)境中協(xié)同工作（工藝工程師、設(shè)計(jì)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(shí)會(huì)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。
3 數(shù)字化工廠的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用
數(shù)字化工廠以突出的功能優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)，尤其是制造業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，但其實(shí)現(xiàn)過程也涉及多種關(guān)鍵技術(shù)。
3.1數(shù)字化工廠的關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)字化工廠涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有：數(shù)字化建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、優(yōu)化仿真技術(shù)、應(yīng)用生產(chǎn)技術(shù)。
數(shù)字化建模技術(shù)：數(shù)字化工廠是建立在數(shù)字化模型基礎(chǔ)上的虛擬仿真系統(tǒng)，輸入數(shù)字化工廠的各種制造資源、工藝數(shù)據(jù)、CAD數(shù)據(jù)等要求建立離散化數(shù)學(xué)模型，才能在數(shù)字化工廠軟件系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行各種數(shù)字仿真與分析。數(shù)字化模型的準(zhǔn)確性關(guān)系到對(duì)實(shí)際系統(tǒng)真實(shí)反映的精度，對(duì)于后續(xù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)過程的模擬仿真具有較大的影響。因此，數(shù)字化建模技術(shù)作為數(shù)字化工廠的技術(shù)基礎(chǔ)，其作用十分關(guān)鍵
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能夠提供一種具有沉浸性、交互性和構(gòu)想性的多維信息空間，方便實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，使用戶能身臨其境地感受開發(fā)的產(chǎn)品，具有很好地直觀性，在數(shù)字化工廠中具有廣泛的應(yīng)用前景。虛擬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)水平，很大程度上影響著數(shù)字化工廠系統(tǒng)的可操作性，同時(shí)也影響著用戶對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)過程判斷的正確性。
優(yōu)化仿真技術(shù)：優(yōu)化仿真技術(shù)是數(shù)字化工廠的價(jià)值所在，根據(jù)建立的數(shù)字化模型與仿真系統(tǒng)給出的仿真結(jié)果及其各種預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，分析虛擬生產(chǎn)過程中的可能存在的各種問題和潛在的優(yōu)化方案等，進(jìn)而優(yōu)化生產(chǎn)過程、提高生產(chǎn)的可靠性與產(chǎn)品質(zhì)量，最終提高企業(yè)的效益。由此可見，優(yōu)化仿真技術(shù)水平對(duì)于能否最大限度地發(fā)揮企業(yè)效益、提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有十分重要的作用，其優(yōu)化技術(shù)的自動(dòng)化、智能化水平尤為關(guān)鍵。
應(yīng)用生產(chǎn)技術(shù)：數(shù)字化工廠通過建模仿真提供一整套較為完善的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝開發(fā)與生產(chǎn)流程，但是作為生產(chǎn)自動(dòng)化的需要，數(shù)字化工廠系統(tǒng)要求能夠提供各種可以直接應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的設(shè)備控制程序以及各種是生產(chǎn)需要的工序、報(bào)表文件等。各種友好、優(yōu)良的應(yīng)用接口，能夠加快數(shù)字化設(shè)計(jì)向?qū)嶋H生產(chǎn)應(yīng)用的轉(zhuǎn)化進(jìn)程。
3.2常見數(shù)字化工廠軟件
由于數(shù)字化工廠技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的優(yōu)越性，各知名企業(yè)競(jìng)相開發(fā)各種數(shù)字化工廠軟件，其中較為常見、應(yīng)用最為廣泛的數(shù)字化工廠軟件主要有eM-Power和Demia等。
eM-Power是由美國(guó)的Tecnomatix技術(shù)公司開發(fā)的數(shù)字化工廠軟件，它在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛。該軟件架構(gòu)是建立在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)之上的三層結(jié)構(gòu)，它為企業(yè)用戶提供零件制造解決方案、裝配規(guī)劃、工廠及生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量和人員績(jī)效等主要功能。這些主要的功能模塊建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)eM_Server中，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)制造過程的信息共享。2007年以來(lái)，西門子公司在收購(gòu)了UGS（UGS于2004年收購(gòu)了Tecnomatix）的基礎(chǔ)上，推出了功能更為強(qiáng)大的Teamcenter 8和Tecnomatix 9，提供工廠設(shè)計(jì)及優(yōu)化、制造工藝管理、裝配規(guī)劃與驗(yàn)證、開發(fā)、仿真和調(diào)試自動(dòng)的制造過程和質(zhì)量管理等功能，在各大企業(yè)具有廣泛應(yīng)用。
Delmia是由法國(guó)的Dassault公司開發(fā)的數(shù)字化工廠解決方案，該解決方案是構(gòu)建在Dassault公司的PLM結(jié)構(gòu)的頂層，由其專用數(shù)據(jù)庫(kù)（PPR-Hub）統(tǒng)一管理。Delmia的體系結(jié)構(gòu)主要包括：面向制造過程設(shè)計(jì)的（DPE）、面向物流過程分析的（QUEST）、面向裝配過程分析的（DPM）、面向人機(jī)分析的（Human）、面向虛擬現(xiàn)實(shí)仿真的（Envision）、面向機(jī)器人仿真的（Robotics）、面向虛擬數(shù)控加工方針的（VNC）、面向系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成的（PPR Navigato）等。它主要由面向數(shù)字化工藝規(guī)劃模塊、數(shù)字化仿真平臺(tái)工具集以及車間現(xiàn)場(chǎng)制造執(zhí)行系統(tǒng)的集成模塊等組成。
3.3數(shù)字化工廠的應(yīng)用
數(shù)字化工廠是信息化技術(shù)發(fā)展過程中出現(xiàn)的一種新的企業(yè)組織形式，是促進(jìn)企業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的新興技術(shù)，目前主要應(yīng)用在汽車制造、航空航天等大型制造企業(yè)。
3.3.1數(shù)字化工廠技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用。
目前，數(shù)字化工廠技術(shù)在國(guó)內(nèi)外汽車制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。在國(guó)外，如通用汽車公司使用Tecnmatix eMPower的解決方案，大大縮短了通用公司從新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造到投放市場(chǎng)的時(shí)間，同時(shí)提升了其產(chǎn)品質(zhì)量。奧迪公司使用eM-Plant進(jìn)行物流規(guī)劃仿真，如A3 Sportback項(xiàng)目。通過物流規(guī)劃仿真不僅使得整個(gè)生產(chǎn)物流供應(yīng)鏈之間建立起了緊密有序的聯(lián)系，同時(shí)也方便對(duì)物流方案進(jìn)行先期評(píng)估和可行性分析。在國(guó)內(nèi)，如一汽大眾在車身主拼線工藝設(shè)計(jì)中采用數(shù)字化工廠技術(shù)，改善了車身焊接工藝，提高車身焊接質(zhì)量。上海大眾在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品總裝領(lǐng)域采用數(shù)字化工廠技術(shù)，大幅提升了公司的制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，華晨金杯公司引進(jìn)西門子的Tecnomatix軟件，對(duì)產(chǎn)品的總裝工藝進(jìn)行數(shù)字化改造。
3.3.2數(shù)字化工廠技術(shù)在飛機(jī)制造業(yè)的應(yīng)用。
在飛機(jī)制造業(yè)，數(shù)字化工廠技術(shù)的先進(jìn)性也得到了充分體現(xiàn)。如美國(guó)的洛克希德馬丁公司在F35研制過程中，采用數(shù)字化工廠技術(shù)縮短了2/3的研制周期，降低了50%的研制成本，開創(chuàng)了航空數(shù)字化制造的先河。有如波音787飛機(jī)在研制過程中采用基于Delmia的數(shù)字化工廠技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品的虛擬樣機(jī)?？湛虯380飛機(jī)采用虛擬裝配方案，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的三維虛擬裝配仿真和驗(yàn)證。不僅國(guó)外飛機(jī)制造企業(yè)在其產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)過程中使用數(shù)字化工廠技術(shù)，國(guó)內(nèi)的飛機(jī)制造企業(yè)也是如此。如上海飛機(jī)制造廠利用數(shù)字化工廠技術(shù)在三維環(huán)境中進(jìn)行人工裝配操作的數(shù)字化模擬，提高了人工操作的標(biāo)準(zhǔn)化。而西安航空動(dòng)力控制公司則采用Tecnomatix的數(shù)字化工廠軟件對(duì)其異型件生產(chǎn)線進(jìn)行仿真和優(yōu)化，進(jìn)行技術(shù)改造探索。
3.3.3數(shù)字化工廠在鑄造行業(yè)的探索
共享鑄鋼團(tuán)《數(shù)字化工廠示范工程》擬運(yùn)用先進(jìn)制造理念（如虛擬制造、智能制造、綠色制造、柔性制造等）和先進(jìn)鑄造技術(shù)、方法，結(jié)合共享集團(tuán)在鑄造行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的制造、技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，全面融合先進(jìn)信息化技術(shù)，建設(shè)數(shù)字化模樣生產(chǎn)線、數(shù)字化柔性造型生產(chǎn)線、智能化熔煉控制系統(tǒng)、智能體聯(lián)合控制的鑄件精整線、數(shù)字化在線檢測(cè)等綜合集成的數(shù)字化鑄造工廠，在“多品種、小批量、快捷”鑄造生產(chǎn)方面達(dá)到同行業(yè)領(lǐng)先水平，建成一座在鑄造行業(yè)領(lǐng)先的“數(shù)字化、柔性化、綠色、高效”鑄造工廠，集成并創(chuàng)造數(shù)字化鑄造新模式。
4結(jié)束語(yǔ)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化工廠技術(shù)不斷與現(xiàn)代企業(yè)相結(jié)合，已成為提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的新動(dòng)力。在當(dāng)前企業(yè)發(fā)展的新形勢(shì)下，數(shù)字化工廠技術(shù)出現(xiàn)了新的趨勢(shì)。首先，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在數(shù)字化工廠中的應(yīng)用，提升數(shù)字化工廠的現(xiàn)場(chǎng)可操作性；其次，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，拓展數(shù)字化工廠網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能力；最后，數(shù)字化工廠的智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)虛擬仿真與企業(yè)真實(shí)生產(chǎn)的無(wú)縫鏈接，打造真正的智能數(shù)字化工廠。
作者簡(jiǎn)介
郭兆祥（1976-）男，碩士研究生，從事技術(shù)質(zhì)量管理工作。
參考文獻(xiàn).
[1]李險(xiǎn)峰.DELMIA讓數(shù)字化工廠成為現(xiàn)實(shí)[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2006，(9)：48-50.
【關(guān)鍵詞】數(shù)字化工廠；仿真；虛擬制造
1.引言
在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，新產(chǎn)品上市周期越來(lái)越短，生產(chǎn)設(shè)備和制造系統(tǒng)日趨復(fù)雜、昂貴的情況下，為了獲取最佳利潤(rùn)和保持市場(chǎng)占有率，制造企業(yè)必須從傳統(tǒng)制造模式向數(shù)字化制造模式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多元化，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，并進(jìn)一步提高產(chǎn)品的質(zhì)量。由此，數(shù)字化工廠作為優(yōu)化生產(chǎn)過程的解決方案也越來(lái)越成為研究的熱點(diǎn)。
2.數(shù)字化工廠含義
數(shù)字化工廠（Digital Factory，簡(jiǎn)稱DF）是基于仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式，通過對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行分析和優(yōu)化，保證產(chǎn)品在可制造的前提下，實(shí)現(xiàn)快速、低成本和高質(zhì)量的制造，從而實(shí)現(xiàn)柔性制造和并行工程[1]。
3.數(shù)字化工廠平臺(tái)架構(gòu)
數(shù)字化工廠軟件是虛擬制造平臺(tái)，對(duì)于縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少制造成本和降低項(xiàng)目決策風(fēng)險(xiǎn)都具有重大意義。
數(shù)字化工廠軟件還是實(shí)現(xiàn)并行工程的工具。產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門和制造工藝部門可以在產(chǎn)品的制造特征（焊點(diǎn)、定位點(diǎn)、裝配位置等）領(lǐng)域緊密協(xié)作，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段進(jìn)行工程制造的仿真，在新產(chǎn)品的制造中盡量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的工藝和工裝卡具重復(fù)利用，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造的并行互動(dòng)的工作方式，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期、降低制造成本和加快新產(chǎn)品投放市場(chǎng)[2]。
數(shù)字化工廠在工藝層面的主要應(yīng)用包括工廠布局仿真優(yōu)化、工藝流程規(guī)劃及仿真驗(yàn)證、虛擬裝配設(shè)計(jì)與驗(yàn)證、物流仿真。工廠布局仿真優(yōu)化是建立車間廠房、物流通道、制造資源等的三維數(shù)字模型，為工藝、裝配、物流仿真建立基礎(chǔ)。是工藝流程規(guī)劃及仿真驗(yàn)證在三維數(shù)字環(huán)境下對(duì)產(chǎn)品的工藝進(jìn)行規(guī)劃，制定工藝路線，如NC編程、流程排序、資源分配、工時(shí)定額，成本核算等，并對(duì)加工工藝過程進(jìn)行三維仿真，仿真工藝路線，刀具切換，裝夾過程等。虛擬裝配設(shè)計(jì)與驗(yàn)證是提供一個(gè)虛擬制造環(huán)境來(lái)規(guī)劃驗(yàn)證和評(píng)價(jià)產(chǎn)品的裝配制造過程和裝配制造方法，檢驗(yàn)裝配過程是否存在錯(cuò)誤，零件裝配時(shí)是否存在碰撞。它把產(chǎn)品、資源和工藝操作結(jié)合起來(lái)來(lái)分析產(chǎn)品裝配的順序和工序的流程，并且在裝配制造模型下進(jìn)行裝配工裝的驗(yàn)證、仿真夾具的動(dòng)作、仿真產(chǎn)品的裝配流程，驗(yàn)證產(chǎn)品裝配的工藝性，達(dá)到盡早發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的目的。物流仿真是工廠布局規(guī)劃與仿真的輔助工具之一，在三維環(huán)境下對(duì)物流仿真邏輯進(jìn)行建模，主要分析工位裝配任務(wù)分配的合理性，物流路徑規(guī)劃的合理性，物流設(shè)備的分配以及利用率等，從而評(píng)價(jià)和優(yōu)化物流規(guī)劃方案；基于建立的物流仿真模型，可以調(diào)整參數(shù)和物流方案，實(shí)時(shí)獲得仿真結(jié)果。
數(shù)字化工廠平臺(tái)在制造層面的主要應(yīng)用為MES系統(tǒng)，包括制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排程、生產(chǎn)調(diào)度執(zhí)行、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集及歸檔、產(chǎn)品跟蹤等功能。
4.數(shù)字化工廠收益
一個(gè)制造企業(yè)完善的企業(yè)信息平臺(tái)應(yīng)由三大塊構(gòu)成，即：PDM/CAD系統(tǒng)，為企業(yè)提品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理；ERP系統(tǒng)，為企業(yè)提供物質(zhì)資源、資金資源和信息資源集成信息，進(jìn)行企業(yè)資源管理；數(shù)字化工廠平臺(tái)，即制造過程管理系統(tǒng)，為企業(yè)提供數(shù)字化的制造信息平臺(tái)，進(jìn)行制造工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)，工程仿真和生產(chǎn)過程管理。成為數(shù)字化工廠，首先要做到柔性制造，即通過自動(dòng)化的理念把產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)與自動(dòng)化設(shè)計(jì)集成到一個(gè)平臺(tái)上。系統(tǒng)能夠根據(jù)加工對(duì)象的變化或原材料的變化而確定相應(yīng)的工藝流程。第二點(diǎn)，也是比較關(guān)鍵的部分，即虛擬投產(chǎn)，即借助虛擬化過程來(lái)檢驗(yàn)整個(gè)生產(chǎn)過程，驗(yàn)證產(chǎn)品。
國(guó)內(nèi)制造企業(yè)通過利用數(shù)字化工廠技術(shù)能夠帶來(lái)的收益包括：
（1）在3D的環(huán)境下進(jìn)行制造工藝過程的設(shè)計(jì)，提高工藝設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)工人、數(shù)控測(cè)量的效率；
（2）用數(shù)字化的手段驗(yàn)證產(chǎn)品的制造工藝可行性，避免工藝制造與設(shè)計(jì)脫節(jié)，提高工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量；
（3）現(xiàn)場(chǎng)的工藝問題在數(shù)字化仿真環(huán)境下提前得到分析，避免在后期對(duì)產(chǎn)品和流程進(jìn)行改變返工，避免規(guī)劃的失誤，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)可進(jìn)行精確掌控；
（4）掌握產(chǎn)品和流程的復(fù)雜性，提高產(chǎn)品的變種及對(duì)流程影響的透明度，建立典型工藝，經(jīng)驗(yàn)庫(kù)，減少重復(fù)工作；
（5）縮短產(chǎn)品工藝準(zhǔn)備周期，縮短新產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間（6）結(jié)合MES現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的及時(shí)采集、反饋，實(shí)現(xiàn)成本的及時(shí)統(tǒng)計(jì)、工藝的持續(xù)改進(jìn)，支持產(chǎn)品的后期維修。
5.實(shí)施關(guān)鍵因素
數(shù)字化工廠平臺(tái)涉及多層仿真層次，不同仿真目的，需要對(duì)物流，裝配，加工等進(jìn)行獨(dú)立仿真，并在統(tǒng)一的可視化環(huán)境下進(jìn)行結(jié)果分析。數(shù)字化工廠貫穿整個(gè)工藝設(shè)計(jì)、規(guī)劃、驗(yàn)證、直至車間生產(chǎn)工藝整個(gè)制造過程，不是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，需要與設(shè)計(jì)部門的CAD/PDM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行可制造性驗(yàn)證（工藝評(píng)審），同時(shí)，所有規(guī)劃還需要考慮工廠資源情況數(shù)字化工廠與設(shè)計(jì)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(shí)，數(shù)字化工廠還有必要把企業(yè)已有的規(guī)劃知識(shí)（如工時(shí)卡、焊接規(guī)范等）集成起來(lái)，整個(gè)集成的底部是PLM構(gòu)架。所以，需要與其他部門的信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并在PLM體系框架的指引下開展實(shí)施工作。
6.小結(jié)
數(shù)字化工廠涉及生產(chǎn)，設(shè)計(jì)，工藝、物流，管理，IT部門等業(yè)務(wù)單位以及多領(lǐng)域的技術(shù)人員，需要相關(guān)專業(yè)部門的全力配合，需要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)鏈的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和整合（包括產(chǎn)品，工藝，車間等）。對(duì)企業(yè)各方面的影響巨大，可能需要流程重組。因此，企業(yè)在具體的實(shí)施過程中，需根據(jù)自己的生產(chǎn)制造的實(shí)際過程和企業(yè)資源條件來(lái)決定，即需要在設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工、裝配、物流的哪一部分加強(qiáng)，進(jìn)而采取先點(diǎn)后面、循序漸進(jìn)的實(shí)施策略，不要一下鋪得太大。
參考文獻(xiàn)
[1]張浩，樊留群，馬玉敏，等.數(shù)字化工廠技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：5-12.
關(guān)鍵詞：數(shù)字化工廠；關(guān)鍵技術(shù)；制造數(shù)字化
數(shù)字化工廠是以制造產(chǎn)品和提供服務(wù)的企業(yè)為核心，由核心企業(yè)以及一切相關(guān)聯(lián)的成員構(gòu)成，使所有運(yùn)營(yíng)信息數(shù)字化的動(dòng)態(tài)“組織”。通過數(shù)字化工廠信息系統(tǒng)有效地組織控制人流、物流、資金流和信息流，實(shí)現(xiàn)組織內(nèi)部所有成員之間的高度協(xié)作和資源共享，為客戶提供滿意的產(chǎn)品和服務(wù)。而數(shù)字化工廠工作流管理系統(tǒng)作為數(shù)字化工廠信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是協(xié)調(diào)數(shù)字化工廠成員內(nèi)部、成員相互間的各項(xiàng)活動(dòng)的具體執(zhí)行者。數(shù)字化工廠是指以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，同時(shí)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(jì)和產(chǎn)品制造之間的橋梁。
一、數(shù)字化工廠概述
數(shù)字化工廠（DF）以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。在設(shè)計(jì)部分，CAD和PDM系統(tǒng)的應(yīng)用已相當(dāng)普及；在生產(chǎn)部分，ERP等相關(guān)的信息系統(tǒng)也獲得了相當(dāng)?shù)钠占?，但在解決“如何制造工藝設(shè)計(jì)”這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)上，大部分國(guó)內(nèi)企業(yè)還沒有實(shí)現(xiàn)有效的計(jì)算機(jī)輔助治理機(jī)制，“數(shù)字化工廠”技術(shù)與系統(tǒng)作為新型的制造系統(tǒng)，緊承著虛擬樣機(jī)（VP）和虛擬制造（VM）的數(shù)字化輔助工程，提供了一個(gè)制造工藝信息平臺(tái)，能夠?qū)φ麄€(gè)制造過程進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，模擬仿真和治理，并將制造信息及時(shí)地與相關(guān)部分、供應(yīng)商共享，從而實(shí)現(xiàn)虛擬制造和并行工程，保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行?！皵?shù)字化工廠”規(guī)劃系統(tǒng)通過同一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過具體的規(guī)劃設(shè)計(jì)和驗(yàn)證預(yù)見所有的制造任務(wù)，在進(jìn)步質(zhì)量的同時(shí)減少設(shè)計(jì)時(shí)間，加速產(chǎn)品開發(fā)周期，消除浪費(fèi)，減少為了完成某項(xiàng)任務(wù)所需的資源數(shù)目等，實(shí)現(xiàn)主機(jī)廠內(nèi)部、生產(chǎn)線供給商、工裝夾具供給商等的并行工程。數(shù)字化工廠（DF）是企業(yè)數(shù)字化輔助工程新的發(fā)展階段，包括產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化、生產(chǎn)準(zhǔn)備數(shù)字化、制造數(shù)字化、管理數(shù)字化、營(yíng)銷數(shù)字化。除了要對(duì)產(chǎn)品開發(fā)過程進(jìn)行建模與仿真外，還要根據(jù)產(chǎn)品的變化對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的重組和運(yùn)行進(jìn)行仿真，使生產(chǎn)系統(tǒng)在投入運(yùn)行前就了解系統(tǒng)的使用性能，分析其可靠性、經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量、工期等，為生產(chǎn)過程優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)制造提供支持。
二、數(shù)字化工廠的關(guān)鍵技術(shù)
通常研究的制造系統(tǒng)是非線性離散化系統(tǒng)，需要建立產(chǎn)品模型、資源模型制造設(shè)備、材料、能源、工夾具、生產(chǎn)人員和制造環(huán)境等、工藝模型工藝規(guī)則、制造路線等以及生產(chǎn)管理模型系統(tǒng)的限制和約束關(guān)系。數(shù)字化工廠是建立在模型基礎(chǔ)上的優(yōu)化仿真系統(tǒng)，所數(shù)字化建模技術(shù)是數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)。隨著虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行產(chǎn)品零件的三維造型、裝配分析和數(shù)控加模擬技術(shù)以及以上程分析技術(shù)不斷發(fā)展和完善，這種技術(shù)進(jìn)一步向制造過程領(lǐng)域發(fā)展。數(shù)字化建模的基礎(chǔ)上，對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、加工能力等各方面進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真優(yōu)化。隨著三維造型技術(shù)發(fā)展，三維實(shí)體造型技術(shù)已得到普遍的應(yīng)用。具有沉浸性的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，使用戶能身臨其境地感受產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程和制造過程，使仿真的旁觀者成為虛擬環(huán)境的組成部分。數(shù)字化工，軟件模塊之間以及和其他軟件模塊之間的信息交換和集成。虛擬環(huán)境的下具集、各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具、設(shè)備控制程序的生成器、各種報(bào)表的輸出工具等。
三、數(shù)字化工廠的解決方案
（一）產(chǎn)品研發(fā)的數(shù)字化和虛擬化
數(shù)字化工廠通過使用CAX等軟件，建立產(chǎn)品的邏輯、幾何、功能、性能和關(guān)聯(lián)等模型，實(shí)現(xiàn)基于模型的產(chǎn)品定義與關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，在虛擬的數(shù)字世界中完成多學(xué)科優(yōu)化、協(xié)同設(shè)計(jì)、優(yōu)化分析、制造試驗(yàn)仿真及模擬產(chǎn)品的制造和運(yùn)營(yíng)過程（包括虛擬工廠、生產(chǎn)線布局、物流等）。同時(shí)，通過PLM與ERP/MES等集成，實(shí)現(xiàn)三維模型、數(shù)字化工藝指令等信息向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的推送，并與質(zhì)量、采購(gòu)、物流等部門進(jìn)行共享。各部門依據(jù)這些共享信息即可開展相應(yīng)的零部件生產(chǎn)、原材料采購(gòu)、產(chǎn)品驗(yàn)收和產(chǎn)品確認(rèn)等工作。
（二）生產(chǎn)過程的精益化和標(biāo)準(zhǔn)化
數(shù)字化工廠是按照精益思想建設(shè)的，通過對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化整合，并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)程，確保車間生產(chǎn)節(jié)奏更加緊湊和有序。它使用ERP統(tǒng)一管理和下達(dá)生產(chǎn)指令，使用MES和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度、物料追蹤、數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控、工位操作、包裝發(fā)貨等生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)全過程的管理，并將檢測(cè)結(jié)果與PLM中設(shè)計(jì)模型進(jìn)行快速對(duì)比，形成從虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)到實(shí)際生產(chǎn)制造的閉環(huán)產(chǎn)品質(zhì)量控制，實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠到產(chǎn)品出廠的生產(chǎn)過程自動(dòng)化、裝備制造信息化和智能化、生產(chǎn)過程的高度透明化。
（三）車間生產(chǎn)的自動(dòng)化和集成化
數(shù)字化工廠車間生產(chǎn)自動(dòng)化是在統(tǒng)一通信、統(tǒng)一編程以及統(tǒng)一IT架構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過高運(yùn)行可靠性和可用性的數(shù)據(jù)鏈路（物聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)網(wǎng)等），把生產(chǎn)制造過程中眾多獨(dú)立的產(chǎn)品、工具與關(guān)聯(lián)的服務(wù)進(jìn)行集成，支持自動(dòng)化控制、制造執(zhí)行和企業(yè)資源管理等系統(tǒng)的完美整合。并將網(wǎng)絡(luò)與通信、傳感器與感知、自動(dòng)檢測(cè)、人機(jī)交互與專家系統(tǒng)等智能化技術(shù)加入車間制造單元與生產(chǎn)線中，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自優(yōu)化、自重構(gòu)、自診斷，形成高度的柔性生產(chǎn)方式，達(dá)到信息技術(shù)和制造技術(shù)深度融合的目的，使得高度智能的快速生產(chǎn)成為可能。
四、結(jié)束語(yǔ)
綠色和人文是數(shù)字化工廠的重要特征，所以數(shù)字化工廠的建設(shè)不僅要求體現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化元素，還要符合綠色人文的需求。它一方面用自動(dòng)化設(shè)備來(lái)減輕人員的體力消耗和精神壓力，以及用持續(xù)的職業(yè)發(fā)展規(guī)劃來(lái)延長(zhǎng)員工的工作壽命和工作質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
成都工廠以突出的數(shù)字化、自動(dòng)化、綠色化、虛擬化等特征定義了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展，是“數(shù)字化企業(yè)”中的典范。在工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的制造研發(fā)方面，成都工廠遵循全球統(tǒng)一的研發(fā)、生產(chǎn)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)訂單、財(cái)務(wù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)實(shí)施、物流和質(zhì)量進(jìn)行全數(shù)字化管理。它采用Siemens PLM（產(chǎn)品生命周期管理）軟件，通過虛擬化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)了信息的無(wú)縫互聯(lián)，使工廠全面透明化。利用制造執(zhí)行系統(tǒng)SIMATIC IT和全集成自動(dòng)化解決方案（TIA），能夠?qū)a(chǎn)品及生產(chǎn)全生命周期進(jìn)行集成，縮短高達(dá)50%的產(chǎn)品上市時(shí)間。成都工廠前瞻性的設(shè)計(jì)還賦予了工廠極高的靈活性，可滿足不同產(chǎn)品的混合生產(chǎn)，并為將來(lái)的產(chǎn)能調(diào)整做出合理規(guī)劃。
在成都工廠，放眼看到的設(shè)備和采用的技術(shù)，幾乎都來(lái)自西門子，這不得不欽佩西門子在制造方面的技術(shù)實(shí)力，同時(shí)也理解了西門子工廠在生產(chǎn)中對(duì)每一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與認(rèn)真，因?yàn)樽约阂彩怯脩簟?/p>
數(shù)字化從研發(fā)開始
新落成的成都工廠同時(shí)也是西門子全球第三個(gè)工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品研發(fā)中心，也就是說(shuō)，它同時(shí)承擔(dān)著西門子全球工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品的研發(fā)任務(wù)?？梢韵胍?，研發(fā)對(duì)于這樣一座數(shù)字化工廠來(lái)說(shuō)是非常重要的環(huán)節(jié)，是數(shù)字化旅程的起點(diǎn)。
在成都工廠，包括NX和Teamcenter在內(nèi)的西門子PLM數(shù)字化解決方案是產(chǎn)品研發(fā)的重要工具。研發(fā)人員通過NX軟件可進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，并可在設(shè)計(jì)中模擬組裝。這種數(shù)字化設(shè)計(jì)大大縮短了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到分析的迭代周期，可減少多達(dá)90%的編程時(shí)間，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
完成設(shè)計(jì)的產(chǎn)品載著自己專有的數(shù)據(jù)信息繼續(xù)前進(jìn)，通過CAM系統(tǒng)邁向生產(chǎn)線，同時(shí)，它的數(shù)據(jù)信息進(jìn)入到Teamcenter軟件中，供之后的制造、質(zhì)量、采購(gòu)和物流等部門共享，并實(shí)時(shí)更新，各部門都會(huì)在第一時(shí)間拿到最新的數(shù)據(jù)，因此避免了傳統(tǒng)企業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的由于溝通不暢而產(chǎn)生的差錯(cuò)，使效率大大提升。據(jù)介紹，數(shù)字化工廠協(xié)同、快速的研發(fā)，使產(chǎn)品上市時(shí)間縮短50%。
數(shù)字化生產(chǎn)和物流
在成都工廠，一層是布局緊湊的存放原材料的高位貨架立體倉(cāng)庫(kù)，采購(gòu)的原材料經(jīng)過檢驗(yàn)后都會(huì)存儲(chǔ)在這里。西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)研發(fā)基地卓越運(yùn)營(yíng)部經(jīng)理戴霽明介紹說(shuō)，在這個(gè)區(qū)域，進(jìn)料檢驗(yàn)人員采用Teamcenter中的同步數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，由物流管理系統(tǒng)將物料送入倉(cāng)庫(kù)，并進(jìn)行歸位，準(zhǔn)確地將原材料放入自動(dòng)化高位貨架。倉(cāng)庫(kù)中有近3萬(wàn)個(gè)物料存放盒，物料的存取通過“堆取料機(jī)”用數(shù)字定位的模式進(jìn)行抓取，而不是用傳統(tǒng)的叉車搬運(yùn)。
在一層的物料倉(cāng)庫(kù)還有兩座升降電梯與二層的生產(chǎn)車間相連。每天，由西門子MES系統(tǒng)生成的電子任務(wù)單都會(huì)顯示在工人工作臺(tái)前方的電腦上，而西門子的SIMATIC IT系統(tǒng)用來(lái)進(jìn)行整個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)度。SIMATIC IT集成了工廠信息管理、生產(chǎn)維護(hù)管理、物料追溯和管理、設(shè)備管理、品質(zhì)管理、制造KPI分析等多種功能，可以保證工廠管理與生產(chǎn)的高度協(xié)同。
戴霽明介紹說(shuō)，生產(chǎn)時(shí)，由SIMATIC IT產(chǎn)生生產(chǎn)訂單，向物料系統(tǒng)發(fā)出指令。物料系統(tǒng)得到指令后，將原材料從一層的自動(dòng)化高位貨架出庫(kù)，自動(dòng)經(jīng)輸送系統(tǒng)傳送至一層的升降梯，經(jīng)過升降機(jī)將物料提升到二層的生產(chǎn)車間。之后，由工人將提升上來(lái)的物料送到它應(yīng)該去的地方。
在自動(dòng)化生產(chǎn)線上，傳感器會(huì)自動(dòng)掃描產(chǎn)品的條碼信息，判斷下一個(gè)步驟。例如，生產(chǎn)表面貼裝，所有過程都是通過計(jì)算機(jī)模擬形成的。當(dāng)物料上架后，SIMATIC IT給出了生產(chǎn)指令，進(jìn)行自動(dòng)生產(chǎn)。第一個(gè)工序是絲網(wǎng)印刷，然后自動(dòng)進(jìn)入貼片工序，之后進(jìn)入質(zhì)量控制點(diǎn)。在成都工廠，生產(chǎn)中，當(dāng)產(chǎn)品要到達(dá)下一個(gè)工序前都要通過嚴(yán)格的檢驗(yàn)，整個(gè)生產(chǎn)過程中有20多個(gè)質(zhì)量控制點(diǎn)，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。視覺檢測(cè)是數(shù)字化工廠特有的質(zhì)量檢測(cè)方法，它用相機(jī)拍照下產(chǎn)品的圖像，與Teamcenter數(shù)據(jù)平臺(tái)中的正確圖像進(jìn)行比對(duì)，任何瑕疵都不會(huì)逃過，這相比傳統(tǒng)生產(chǎn)中的人工抽檢當(dāng)然要可靠和快速得多。
經(jīng)過多次裝配和多道檢驗(yàn)后的產(chǎn)品將到達(dá)包裝工位，經(jīng)過人工包裝和裝箱，自動(dòng)化產(chǎn)品就會(huì)通過升降梯和傳送帶被自動(dòng)運(yùn)送到物流中心或立體倉(cāng)庫(kù)。
傳統(tǒng)制造企業(yè)要通過幾十甚至上百人密集的流水線完成的生產(chǎn)，就這樣在西門子的數(shù)字化工廠里被自動(dòng)化地完成了，整個(gè)車間里的工人人數(shù)屈指可數(shù)。
在成都工廠落成的當(dāng)天，西門子為中國(guó)工業(yè)用戶量身打造的Simatic IPC 3000 SMART也作為首款由成都工廠研發(fā)和制造的工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。西門子工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)首席執(zhí)行官胡桉桐（Anton Huber）表示，成都工廠今后還將陸續(xù)生產(chǎn)西門子SIMATIC品牌的多款工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品，“西門子投資建設(shè)數(shù)字化企業(yè)，使成都工廠建成后可以立即加入西門子龐大的全球制造體系。成都工廠不僅面向本地市場(chǎng)，同時(shí)也為全球客戶提供高科技產(chǎn)品?！?/p>
2011年10月，西門子與成都高新區(qū)簽署投資協(xié)議，計(jì)劃在成都建立世界領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品生產(chǎn)研發(fā)基地。
關(guān)鍵詞：數(shù)字化工廠 校企合作 準(zhǔn)職業(yè)環(huán)境
中圖分類號(hào)：P631.4+24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（a）-0200-01
在當(dāng)今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，制造企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到他們正面臨著巨大的時(shí)間、成本、質(zhì)量等壓力?！皵?shù)字化工廠”技術(shù)與系統(tǒng)作為新型的制造系統(tǒng)，為制造商及其供應(yīng)商提供了一個(gè)制造工藝信息平臺(tái)，使企業(yè)能夠?qū)φ麄€(gè)制造過程進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，模擬仿真和管理，并將制造信息及時(shí)地與相關(guān)部門、供應(yīng)商共享，從而實(shí)現(xiàn)虛擬制造和并行工程，保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。在制造行業(yè)，數(shù)字化工廠更是發(fā)揮著重要的作用，相應(yīng)地對(duì)具備“數(shù)字化工廠”相關(guān)知識(shí)的人才的需求越來(lái)越突出。
1 數(shù)字化工廠的含義
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(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。主要解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的“鴻溝”，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中的設(shè)計(jì)；制造；裝配；物流等各個(gè)方面的功能，降低設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造之間的不確定性，在虛擬環(huán)境下將生產(chǎn)制造過程壓縮和提前，并得以評(píng)估與檢驗(yàn)，從而縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化的時(shí)間，并且提高產(chǎn)品的可靠性與成功。其工作流程如下：（1）從設(shè)計(jì)部門獲取產(chǎn)品數(shù)據(jù)；（2）從工裝工具、生產(chǎn)部門獲取資源數(shù)據(jù)（2D/3D）；（3）工藝規(guī)劃；（4）工藝驗(yàn)證、仿真；（5）客戶化輸出。
2 采用“校企合作”辦學(xué)方式培養(yǎng)具備“數(shù)字化工廠”人才存在的問題
隨著教學(xué)改革的不斷進(jìn)行“產(chǎn)教結(jié)合、校企合作”模式越來(lái)越受到各大院校的推崇。為了培養(yǎng)學(xué)生具備“數(shù)字化工廠”的相關(guān)知識(shí)，加強(qiáng)學(xué)校與企業(yè)的合作，使教學(xué)與生產(chǎn)的結(jié)合，校企雙方互相支持、雙向介入、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、資源互用、利益共享，使教育與生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。但在我國(guó)能夠做到這點(diǎn)的并不容易，原因如下。
2.1 政府推進(jìn)校企合作的政策法規(guī)與管理機(jī)制不健全
國(guó)家和省級(jí)政府職業(yè)教育校企合作的政策法規(guī)缺失與滯后，以及運(yùn)行機(jī)制不健全是造成校企合作不深人、不穩(wěn)定的主要原因。目前，政府出面統(tǒng)籌協(xié)調(diào)校企合作、聯(lián)合辦學(xué)、制定人才規(guī)劃的作用缺位，沒有出臺(tái)校企合作、工學(xué)結(jié)合、頂崗實(shí)習(xí)的政策法規(guī)，致使未能真正建立起校企合作的運(yùn)行機(jī)制、體制和模式。
2.2 企業(yè)參與職業(yè)教育發(fā)展的動(dòng)力不足
企業(yè)作為市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的主體，為了自身的生存與發(fā)展，盈利是經(jīng)營(yíng)目標(biāo)之一，其社會(huì)活動(dòng)多少會(huì)考慮到這一要素，是否參與職業(yè)教育的發(fā)展，對(duì)于企業(yè)的投入和收益均不能產(chǎn)生影響。因此，在沒有相關(guān)規(guī)定和應(yīng)激政策的機(jī)制下，企業(yè)對(duì)于職業(yè)教育發(fā)展關(guān)注較少。企業(yè)不愿意與職業(yè)院校合作的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）增加企業(yè)成本。在與學(xué)校合作的同時(shí)，企業(yè)需要派專人輔導(dǎo)學(xué)生，安排學(xué)生食宿問題，由于學(xué)生剛剛走入實(shí)習(xí)工作崗位，勞動(dòng)效率不高，增加原材料的使用費(fèi)用。（2）增加企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。學(xué)生由于不熟悉工作流程，一旦發(fā)生勞動(dòng)事故，企業(yè)需承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任和醫(yī)療賠償。（3）很難保證產(chǎn)品質(zhì)量，影響企業(yè)聲譽(yù)。
2.3 校企合作的有效模式尚未形成
現(xiàn)在還沒有形成有效的校企合作模式，不能使校企合作變成來(lái)自學(xué)校和企業(yè)自身內(nèi)在發(fā)展的一種動(dòng)力需要，急需創(chuàng)新校企合作的有效模式。校企合作由學(xué)校和教育部門推進(jìn)成效甚微，多數(shù)是短期的、不規(guī)范的、靠感情和人脈關(guān)系來(lái)維系的低層次的合作，尚未形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的、自愿的整體行動(dòng)。校企合作缺乏有效的合作模式和機(jī)制、缺乏校企雙方溝通交流的平臺(tái)，企業(yè)利益得不到保證、傳統(tǒng)的職業(yè)院校管理體制、運(yùn)行機(jī)制、投入政策等因素，都不同程度地影響了校企之間的合作，校企合作的有效機(jī)制模式?jīng)]有形成。
3 高職院校建立數(shù)字化工廠的意義
高職院校建立數(shù)字化工廠準(zhǔn)職業(yè)環(huán)境教育模式的培養(yǎng)過程在教學(xué)過程中實(shí)施雙向化，教師是學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者、促進(jìn)者、組織者和管理者，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供資料、咨詢等方面的支持，學(xué)生不再是被動(dòng)接受者，而是主動(dòng)探求者，教和學(xué)成為雙向式教學(xué)過程。其意義在于以下幾方面。
實(shí)現(xiàn)了高職教育的培養(yǎng)目標(biāo)，即面向生產(chǎn)和服務(wù)第一線的高級(jí)技術(shù)應(yīng)用型人才。高職畢業(yè)生不但懂得某一專業(yè)的基礎(chǔ)理論與基本知識(shí)，更重要的是他們具有某一崗位群所需要的生產(chǎn)操作和組織能力，善于將技術(shù)意圖或工程圖紙轉(zhuǎn)化為物質(zhì)實(shí)體，并能在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)和組織管理，解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題。通過數(shù)字化工廠準(zhǔn)職業(yè)環(huán)境方式的教育，高職學(xué)生能具備與高職人才需求相適應(yīng)的基本知識(shí)、理論和技能。通過一系列的訓(xùn)練加強(qiáng)了學(xué)生的職業(yè)教育，提升其知識(shí)、能力的職業(yè)性。
在高職院校建立“數(shù)字化工廠”，使高職院校的人才培養(yǎng)目標(biāo)與企業(yè)需求更為一致，增強(qiáng)職業(yè)院校自身產(chǎn)品研發(fā)能力和技術(shù)服務(wù)能力。改變職業(yè)院校傳統(tǒng)的教學(xué)模式，即：追求理論的系統(tǒng)性和完整性，缺乏針對(duì)性、實(shí)踐性和職業(yè)特色。逐漸形成與企業(yè)崗位職業(yè)能力相對(duì)應(yīng)的獨(dú)立實(shí)踐教學(xué)體系，學(xué)生在校所學(xué)知識(shí)和技能與現(xiàn)代企業(yè)要求趨于一致，從而實(shí)現(xiàn)職業(yè)院校畢業(yè)生達(dá)到頂崗實(shí)習(xí)的要求。
數(shù)字化工廠準(zhǔn)職業(yè)環(huán)境方式的教育要有過硬的師資隊(duì)伍。不僅要求教師具有較扎實(shí)的專業(yè)理論功底，也要具有較熟練的實(shí)踐技能，更要具有理實(shí)結(jié)合的教材分析及過程組合的能力，教師不僅是傳統(tǒng)意義上的雙師型人才，更要具有創(chuàng)新綜合能力。促使教師主動(dòng)參加具體崗位技能培訓(xùn)；到企業(yè)參加專業(yè)實(shí)踐；重點(diǎn)了解新技術(shù)應(yīng)用以及進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研實(shí)踐探索等等，以提升教師的綜合水平。
4 結(jié)語(yǔ)
如今隨著國(guó)家對(duì)教育的投入力度加大，越來(lái)越多的中高職學(xué)校以示范校建設(shè)為契機(jī)，全力開展與企業(yè)接軌的專業(yè)建設(shè)，汲取企業(yè)的先進(jìn)制造經(jīng)驗(yàn)，數(shù)字化工廠項(xiàng)目仿照企業(yè)模式，通過現(xiàn)代實(shí)訓(xùn)車間、8S管理等內(nèi)容建設(shè)構(gòu)建出數(shù)字化工廠模型，再配合企業(yè)應(yīng)用廣泛的CAD/CAPP/CAM/PDM等軟件，完成數(shù)字化工廠核心內(nèi)涵建設(shè)，并由此展開教學(xué)模式改革，做到真正與企業(yè)接軌。
參考文獻(xiàn)
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清晨，你照例打開客戶端了解時(shí)事，看到移民危機(jī)，瞬間進(jìn)入了一個(gè)移民男孩兒的故事，你就站在他家的一片廢墟之前，看著他無(wú)奈的離開，你聽見窗外爆炸的聲音、呼喊的聲音和這男孩兒離開時(shí)候的腳步聲.....
這種感覺可能是人們對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的普遍認(rèn)識(shí)，就是能夠?qū)⑷藗儙氲揭环N近乎現(xiàn)實(shí)的虛擬環(huán)境當(dāng)中。殊不知，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也在另一個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的影響，并引發(fā)了行業(yè)變革。
當(dāng)前，隨著計(jì)算機(jī)、傳感、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)的快速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)逐漸向工業(yè)領(lǐng)域滲透應(yīng)用，為制造業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)等各環(huán)節(jié)帶來(lái)了深刻變革，進(jìn)一步推動(dòng)了智能工廠的發(fā)展。日前，西門子在英國(guó)一處工廠里安裝了Virtalis虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）軟件和系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)裝配工藝的模擬和優(yōu)化、提高概念設(shè)計(jì)的效率、精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)單位和更加有效地進(jìn)行工廠規(guī)劃，通過VR技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行制造前的虛擬評(píng)估，解決其在制造過程早期階段出現(xiàn)的問題。
虛擬制造技術(shù)是以虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程統(tǒng)一建模，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)等全部流程的模擬和仿真。通過虛擬制造技術(shù)，企業(yè)能夠在設(shè)計(jì)階段就對(duì)產(chǎn)品制造的全過程進(jìn)行虛擬集成，預(yù)測(cè)、檢測(cè)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能和制造可行性，達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化以及生產(chǎn)效率的最大化。奔馳、寶馬、大眾等公司利用虛擬制造技術(shù)建立“數(shù)字汽車”模型，設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)、車體、電氣線路等，并進(jìn)行碰撞分析和運(yùn)動(dòng)分析、模擬數(shù)控加工和質(zhì)量檢驗(yàn)等，可將新車型的研發(fā)生產(chǎn)周期從一年以上縮短至2個(gè)月左右，開發(fā)成本最多可降到原先的1/10。
基于虛擬現(xiàn)實(shí)打造的數(shù)字化模擬工廠能夠?qū)φ麄€(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期，推動(dòng)生產(chǎn)組織方式變革。虛擬現(xiàn)實(shí)是數(shù)字化模擬工廠的核心技術(shù)，數(shù)字化模擬工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用虛擬仿真技術(shù)對(duì)制造環(huán)節(jié)從工廠規(guī)劃、建設(shè)到運(yùn)行等不同環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬、分析、評(píng)估、驗(yàn)證和優(yōu)化，指導(dǎo)工廠的規(guī)劃和現(xiàn)場(chǎng)改善。數(shù)字化模擬工廠的典型應(yīng)用包括：加工仿真，如加工路徑規(guī)劃和驗(yàn)證、工藝規(guī)劃分析等；裝配仿真，如裝配設(shè)計(jì)、裝配過程運(yùn)動(dòng)學(xué)分析等；物流仿真，如物流效率分析、物流設(shè)施容量、生產(chǎn)區(qū)物流路徑規(guī)劃等；工廠布局仿真，如新建廠房規(guī)劃、生產(chǎn)線規(guī)劃等。
當(dāng)前，工業(yè)4.0概念延伸的智能工廠（Smart Factory） 成為了產(chǎn)業(yè)界和經(jīng)濟(jì)界的熱門話題。這場(chǎng)機(jī)器與機(jī)器對(duì)話的工業(yè)革命，正在世界各地悄悄興起。智能工廠把制造自動(dòng)化擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。通過人與智能機(jī)器的合作，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代技術(shù)專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)。它智能制造將在第三次工業(yè)革命的基礎(chǔ)上，從自動(dòng)化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。那么到底什么是智能工廠？智能工廠的德國(guó)和中國(guó)樣本是什么樣子，本文將向讀者系統(tǒng)地展示。
智能工廠的定義和特征
2017年3月，由國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心主辦、中國(guó)發(fā)展研究基金會(huì)承辦的中國(guó)發(fā)展高層論壇2017年年會(huì)上，工信部部長(zhǎng)苗圩在會(huì)上肯定了我國(guó)制造業(yè)不斷創(chuàng)新的成果，并認(rèn)為在工業(yè)4.0智能工廠時(shí)代工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新中心的建設(shè)將不斷提速。2017年4月7日，由e-works數(shù)字化企業(yè)網(wǎng)主辦的“2017深圳智能工廠高峰論壇”在深圳召開。深圳市也在準(zhǔn)備于今年12月開幕的深圳國(guó)際先進(jìn)制造與智能工廠展，智能工廠的發(fā)展已經(jīng)成為未來(lái)趨勢(shì)。
當(dāng)前，智能制造熱度高企，石化、鋼鐵、機(jī)械裝備制造、汽車制造、航空航天、飛機(jī)制造等行業(yè)紛紛開始探索建設(shè)智能工廠。作為“中國(guó)制造2025”的主攻方向，總理一直高度關(guān)注智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展?？偫碓诮衲甑摹墩ぷ鲌?bào)告》中剛剛提出2017年要全面深入實(shí)施《中國(guó)制造2025》?！吨袊?guó)制造2025》明確提出要推進(jìn)制造過程智能化，在重點(diǎn)領(lǐng)域試點(diǎn)建設(shè)智能工廠/數(shù)字化車間，這必將加速智能工廠在工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。
工信部印發(fā)的《原材料工業(yè)兩化深度融合推進(jìn)計(jì)劃（2015～2018年）》也提出，要以智能工廠示范為著力點(diǎn)，推動(dòng)企業(yè)向服務(wù)型和智能型轉(zhuǎn)變，提升我國(guó)原材料工業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力。
實(shí)際上，早在這些戰(zhàn)略和計(jì)劃之前，包括數(shù)字化工廠、智能工廠以及智能制造等概念就已經(jīng)出現(xiàn)。只不過，原來(lái)的概念都是建立在“數(shù)字化工廠”的基礎(chǔ)之上。數(shù)字化工廠的本質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)信息的集成，通過對(duì)企業(yè)全部流程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，將物理工廠變成數(shù)字化工廠。
而今提出的智能工廠，是在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù)，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計(jì)劃排程。同時(shí)，集初步智能手段和智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體，構(gòu)建高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保、舒適的人性化工廠?？梢钥闯觯悄芄S的本質(zhì)是人機(jī)交互，也就是賦予智能工廠自主判斷、自我學(xué)習(xí)、自行維護(hù)能力，能夠采集、分析、判斷、規(guī)劃和現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和流程；也可以利用可視技術(shù)進(jìn)行推理預(yù)測(cè)，利用仿真及多媒體技術(shù)，將實(shí)境擴(kuò)增展示設(shè)計(jì)與制造過程。
當(dāng)然，概念上的實(shí)現(xiàn)需要技術(shù)的支撐，沒有硬件的支持，智能工廠也是空中樓閣。
在硬件配備上，智能工廠主要是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、柔性、低耗能模式生產(chǎn)的工廠。比如智能工廠配備的智能儀表等要具有自我監(jiān)測(cè)、自我維護(hù)的感知能力，能夠理解環(huán)境信息和自身信息，并進(jìn)行分析和判斷；智能設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通和實(shí)時(shí)控制，通過設(shè)備間的互聯(lián)來(lái)提高設(shè)備間的協(xié)同作業(yè)的能力，從而使生產(chǎn)模塊間的搭配方式更靈活、更自由；同時(shí)還要有系統(tǒng)的軟件來(lái)支撐，實(shí)現(xiàn)總體數(shù)據(jù)整合，通過進(jìn)行大數(shù)據(jù)智能分析來(lái)建立專家系統(tǒng)，進(jìn)行智能決策。
除此之外，由于智能工廠主要在3C制造、物流倉(cāng)儲(chǔ)、食品飲料、機(jī)械制造、材料加工、包裝、汽車、醫(yī)藥、消費(fèi)品等行業(yè)應(yīng)用較多，所以智能工廠的生產(chǎn)設(shè)備需要具備足夠的安全性、可靠性、可用性和可維護(hù)性，并符合人機(jī)工程理念；生產(chǎn)流程能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理，生產(chǎn)物料、生產(chǎn)過程、物流、倉(cāng)儲(chǔ)、銷售、應(yīng)用數(shù)據(jù)可追溯；此外一般還需要具備生產(chǎn)可視化系統(tǒng)，能快速提供完整、準(zhǔn)確、及時(shí)、一致的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)資源、生產(chǎn)物流、操作人員等信息，并支持移動(dòng)和固定客戶端。智能工程還需要配備完善的產(chǎn)品質(zhì)量管理系統(tǒng)和測(cè)試檢驗(yàn)系統(tǒng)，以讓產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可控達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。
智能工廠的德國(guó)樣本：西門子、博世、巴斯夫和奧迪
作為工業(yè)4.0概念的提出者，德國(guó)也是第一個(gè)實(shí)踐智能工廠的國(guó)家。
位于德國(guó)巴伐利亞州東部城市安貝格的西門子工廠就是基于互聯(lián)網(wǎng)智能工廠的早期案例。西門子工廠主要生產(chǎn)可編程邏輯控制器（PLC）及相關(guān)產(chǎn)品，產(chǎn)品種類達(dá)1000多種。安貝格工廠可以看做是所有智能工廠的原型工廠。該工廠將工藝的規(guī)劃與工程化、生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃與工程化、仿真優(yōu)化及驗(yàn)證全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，并且能夠達(dá)到實(shí)體與數(shù)字信息同步，達(dá)到設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試信息一體化的聯(lián)動(dòng)，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)變化，都能在整個(gè)環(huán)節(jié)上同步進(jìn)行變更，強(qiáng)調(diào)的是集成的、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。
正是依賴統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和聯(lián)動(dòng)機(jī)制，安貝格工廠僅通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就可以進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，大多數(shù)設(shè)備都在無(wú)人操作狀態(tài)下進(jìn)行挑選和組裝。安貝格工廠為全球6萬(wàn)多家客戶提品，達(dá)到自接到訂單，最短可達(dá)到一天之內(nèi)為用戶提品，生產(chǎn)組織形式真正高效、靈活。這個(gè)占地10萬(wàn)平方米的廠房?jī)?nèi)，員工僅有1000名，最令人驚嘆的是，每100萬(wàn)件產(chǎn)品中，次品約為15件，可靠性達(dá)到99%，追溯性更是達(dá)到100%。
位于德國(guó)洪堡的博世工廠主要生產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，作為博世公司旗下智能工廠的代表，博世工廠主要解決的是機(jī)器與人之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，在博世工廠，人始終能在智能生產(chǎn)中找到一席之地，而且人是整個(gè)生產(chǎn)體系中最靈活的一部分。尤其是在很多裝配的精細(xì)環(huán)節(jié)，機(jī)器的出錯(cuò)率依然很高，所以博世工S也建立了工人同機(jī)器人“混搭”而成的生產(chǎn)線，這樣就將人力轉(zhuǎn)移到更加靈巧和復(fù)雜的工序中去。
為了便于人機(jī)對(duì)話，博世工廠生產(chǎn)線所有零件都有一個(gè)獨(dú)特的射頻識(shí)別碼，能同沿途關(guān)卡自動(dòng)“對(duì)話”。每經(jīng)過一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，讀卡器會(huì)自動(dòng)讀出相關(guān)信息，反饋到控制中心進(jìn)行相應(yīng)處理，從而提高整個(gè)生產(chǎn)效率。獨(dú)立的射頻碼給博世公司旗下工廠的20多條生產(chǎn)線帶來(lái)了低成本高效率的回報(bào)。目前博世在全球十家工廠每個(gè)月掃描200萬(wàn)個(gè)射頻碼。而這種讓每個(gè)零件都能說(shuō)話的技術(shù)，也是智能工廠的重要體現(xiàn)形式。
德國(guó)巴斯夫化工集團(tuán)凱澤斯勞滕工廠也是智能工廠的佼佼者。還是對(duì)于射頻碼的利用，傳統(tǒng)化工巨頭巴斯夫則在這方面更進(jìn)一步。巴斯夫位于凱澤斯勞滕的試點(diǎn)智能工廠所生產(chǎn)的洗發(fā)水和洗手液已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。隨著網(wǎng)上的測(cè)試訂單的下達(dá)，其生產(chǎn)流水線上的空洗手液瓶貼著的射頻識(shí)別標(biāo)簽會(huì)自動(dòng)地跟生產(chǎn)機(jī)器進(jìn)行通訊，告知后者它需要何種肥皂、香料、瓶蓋顏色和標(biāo)記。在這樣的流水線上，每一瓶洗手液都有可能跟傳送帶上的下一瓶全然不同。值得注意的是，巴斯夫化工集團(tuán)的很多理念已經(jīng)引起了歐洲化工界的普遍注意。德國(guó)Dechema協(xié)會(huì)2016年9月公布的白皮書“化工企業(yè)的數(shù)字化”更是將巴斯夫工廠作為典型案例進(jìn)行解析，PROCESS雜志于2016年10月在德國(guó)維爾茨堡舉辦的“第六屆數(shù)字化工廠”論壇的總結(jié)認(rèn)為，智能化工工廠是全數(shù)字化控制的、建立在數(shù)字化流程設(shè)備基礎(chǔ)之上的綜合化工生產(chǎn)基地。其主導(dǎo)思想是：為復(fù)雜的流程工藝設(shè)備開發(fā)數(shù)字化的3D模型，從流程設(shè)備的規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和安裝調(diào)試開始，在流程設(shè)備的整個(gè)壽命周期內(nèi)都可以使用的3D模型。而巴斯夫智能工廠建設(shè)以來(lái)的第一號(hào)目標(biāo)就是，每一臺(tái)真實(shí)的流程設(shè)備都有一個(gè)完整的、可供智能化網(wǎng)絡(luò)使用的數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)。
奧迪一直都十分重視生產(chǎn)線技術(shù)的創(chuàng)新和突破。目前，奧迪在生產(chǎn)的許多方面都已經(jīng)達(dá)到了“智能工廠”的要求。例如，通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)工具“世界之窗”（Window to the World）系統(tǒng)，預(yù)生產(chǎn)中心的員工能夠?qū)⑻摂M3D零部件投影到汽車上，從而實(shí)現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的汽車開發(fā)精確結(jié)合。在奧迪模具部門，先進(jìn)的3D打印設(shè)備能夠生產(chǎn)出復(fù)雜的金屬零部件，其智能工具可以通過準(zhǔn)確的高壓分配對(duì)金屬板材進(jìn)行沖壓，精確度高達(dá)百分之一毫米。在英戈?duì)査顾毓S的裝配車間，機(jī)器人與員工在生產(chǎn)線上并肩工作，機(jī)器人以適當(dāng)?shù)乃俣群头先梭w工學(xué)的位置向員工傳送零部件。
在奧迪智能工廠中的零件物流運(yùn)輸全部由無(wú)人駕駛系統(tǒng)完成。小型化、輕型化的機(jī)器人將取代人工來(lái)實(shí)現(xiàn)瑣碎零件的安裝固定。奧迪智能工廠發(fā)明的柔性抓取機(jī)器人最大特點(diǎn)在于柔性觸手，這種結(jié)構(gòu)類似于變色龍舌頭，抓取零件更加靈活。除了抓取普通零件外，柔性抓取機(jī)器人還可以抓取螺母、墊片之類的細(xì)微零件。
奧迪的在線雜志《Encounter》還展望了未來(lái)汽車生產(chǎn)的遠(yuǎn)景：放棄傳統(tǒng)的裝配線，采用獨(dú)立智能工作臺(tái)（competence islands）生產(chǎn)汽車，所有的部件由3D打印制作，無(wú)人機(jī)負(fù)責(zé)材料的運(yùn)輸，汽車則在生產(chǎn)完成后自動(dòng)駛離生產(chǎn)線。
可以看到，德國(guó)的智能工廠主要依賴數(shù)字化、模擬仿真、模塊化及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，和基于自己產(chǎn)品的物料清單、工藝清單的數(shù)字化、信息化與自動(dòng)化的高度融合，來(lái)實(shí)現(xiàn)智能工程的穩(wěn)定運(yùn)行。
智能工廠的中國(guó)樣本：格力、美的、海爾和鴻海
美的已在合肥、武漢、廣州空調(diào)生產(chǎn)中心建設(shè)了三座智能工廠。所謂“智能”，指工廠在設(shè)備自動(dòng)化、生產(chǎn)透明化、物流智能化、管理移動(dòng)化、決策數(shù)據(jù)化進(jìn)行了升級(jí)和改造。主要用于美的家電空調(diào)等產(chǎn)品的制造。工廠內(nèi)建有智能化中控中心，可實(shí)現(xiàn)線上線下數(shù)據(jù)共享，通過手機(jī)等移動(dòng)終端實(shí)時(shí)了解數(shù)據(jù)，接入平臺(tái)。
據(jù)悉，美的智能工廠的設(shè)計(jì)與搭建共耗時(shí)兩年時(shí)間，前期走訪德國(guó)、日本等國(guó)調(diào)研，累計(jì)投入50億元。廠內(nèi)共布設(shè)有1500臺(tái)機(jī)器人，改用智能工廠后，訂單交付周期縮短50%，效率增長(zhǎng)100%。在C2M（Consumer to Manufacturer，反向定制）的制造模式下，客戶從下訂單到收貨，12天完成，還可全程訂單跟蹤。在美的的智能制造產(chǎn)業(yè)布局中，庫(kù)卡作為主體，幫助美的集團(tuán)在機(jī)器人本體生產(chǎn)、工業(yè)自動(dòng)化方案、系統(tǒng)集成、以及智能物流等領(lǐng)域全面布局。
在格力空調(diào)武漢生產(chǎn)線，已實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化。經(jīng)過格力人不懈的努力，格力在智能制造上取得了矚目的成就，自主研發(fā)的智能產(chǎn)品覆蓋了工業(yè)機(jī)器人、智能AGV、數(shù)控機(jī)械手、大型自動(dòng)化線體、數(shù)控機(jī)床、智能檢測(cè)設(shè)備、工業(yè)零部件等10多個(gè)領(lǐng)域，上百種規(guī)格產(chǎn)品，超百項(xiàng)專利技術(shù)。整個(gè)格力電器武漢工廠共安裝了120臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，這些機(jī)器人和自動(dòng)化生產(chǎn)線都是格力自己研發(fā)生產(chǎn)的，具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在格力智能總裝工廠里面，AGV智能物流系統(tǒng)自動(dòng)將需要的物料運(yùn)達(dá)指定地點(diǎn)，然后由機(jī)器人接力，將物料提上生產(chǎn)線，自動(dòng)打上螺釘螺母，之后在計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)線上，由機(jī)器人自動(dòng)安裝底盤、插管、頂蓋等各個(gè)部件，中間還穿插人工輔助的以機(jī)器人操作為主的焊接和制冷劑灌注等工藝流程。最后在末端進(jìn)行自動(dòng)化套袋、包裝，一臺(tái)空調(diào)就生產(chǎn)出來(lái)了。
海爾先后建造了沈陽(yáng)冰箱、鄭州空調(diào)、佛山滾筒、膠州空調(diào)、青島熱水器、FPA電機(jī)、青島模具和中央空調(diào)七大互聯(lián)工廠。在不斷改良、迭代中追求高精度下的高效率。海爾的智能工廠可以實(shí)現(xiàn)信息在“人―人”、“人―物”、“物―物”之間自動(dòng)傳遞的理念，此外柔性生產(chǎn)線、智能互聯(lián)工廠可以滿足為用戶大規(guī)模定制的需求。
海爾打造的智能平臺(tái)COSMOPlat是“企業(yè)和智能制造資源最專業(yè)的連接者”，能夠幫助更多的企業(yè)更快、更準(zhǔn)確的向大規(guī)模定制轉(zhuǎn)型。作為中國(guó)首個(gè)、也是最大的自主研發(fā)和創(chuàng)新的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”平臺(tái)，COSMOPlat目前有20多套相關(guān)軟件均屬海爾自主產(chǎn)權(quán)開發(fā)。它既不等同于美國(guó)由“軟”至“硬”的模式，也跟德國(guó)以“硬”求“軟”的模式不同，而是海爾在打造互聯(lián)工廠的實(shí)踐中，逐步構(gòu)建的一個(gè)開放共享的生態(tài)體系。該平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)的核心用戶可以全流程參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)制造、物流配送、迭代升級(jí)等環(huán)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從大規(guī)模制造到大規(guī)模定制的快速轉(zhuǎn)型。現(xiàn)在海爾COSMOPlat平臺(tái)上聚集了上億的用戶資源，同時(shí)還聚合了300萬(wàn)+的生態(tài)資源，形成了用戶與資源、用戶與企業(yè)、企業(yè)與資源的3個(gè)“雙邊市場(chǎng)”。目前海爾的COSMOPlat與通用電氣的Predix、西門子的Mindsphere平臺(tái)已經(jīng)成為智能制造的代表平臺(tái)，推動(dòng)中國(guó)的制造業(yè)不斷向智能制造領(lǐng)域邁進(jìn)。
鴻海集團(tuán)布局的智能工廠已經(jīng)擴(kuò)及在中國(guó)28個(gè)廠區(qū)，智能工廠朝向無(wú)紙化、無(wú)人化和圖像化發(fā)展。目前鴻海正在與英特爾（Intel）合作，推動(dòng)富士康在武漢智能工廠轉(zhuǎn)型。 鴻海集團(tuán)積極布局機(jī)器人、高階設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、智能生產(chǎn)、智能工廠與系統(tǒng)整合。透過建立平臺(tái)，累積龐大的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，逐步具有分析能力，朝向軟硬整合目標(biāo)前進(jìn)。鴻海集團(tuán)在中國(guó)持續(xù)布局熄燈工廠，目前集團(tuán)熄燈工廠數(shù)超過5個(gè)，有望增加到10個(gè)，包括成都制造平板計(jì)算機(jī)的塑料成型、噴涂、CNC加工等制程，就采用熄燈工廠模式。 此外，鴻海集團(tuán)在重慶廠區(qū)的一體成型計(jì)算機(jī)以及顯示器部分制程，以及鄭州廠區(qū)的CNC工廠，也采用熄燈工廠模式。
中國(guó)建造“智能工廠”還需要苦練內(nèi)功
2017年3月，上海市經(jīng)信委印發(fā)了《關(guān)于上海創(chuàng)新智能制造應(yīng)用模式和機(jī)制的實(shí)施意見》，以加快上海智能制造發(fā)展，實(shí)施期限為2017-2020年。《意見》指出，培育10家引領(lǐng)性智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商，建設(shè)100家示范性智能工廠，帶動(dòng)1000家企業(yè)實(shí)施智能化轉(zhuǎn)型。此外，唐山曹妃甸區(qū)出臺(tái)《打造北京曹妃甸F代產(chǎn)業(yè)加工制造基地工作方案》，提出通過創(chuàng)新協(xié)同制造模式，到2020年，聯(lián)合北京打造5個(gè)智能工廠或互聯(lián)工廠，建設(shè)50條（個(gè)）自動(dòng)化生產(chǎn)線或數(shù)字化車間。
如果先生產(chǎn)100輛卡車，則會(huì)產(chǎn)生大量的待售品，占用更多的現(xiàn)金流。理想的生產(chǎn)狀況是進(jìn)行靈活的小批量、多批次生產(chǎn)，使生產(chǎn)得以均勻、連續(xù)，這樣產(chǎn)生的庫(kù)存待售品才最優(yōu)，而且生產(chǎn)過程的原材料消耗會(huì)更少，現(xiàn)金流也更為順暢。未來(lái)制造工廠所追求的目標(biāo)必然不再是工業(yè)化大生產(chǎn)，而是建立在端對(duì)端數(shù)字化之上的多品種、個(gè)性化、高效優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)。
位于德國(guó)安貝格的西門子電子制造工廠（EWA）就是智能數(shù)字化未來(lái)工廠的夢(mèng)想雛形，今年上半年，我多次前往EWA進(jìn)行學(xué)習(xí)。同行的德國(guó)伙伴告訴我，就是這樣一座“樸素”的工廠，不僅實(shí)現(xiàn)了從管理、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)到物流配送的全過程數(shù)字化，還能通過先進(jìn)的信息技術(shù)，與美國(guó)研發(fā)中心進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)互聯(lián)。
在EWA生產(chǎn)車間，員工們身著藍(lán)色的工作服，有序地走在一塵不染、藍(lán)白相間的PVC地板上。齊胸高的灰藍(lán)色機(jī)柜整齊地排成一行，在安置其間的顯示器上，數(shù)據(jù)洪流如同瀑布一般，傾瀉而下。在這里，一場(chǎng)工業(yè)領(lǐng)域的“數(shù)字革命”正悄然拉開序幕。
自己生產(chǎn)自己
一直以來(lái)，EWA都被譽(yù)為西門子集團(tuán)王冠上的寶石?，F(xiàn)在，這個(gè)占地10000平方米的高科技生產(chǎn)車間，則成為了西門子實(shí)施“數(shù)字化企業(yè)平臺(tái)”的典范。
“數(shù)字化企業(yè)平臺(tái)”是實(shí)現(xiàn)數(shù)字制造的載體，它可以實(shí)現(xiàn)包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程以及生產(chǎn)執(zhí)行和服務(wù)的高效運(yùn)行，能以最小的資源消耗獲取最高的生產(chǎn)效率。在這種生產(chǎn)環(huán)境中，每個(gè)產(chǎn)品都有自己的代碼，產(chǎn)品可自行控制其本身的生產(chǎn)過程。換句話說(shuō)，生產(chǎn)代碼只需要告訴機(jī)器有哪些要求，接下來(lái)必須執(zhí)行哪道工序，產(chǎn)品就像會(huì)“說(shuō)話”一樣，通過數(shù)字化的“語(yǔ)言”讓其從設(shè)計(jì)到服務(wù)都暢通無(wú)阻。
EWA主要生產(chǎn)Simatic可編程邏輯控制器（PLC），以及其他工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品，產(chǎn)品種類達(dá)到了1000種?，F(xiàn)在，它們已經(jīng)將數(shù)字化工廠所需的主要組件部署完成，讓產(chǎn)品與生產(chǎn)機(jī)器之間可以互相“通信”，全部生產(chǎn)過程均為實(shí)現(xiàn)IT控制進(jìn)行了優(yōu)化，從而使故障率最小化。
依靠智能系統(tǒng)，EWA員工的工作流程與結(jié)果也發(fā)生了翻天覆地的變化：新的生產(chǎn)流程伴隨著不計(jì)其數(shù)的變化因素和錯(cuò)綜復(fù)雜的供應(yīng)鏈不斷得到優(yōu)化，在生產(chǎn)面積幾乎沒有擴(kuò)張，員工數(shù)量也沒變的情況下，產(chǎn)能卻提升了8倍，產(chǎn)品質(zhì)量更是比25年前提高了40余倍。EWA的負(fù)責(zé)人自豪地說(shuō)：“EWA的產(chǎn)品質(zhì)量合格率高達(dá)99.9988%。據(jù)我所知，全球沒有任何一家同類工廠可以實(shí)現(xiàn)如此低的故障率?！盓WA每年能生產(chǎn)約1200萬(wàn)件Simatic系列產(chǎn)品，按每年生產(chǎn)230天計(jì)算，即平均每秒就能生產(chǎn)出一件產(chǎn)品。
目前，EWA的生產(chǎn)設(shè)備和計(jì)算機(jī)可以自主處理75%的生產(chǎn)價(jià)值鏈，以前需要用人工完成的動(dòng)作通過“智能算法”固化在機(jī)器中，讓機(jī)器代替人工，只有剩余四分之一的工作需要由工人來(lái)完成。也就是說(shuō)，僅在最開始的時(shí)候，需要人工將印刷電路板放置在生產(chǎn)線上，此后所有的工作均可以由機(jī)器自動(dòng)控制進(jìn)行。Simatic系列產(chǎn)品的生產(chǎn)過程正是由它自身控制的，換句話說(shuō)就是“自己生產(chǎn)自己”。在這里，每條生產(chǎn)線幾乎都運(yùn)行著大約千臺(tái)Simatic控制器，自動(dòng)化流水線正在生產(chǎn)的就是西門子自動(dòng)化產(chǎn)品，這就好像美國(guó)科幻電影里的機(jī)器人生產(chǎn)機(jī)器人一般。
可見即可得
研發(fā)是數(shù)字化工廠“數(shù)據(jù)鏈條”的起點(diǎn)。在數(shù)字化制造的前提下，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造都基于同一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)，消除了EWA研發(fā)部門與生產(chǎn)部門工作的時(shí)間差，彼此同步進(jìn)行讓各方配合得更加默契，這大大改變了傳統(tǒng)制造的節(jié)奏。另外，由于在研發(fā)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠在工廠各個(gè)系統(tǒng)之間實(shí)時(shí)傳遞，同時(shí)數(shù)據(jù)的同步更新又避免了傳統(tǒng)工廠由于溝通不暢產(chǎn)生的誤差，更大大提升了EWA的生產(chǎn)效率。
作為EWA研發(fā)新產(chǎn)品的載體和工具，西門子PLM的產(chǎn)品開發(fā)解決方案――NX軟件，可以支持產(chǎn)品開發(fā)過程中從設(shè)計(jì)到工程和制造的各個(gè)方面，并通過集成多種學(xué)科仿真，來(lái)提供全系列先進(jìn)零部件制造應(yīng)用的解決方案，這是其他計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件都難以實(shí)現(xiàn)的。研發(fā)部門的工程師們可以通過NX軟件進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行模擬組裝和性能測(cè)試，真正實(shí)現(xiàn)“可見即可得”，這為研發(fā)人員節(jié)約了大量的時(shí)間和精力。當(dāng)然，這對(duì)工程師們也有一定要求，他們對(duì)將要用于制造產(chǎn)品的機(jī)器的屬性了解越透徹，所編寫的模擬程序就越精確。
在NX軟件中完成設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，都會(huì)帶著自己專屬的數(shù)據(jù)信息繼續(xù)“生產(chǎn)旅途”。這些數(shù)據(jù)一方面通過CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)）向生產(chǎn)線不斷傳遞，為完成接下來(lái)的制造過程做準(zhǔn)備；另一方面也被同時(shí)“寫進(jìn)”數(shù)字化工廠的數(shù)據(jù)中心――Teamcenter軟件中，供質(zhì)量、采購(gòu)和物流等部門共享。采購(gòu)部門會(huì)依據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息去采購(gòu)零部件，質(zhì)量部門會(huì)依據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行驗(yàn)收，物流部門則依據(jù)數(shù)據(jù)信息確認(rèn)零部件。
共享數(shù)據(jù)庫(kù)是Teamcenter最大的特點(diǎn)。當(dāng)質(zhì)量、采購(gòu)和物流等不同部門調(diào)用數(shù)據(jù)時(shí)，它們使用的是共享文檔庫(kù)，并能通過主干快速地連接到各責(zé)任方。即使數(shù)據(jù)發(fā)生更新，不同的部門也都能在第一時(shí)間得到最新的數(shù)據(jù)，這就使得EWA研發(fā)團(tuán)隊(duì)的工作變得更加簡(jiǎn)單、高效，避免了傳統(tǒng)制造企業(yè)在研發(fā)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間由于數(shù)據(jù)平臺(tái)不同而造成的信息傳輸壁壘。
流程更少更快
在EWA生產(chǎn)產(chǎn)品的過程中，高度的數(shù)字化得以充分體現(xiàn)。西門子全集成自動(dòng)化解決方案（TIA）將數(shù)字化與生產(chǎn)成功結(jié)合：PLC引導(dǎo)生產(chǎn)流程，視覺系統(tǒng)識(shí)別產(chǎn)品質(zhì)量，自動(dòng)引導(dǎo)車進(jìn)行產(chǎn)品傳遞，這都使得工廠產(chǎn)品的一次通過率（FPY）達(dá)到99%以上。
一名PLC裝配工位上的普通員工告訴我，他現(xiàn)在的日常工作都在電腦上完成。每天，由西門子MES系統(tǒng)生成的電子任務(wù)單都會(huì)顯示在裝配人員的電腦上，而實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換間隔小于1秒，這意味著操作人員隨時(shí)可以看到最新的版本，并可以細(xì)致入微地觀察每一件產(chǎn)品的生命周期。
而西門子MES系統(tǒng)SIMATIC IT則充當(dāng)了傳統(tǒng)制造企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度者。它采用虛擬化技術(shù)，由MES系統(tǒng)統(tǒng)一下達(dá)生產(chǎn)訂單，在與ERP系統(tǒng)高度集成之下，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃、物料管理等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送。此外，SIMATIC IT還實(shí)現(xiàn)了工廠信息管理、生產(chǎn)維護(hù)管理、物料追溯管理、設(shè)備管理、品質(zhì)管理和制造KPI分析等多種功能的集成，能夠保證工廠管理與生產(chǎn)協(xié)同。當(dāng)自動(dòng)引導(dǎo)車送來(lái)一個(gè)待裝配的產(chǎn)品時(shí)，傳感器就會(huì)掃描出產(chǎn)品的代碼，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)組ES系統(tǒng)，然后電腦上就會(huì)顯示出它的信息，MES系統(tǒng)再通過與西門子TIA全集成自動(dòng)化的互聯(lián)，等到相應(yīng)零件盒的指示燈亮起，裝配人員便可根據(jù)指示燈進(jìn)行操作。這滿足了自動(dòng)化產(chǎn)品“柔性”生產(chǎn)的需求 ，即在一條生產(chǎn)線上同時(shí)生產(chǎn)多種產(chǎn)品。有了指示燈的提示和對(duì)應(yīng)，即使換另外一種產(chǎn)品也不會(huì)怕裝錯(cuò)零件了。
待裝配人員確認(rèn)裝配完畢，按下工作臺(tái)上的一個(gè)按鈕，自動(dòng)化流水線上的傳感器就會(huì)掃描產(chǎn)品代碼，記錄它在這個(gè)工位的數(shù)據(jù)。SIMATIC IT以該數(shù)據(jù)作為判斷基礎(chǔ)，向控制系統(tǒng)下達(dá)指令，指揮引導(dǎo)車隨即將它送去下一個(gè)目的地。
在到達(dá)下一道工序前，產(chǎn)品必須通過嚴(yán)格的檢驗(yàn)程序，以PLC產(chǎn)品為例，在整個(gè)生產(chǎn)過程中針對(duì)該類產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)節(jié)點(diǎn)超過20個(gè)，可以充分保證產(chǎn)品的質(zhì)量。1000多臺(tái)掃描儀實(shí)時(shí)記錄著每一道生產(chǎn)工序以及諸如焊接溫度、貼裝數(shù)據(jù)和測(cè)試結(jié)果等詳細(xì)的產(chǎn)品信息。在此過程中，Simatic IT每天會(huì)生成并儲(chǔ)存約5000萬(wàn)條生產(chǎn)過程的信息。其中，視覺檢測(cè)是EWA數(shù)字化工廠特有的質(zhì)量檢測(cè)方法，相機(jī)會(huì)拍下產(chǎn)品的圖像與Teamcenter數(shù)據(jù)平臺(tái)中的正確圖像作比對(duì)，一點(diǎn)小小的瑕疵都逃不過SIMATIC IT品質(zhì)管理模塊的檢測(cè)。
在經(jīng)過多次裝配并接受多道質(zhì)量檢測(cè)后，成品將被送到包裝工位。經(jīng)過包裝、裝箱等環(huán)節(jié)，一箱包裝好的自動(dòng)化產(chǎn)品就會(huì)通過升降梯和傳送帶被自動(dòng)送達(dá)物流中心或立體倉(cāng)庫(kù)。這樣一個(gè)完整的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)的制造企業(yè)要通過幾十甚至上百人的手去完成，而在EWA的車間內(nèi)，絕大多數(shù)的工序都借以自動(dòng)化設(shè)備完成，實(shí)現(xiàn)了“又好又快”的生產(chǎn)操作模式，節(jié)省了大量的人力和時(shí)間。
“全程透明”的數(shù)字化物流
在EWA中，研發(fā)和生產(chǎn)過程通過數(shù)字化科技被發(fā)揮到了極致。同樣，在物流環(huán)節(jié)，數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)依然明顯，這體現(xiàn)在EWA的數(shù)字化物流系統(tǒng)的運(yùn)用中。
在物流上，ERP、西門子MES系統(tǒng)SIMATIC IT以及西門子倉(cāng)庫(kù)管理軟件發(fā)揮著重要的作用。例如，自動(dòng)化流水線上的傳感器會(huì)對(duì)引導(dǎo)車上的產(chǎn)品代碼進(jìn)行掃描，掃描得到的數(shù)據(jù)就會(huì)“告訴”軟件系統(tǒng)在該裝配環(huán)節(jié)需要的物料是什么，員工只需按動(dòng)按鈕，物料即從物料庫(kù)自動(dòng)輸送出，并通過流水線上傳感器的“指揮”，送到指定位置。這一過程“全程透明”且不需要人工干預(yù)，完全實(shí)現(xiàn)了從原材料、產(chǎn)品從起點(diǎn)至終點(diǎn)及相關(guān)信息的有效流動(dòng)。相對(duì)于傳統(tǒng)制造業(yè)，這種方式不但節(jié)省了時(shí)間，提高了效率，同時(shí)還避免了因信息傳遞不及時(shí)等原因造成的錯(cuò)誤生產(chǎn)和重復(fù)生產(chǎn)。
在物料的中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，依照精益生產(chǎn)中的“以需定產(chǎn)”原則和“拉式生產(chǎn)”概念，生產(chǎn)流程的各工序只會(huì)在收到實(shí)際需要的數(shù)量時(shí)才進(jìn)行生產(chǎn)，這就保證了工廠能夠“適時(shí)、適量并在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)生產(chǎn)出質(zhì)量完善的產(chǎn)品”。
在EWA布局緊湊的高貨架立體倉(cāng)庫(kù)，有近3萬(wàn)個(gè)物料存放盒用來(lái)存放更大批的物料。但其物料的存取并不用叉車搬運(yùn)，而是通過“堆取料機(jī)”用數(shù)字定位的模式進(jìn)行抓取，所以不必考慮叉車通過的距離，這讓物料庫(kù)的設(shè)計(jì)更加合理，從而節(jié)約了更多的空間。
在EWA，真實(shí)的生產(chǎn)工廠與虛擬的數(shù)字工廠同步運(yùn)行，真實(shí)工廠生產(chǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)參數(shù)、生產(chǎn)環(huán)境等都會(huì)通過虛擬工廠反映出來(lái)，而人則通過虛擬工廠對(duì)真實(shí)工廠進(jìn)行把控?！肮I(yè)4.0”的中心是智能化工廠，智能化工廠的基石是數(shù)字化信息處理系統(tǒng)。在西門子的概念中，EWA是真正意義上的智能化工廠，其自動(dòng)化不是簡(jiǎn)單的機(jī)械對(duì)人力的代替，而是既包含了自動(dòng)化生產(chǎn)，也包括了自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)，是建立在數(shù)字化生產(chǎn)基礎(chǔ)上的自動(dòng)化。
EWA的生產(chǎn)過程代表了西門子面向未來(lái)的技術(shù)，更展現(xiàn)了“工業(yè)4.0”未來(lái)的愿景――實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界和虛擬世界在生產(chǎn)過程中的完美融合，產(chǎn)品之間以及產(chǎn)品與機(jī)器設(shè)備間的通信將使生產(chǎn)路徑進(jìn)一步優(yōu)化。
