于广军
徐州生物工程职业技术学院 221006
摘要：20世纪中叶以来，随着微电子、自动化、计算机、通信、网络、信息等科学技术的迅猛发展，掀起了以信息技术为核心的新浪潮。Internet的发展引来了数字经济，并由此导致制造企业从形式到内容结构性的深刻变化，同时制造企业的竞争态势、市场经济、企业结构、公司形式、业务流程、管理模式、制造过程等也将随之而变。传统制造企业的数字化再造将在研发、生产、营销和管理等方面都广泛利用计算机和网络技术，构筑企业的数字系统，以全方位改造企业，降低生产成本和费用，增加产量与销售，实现增值，从而提高企业的经济效益。
关键词：制造业，数字化，创造
为了迎接这些变化带来的挑战，制造企业和制造过程必须走数字化的道路。数字制造业就成为一种用以适应日益复杂的产品结构，日趋个性化、多样化的消费需求和日益形成的庞大制造网络而提出的全新制造模式，并很自然地成为未来制造业发展的重要特征。
数字制造是在计算机、数字技术和网络信息技术与制造技术不断融合、发展和广泛应用的基础上诞生的，也是制造企业、制造系统和制造过程不断实现数字化的必然结果。本文探讨传统制造企业数字化重造的基本架构及其实现途径。
当年，制造活动的核心已经从商品的实物生产转移到知识的系统加工，它体现在使用网络环境下的先进信息工具和数字技术，通过缩短产品开发周期、整合企业模式、提高物流水平、加快产品流通、加速对市场需求的响应等，为用户创造价值。制造业未来的发展取决于是否采用先进网络技术与数字技术来管理复杂的网络化生产，使之更好地满足用户的需求。更多的附加值不是来自实物制造，而是产生知识与信息加工。
信息技术在飞速发展，在生产过程中利用信息技术的制造企业在快速增加，利用数字技术改造现有制造模式不仅成为可能，也是市场竞争所必需的，这就产生了“数字工厂”这一概念。制造企业将来的竞争力就取决于建立在实体工厂之上的数字工厂的运转。数字工厂这一概念正逐步被企业界和学术界所认同，数字工厂的建立将带领制造业迈进数字新纪元。
一、数字工厂概念
数字工厂建立在用计算机完成产品整个开发和“制造”过程的构思基础上。它要求在计算机中建立产品数字模型、对模型进行分析、改进产品设计方案，并且在数字状态下进行“试验”和“制造”，然后再对设计重新进行组合或者对制造过程进行改进。
数字工厂是指用计算机的数字模型来设计和制造整个产品，它通过建立在计算机上的产品数字模型树和结构树，对产品进行有限元分析、技术仿真等，并且不断改进产品、完善产品，在数字化环境下对产品设计进行重组，产生出新一代产品。同时它通过采用仿真技术等，对产品进行数字化制造、数字化装配，对产品进行“试验”和“制造”。由于产品在设计过程中已经经过了详细的干涉检查、有限元分析、仿真等，所以大大提高了新产品开发的一次成功率，避免了由于设计质量、工艺试验等所造成的时间和经济上的浪费。
二、数字工厂的模型
数字工厂是现有工厂（包括有形工厂和数据工厂）整体的数字化，或现有工厂的数字映射。它的输入是各种数据，输出是数字产品。
采用数字工厂的优点是：可以减少从订货到交货的时间；柔性地响应对产品型号和数量需求的快速变化；减少产品部件组装的存量；提高多品种小批量的并行生产能力；生产数据分析可以快速地反馈到产品设计与工作流管理中去；有效利用生产区域；无纸化管理；提高员工满意度；显著地削减新产品上市所必需的时间；大大提升产品达到满负荷产能的速度；立即使竞争优势转化为赢利能力的提高。
实现数字工厂后，远在千里之外的工程技术人员就可以随意用随身携带的笔记本电脑通过借助Internet，与公司内部的Intranet联上，现场进行数字化配置，用户可以根据自己的喜好完全自由地选择（或修改）自己所需求的产品。
三、数字工厂的组成
数字工厂的提出是对传统制造业的革命，它根据数字制造的原理，通过提供数字产品开发环境，利用计算机技术和网络技术，实现产品生命周期中的设计、制造、装配、质量控制和检测等各个阶段的功能，达到缩短新产品的上市时间、降低成本、优化设计、提高生产效率和产品的质量。它是对从生产线、加工单元到操作步骤的所有层次的细节进行数字化设计、仿真和优化的集成计算机环境。理想的数字工厂是指对产品全生命周期每一过程都能够进行数字化设计、分析及处理的数字工厂。
数字化工厂是一个集成化的计算机环境，它用于生产工程的各个环节，在不同的层次（小到操作步骤，大到生产单元、生产线乃至整个工厂）进行设计、仿真、分析和优化。它从并行工程的基本观点出发，在产品的设计阶段就同时考虑和解决生产工程的问题，包括工艺过程设计、工艺装备、机床设备、刀具、生产线或加工单元的布局、人体工程学、生产调度、物料管理等。因此，它的组成可以分为四个层次，如图6.35所示。
工厂级：对整个制造厂进行设计、仿真和优化，以解决瓶颈问题、平衡生产量、物流问题、生产计划和成本等问题。
生产线级：建立详细的生产线模型，评估不同的制造工艺，对运行中的生产线进行可视化、仿真和优化。
加工单元级：设计单元的所有加工细节，包括设备、手动操作、卡具和操作的顺序，向设备发送程序，把文件通过Internet/Intranet传给车间的操作工人。
生产操作级：在单元环境下设计、优化某一特定操作，如焊点布局、焊枪运动路径等。
四、常用的数字工厂的软件工具
美国IMAG公司的Tecnomatix数字化工厂三一整套丰富多彩、功能完善的软件工具，覆盖了广泛的应用范围。它的主要模块及其功能如下。
eM-plant (SIMPE++)是一个面向制造厂、生产线和工艺过程的设计、仿真和分析、优化的工具。它的应用对象可以三工厂网络、单个工厂、生产线或单元。建立仿真模型后，可以从机床设备、刀具、工具装备、暂存区、运输工具、物料、操作工人的舒适性和安全性、制造成本等多方面对系统进行分析，并进行多种可选方案的比较以支持系统决策。
eM-Workplace-(ROBCAD)是一个面向机器人生产系统的软件工具。它可以设计、仿真、优化自动化的或手动的制造系统，并完成离线编程任务。可以中屏幕上以图形方式建立虚拟制造环境，模拟实际生产过程。ROBCAD可以与多个CAD系统实现无缝集成，中设计制造过程时，可以从不同的CAD系统直接读取最新的产品数据。图6.37为该软件对机器人装配进行仿真的可视化结果。
eM-Assembler-(DYNAMO)是一个对产品组合件、装配件的装配工艺规程和维修过程进行动态分析研究的工具。它可以帮助验证新产品的制造可行性，研究、比较各种装配、分解过程的方案。eM-Assembler-(DYNAMO)可与CAD系统实现无缝集成，帮助设计人员提前发现设计错误和制造过程中可能出现的问题。
结语：数字制造必将成为未来制造业发展的重要特征和必然趋势
从社会经济角度来看，制造业的市场环境30年来发生了重大变化，为了适应数字和网络经济的时代，制造企业必须实现数字化改造。
这种数字企业或数字制造工厂必须能够利用数字技术为客户和企业员工设计全新的价值理念，发现创造和捕捉利润的新方法。数字制造企业将在研发、生产、营销和管理等方面都广泛利用计算机和网络技术，构筑企业的数字系统，以全方位改造企业，降低生产成本和费用，增加产量与销售，实现增值，从而提高企业的经济效益。
数字制造的发展，是当今社会经济和科学技术发展的必然结果，是网络和信息技术与制造科学结合的必然结果，是经济全球化、全球信息化的必然结果，是制造业竞争日趋激烈，市场瞬息万变的必然结果。
因此，数字制造必将成为未来制造业发展的重要特征和必然趋势。
参考文献
[1] 王敏．虚拟制造技术[M] ．北京：清华大学出版社，2009
[2] 张一民．数字制造[D] ．杭州：浙江大学，2013．