数字化工厂的实现方式与应用分析

刘亮

摘 要 为解决产品设计、生产规划与制造之间的不确定性，提高生产系统的可靠性，人们提出了数字化工厂概念，本文是对数字化工厂概念的拓展，为数字化工厂的进一步应用提供思路借鉴。

关键词 数字化工厂 数字化建模 数字化仿真 虚拟制造

一、数字化工厂概念

想了解数字化工厂，应该先了解什么叫作数字化，所谓数字化，是将各种形式的信息转化为适当的数字化模型，对于计算机来说是转化为二进制代码（用0和1表示），从而引入计算机内部进行统一处理。数字化的基础是计算机技术，随着以计算机为核心的数字化技术在制造业的应用（利用计算机将复杂多变的声音、图像数字化），才有了数字化工厂的概念。数字化工厂是指以产品或服务全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，因此数字化工厂又被称为“虚拟工厂”。数字化工厂是对整个生产系统进行设计、优化，通过网络对各组分进行相关业务数据以及信息的交流，从而实现虚拟制造，利用实际运作中的信息，通过设定好的程序调整生产过程中可能出现的失误，实现实际运作的数字化。

二、要打造真正具有效益的数字化工厂

（一）设立试点项目

数字化的经济效益有时并不容易量化，而且在初始阶段，团队只能提供非常有限的技术概念和演示，因此可能導致难以争取到资金和利益相关方的认可。解决这些问题的手段就是试点。通过试点，企业能发现最适合自身的方式，将速赢的成效展现给整个组织并获得它们的认可，进而争取到资金用于大规模的推广。由于数字化工厂可能会给整个劳动力带来深远的变革，所以需要让工人加入试点工作中。在一两处生产基地纵向整合从数字化工程设计到以实时数据为支撑的生产规划，是一种可行的试点方案。在主要的生产设备上安装传感器和执行装置，或者使用数据分析来探索预测性维护方案，也能取得初步的成效。还可以在特定的工厂中实现特定产品线的数字化，将其作为不断学习和优化的契机。当然，企业还可以考虑与初创企业、高校或行业组织等外部的数字化领先者合作，加快数字化创新的步伐。

（二）确定所需的能力

生产环节中什么最重要？更完善、自动化程度更高的物流？为工人提供及时、定制化的信息？传感器集成网络？个人认为，从能力的角度出发考虑这个问题能带来更大的价值。数字化工厂的目标并不是实施最酷炫的新装置，而是达到提升效率、改善质量或增强业务本身等特定的目标。应该根据试点中汲取的经验，从组织、人才、流程和技术四个战略的维度，结合企业的生产战略和整体业务目标，详细勾勒出数字化工厂所聚焦的能力以及工厂体系的架构。

（三）成为数据分析和互联方面的领先者

流程及质量改善、资源管理、预防性维护，在数字化工厂里，这些解决方案几乎总是与互联息息相关。传感器协助收集数据，在信息层进行分析，然后传回联网的物流设施和生产设备上实时调整生产。在企业资源计划（ERP）、制造执行系统（MES）和产品生命周期管理（PLM）等不同系统间的打通和整合，熟练掌握能生成和传输数据的互联工具与系统，以及用于改善效率和质量的分析工具。

（四）推动工厂向数字化转型

通向数字化工厂的路是一条转型之路。如同其他转型一样，管理变革及其对员工的影响，是成功的关键。难以发现合格的人才、缺乏数字化企业文化、部分员工不愿拥抱数字化变革，这些都是常见的挑战。这些问题的解决之道在于及早与员工携手合作，对培训和继续教育开展投资，而这些投入会因为数字化工厂所带来的效率提升而被抵消。数字化环境的培育必须要有领导层的全力支持。高层必须将数字化工厂战略视为工作的重点，摒弃保守主义的姿态，加快项目的审批流程，从而让数字化团队加快推进转型进程。

三、数字化工厂的实际应用优势分析

从对汽车制造智能数字工厂的分析，可以发现，数字化工厂可以根据工厂实际情况，定制自己的工艺层次结构和资源库，减少工艺规划时间，提高规划质量预见并减少规划风险，减少工程成本实现设计部门以及生产部门的良好的集成，加速产品流入市场，适应新时代的要求，提升产品的竞争力，主要优势体现如下两方面，一方面数字化工厂的这些技术的应用方面非常广泛，几乎所有大型工厂都可以通过数字化工厂来减少多余人员利用、提升生产效率、贴近市场需求，从而提高竞争力，另一方面数字工厂可以更好地实现工厂自动化，自动完成产品制造的全部或部分加工过程。数字工厂可以用于计算机中确认自动机械的动作设备联动、安全关系等，使系统达到精益阶段，实现生产中更高程度的自动化。

四、结语

数字化工厂是集数字化建模、仿真和虚拟现实技术于一体的现代化制造新概念，通过设备实时信息数据管理集成在一起形成的现代化工厂，是实际工厂生产在数字环境中的描述与表达。本文基于传统生产制造过程中的问题和数字化工厂技术基础，阐述了如何具体构建数字化工厂。通过具体案例的分析达到对企业现场智能系统作用的理解，在数字化工厂相关技术的推动下，可使企业生产运营数据管理智能化、生产线可视化、企业价值最大化，真正实现数字化制造，帮助更多的企业跟随工业4.0的发展潮流。

（作者单位为贵州航天工业有限责任公司）

参考文献

[1] 李清松.走向未来的智能数字化工厂[J].化工自动化及仪表，2018，45（07）：503-508.

[2] 柏隽.对数字化工厂与工业互联网的理解[J].软件和集成电路，2018（04）：12-15.

[3] 吴青.企业数字化工厂建设及其关键技术研究[J].无机盐工业，2018，50（02）：1-7.