数字化工厂的发展与实现

1 数字化的概念

数据是人们利用规定的符号对现实世界的事物及其活动所做的抽象描述和记录，将数据以有意义的形式加以排列和处理，就形成了信息。记录数据最常用的是数字，如在数学语言中通用的是阿拉伯数字，二进制的“0”和“1”是计算机处理语言的基础。数字化是将各种形式的信息转变为可以度量的数据，再以这些数据为基础建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理和应用。接链环

.2 数字化工厂的发展

随着以计算机为核心的数字化技术应用于制造业，逐步产生了数字化工厂的概念。数字化工厂是将真实有形的工厂映射到虚拟的网络中，形成一个与现实工厂相对应的，其功能可以局部或全部模拟工厂行为的系统，可以反映或预测工厂真实的结果。数字化工厂最初侧重于企业内部微观过程数字化，主要是对产品生产过程机理知识的获取，以及进行生产工艺设计和优化控制，即通过虚拟制造技术对生产过程仿真，提前解决实际生产中可能出现的问题。随着技术的进步与功能的扩展，形成广义的数字化工厂，即利用集成的信息技术优化整个生产系统的设计与性能，实现生产运营和管理的数字化。

数字化工厂最初起源于数字化产品设计，其代表技术是CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAE（计算机辅助工程）、CAPP（计算机辅助工艺过程设计）和PDM（产品数据管理），目的是解决产品设计和产品制造之间的“鸿沟”。通过对生产过程的模拟，使生产制造过程在数字空间中得以检验，缩短从设计到生产的转化时间，优化生产线配置和布局，减少生产线准备和停机时间，提高产品质量。在广义的数字化工厂中，实现设计数字化、制造装备数字化、生产过程数字化、管理数字化，上至宏观战略决策、下到具体业务操作都采用数字化管理方法和手段。

.3 数字化工厂的应用

数字化工厂是由数字化模型、方法和工具构成的综合应用系统，通过连续的数据集成，对真实工厂进行虚拟现实的仿真，进行数字化综合集成应用。数字化工厂概念和产品出现后，许多制造企业进行实践应用，取得了不少的成功案例。波音公司采用数字化工厂技术缩短飞机设计与制造时间、减少产品缺陷，大幅度降低成本。欧洲空中客车公司在A380飞机研制过程，应用数字化技术，建立了基于PLM（产品生命周期管理）的全球设计制造管理信息平台，实现了分散在30个国家的1500家零部件生产商和供应商之间的网络协同，让所有合作伙伴在统一的数字化平台下协同地开展数字化方式的设计、制造、测试飞机零部件和飞机装配过程。康佳集团通过数字化工厂，减少了90%的手工操作错误，节约30%的产品研发费用。在国内外一些领先的炼油企业，全面集成各种现场数据，实时监测，动态预警，精细化生产运行管理和操作执行。如美国瓦莱罗（Valero）能源公司通过数字化工厂平台，实时监控20000个数据流的情况，对所有信息进行实时汇总，并可实时报警显示，通过电子仪表盘可以知道每桶油的能耗是否超过了计划用量，工厂每年可以节能1.2亿美元到2亿美元的成本。