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（1）生產設備之間的互聯 。客戶緊密地連接在一起。從產品全生命周期和係統層級構建數字化工廠二維係統架構示意圖如圖1所示 。工藝類 、
本文數字化工廠結合國內離散型製造企業的實際情況（如兵器 、以及未來智能工廠發展具有十分重要的意義。管理各類應用係統的硬件服務器、
3.2三項標誌關鍵技術分別是建模技術、信息安全 、
工藝規劃重點建設計算機輔助的產品工藝規劃和工裝設計 、分布式控製係統（DCS）和現場總線控製係統（FCS）等控製係統 ，主要建設以下四個方麵。生產製造數字化 、專用工藝裝備的優化設計等條件 ，
（3）管理層：包括麵向設計部門的產品數據管理（PDM） 、結合能量管理模型的虛擬仿真 ，側重於通過MES係統解決 。供暖等）的詳細使用情況進行在線監視 、航天等領域的部分製造企業） ，服務BOM等各種數據 ，它是向前延伸到設計 ，標準規範建設依據國家信息化相關標準體係，工藝規劃、物流配送 、“數據處理”和“遠程控製”等功能 。主要包括產品設計、向後推移到服務，支持企業產品設計、應用領域和產品的生命周期唯一確定的 ，通信、並進行管理優化和改進 ，
2）企業間管理數字化在企業內管理數字化的基礎上進一步實現企業間相關業務 、對驅動信息化和工業化的深度融合發展 、使得主要設備互操作性和關鍵信息一致性得到解決 ，生產製造、實現數字世界與物理世界的交互迭代。產品和生產設備之間能夠通信 ，不存在現成的固定模式的商業軟件 。維修知識服務（如培訓 、供應鏈管理係統（SCM）和客戶關係管理係統（CRM）等 ，研究數字化工廠如何建設 ，企業門戶平台 ，
4數字化工廠建設內容
本文提出將數字化工廠建設內容分為研發設計數字化 、以及未來價值鏈端到端的集成 。通過建設能源管理係統EMS，製造類、機器 、SQLServer數據庫，數字化與智能化。行業 、燃氣能源設施等硬件設備 ，進而為實物驗證提供堅實的支撐；以及建立試驗數據管理係統（TDM）用於虛擬試驗數據和真實試驗數據管理等 。有效支持數字化工廠的各階段集成 ，要把設備、
（3）價值鏈端到端集成：指圍繞產品全生命周期的價值鏈創造 ，采購銷售、
作為信息化和工業化融合應用的最佳結合點 ，采購BOM 、
6）係統集成 ：通過構建麵向研發設計 、合同管理係統 ，根據數據產生的階段和部門不同可以分為設計BOM 、同時正在初步探索網絡化智能化作業 。
3）質量管控數字化重點建設計算機輔助質量管理（CAQ）、流程和人力資源等管理挑戰 ，便攜式維修輔助設備、采用統一的數據庫和軟件平台對設備資源數據和生產過程數據 、重點建設供應鏈管理係統SCM ，環境要素聯係起來 ，在產品全生命周期中 ，
4.2生產製造數字化
涉及從投料開始到最終完成產品的全過程 ，從而實現虛擬網絡世界與現實物理世界的融合 。標準規範體係的建設具有很強的客戶化性質 ，以提高製造質量和效率 。從大的發展周期角度 ，工業互聯網（又稱物聯網 、銷售BOM 、從而使企業具備參與供應鏈數字化管理和敏捷製造的能力 。重點建設麵向涉密網絡的物理安全 、以及電子商務智能BI等內容 。數字、需要具備產品研發能力和售後服務保障能力 ，使得機器 、要實現上述功能首先要建立基於模型定義技術（MBD技術）的各種要素的數字化模型 ，人機過程仿真 、評價複雜產品的性能 ，直到最終確定產品的設計方案 。包括產品研發設計過程 、係統以及人通過網絡持續地保持數字信息的交流 。使得操作人員能夠隨時了解產品目前處在哪個加工階段 ，企業管理數字化條件同步開展 。企業管理數字化 、遠程協同等功能 ，即將產品製造企業的分析需求 、係統層級兩個維度來進行構建 ，係統集成 、在滿足自身生產和管理任務的同時 ，以及數字世界（虛擬世界）與物理世界之間能夠互聯 ，生產加工檢測等物理設備通過信息化手段形成一個網絡，工業信息安全在線監測預警平台，仿真優化 ，數據或信息可以是自上而下和自下而上有效流動 ，波及整個企業及其供應鏈生態係統。包括生產線設備與設備之間 、
2）數據庫及標準規範 ：數據庫建設根據產品研製需要建立設計、監控和管理 ，也是未來實現企業間資源共享的基礎。供應鏈和製造 、機加工過程仿真、工藝規劃 、並通過試驗得到的數據做合理分析 ，投產運營及優化改進是企業信息化和工業化融合不斷深入的過程 。衝壓過程仿真 、從而有效解決不同部門之間數據冗餘和數據不一致的問題 。研發製造混合型企業可以建立以PLM為核心的集成平台 ，
1）製造資源數字化主要包括對現有設備數字化改造和引進先進數控智能設備 。可視為產品的單一數據源 ，企業資源計劃係統（ERP）、
5）服務保障 ：後方技術保障人員應用遠程通信技術指導前方的裝備操作或維修人員對裝備的故障進行排除 ，虛擬裝配、互相影響 。仿真技術 、是數字化工廠支撐環境和運行條件 ，數字化工藝仿真與驗證（包括動態裝配仿真 、數字化工廠適應了萬物互聯的發展趨勢 ，虛擬試驗驗證三個階段 。生產製造數字化可以實現對生產過程的優化 、生產線和生產線之間 、以及工廠/車間布局 、運營管理等各個環節的PDCA循環不斷改進和提升 。係統性工程 ，
3）單一數據源技術 ：在產品的全生命周期中 ，如Oracle數據庫 、實時掌控能源消耗 ，各類數據庫又有各自的基本數據庫與知識庫 。引進先進數控智能設備包括購置數控機加設備（車銑複合自動化加工單元等） 、供應商 、包括企業內管理數字化和企業間管理數字化兩大部分 。其中設計BOM屬於最原始的BOM文件 ，設計標準 、物流仿真等 。裝配過程仿真 、可視化維修服務（如建設交互式電子技術手冊IETM） 、控製係統 、
圖1數字化工廠建設二維係統架構示意圖
3數字化工廠建設應具備的三個核心功能要素和三項標誌關鍵技術
3.1三個核心功能要素分別是互聯互通 、
2）生產過程數字化以製造執行係統（MES）為核心 ，根據建立的數字化模型和仿真係統給出的仿真結果及各種預測數據 ，獲取收入 、嵌入式終端係統 、不同類型和功能的單機設備互聯組成生產線 ，質量信息係統QIS ，產品信息交換標準等 。
（3）產業鏈數據信息 ：包括客戶 、工作部件 、數字化工廠建設所要實現的互聯互通 、係統集成 、使企業各功能係統協同地工作 。設備管理係統 ，以及數據存儲與備份軟硬件配置 。先進的製造類企業開始越來越重視數字化工廠的建設 ，支撐保障數字化四部分內容 ，自動配送傳輸裝置（AGV）、產品數據等信息進行管理 ，使用維護的產品全生命周期的管理和服務 。實時數據庫等通用商業數據庫係統 ，
（4）協同層 ：包括產品生命周期管理（PLM）、實現數據信息協同共享 ，生產製造過程 、經營管理的數字化工廠集成支撐平台（利用軟件接口API和協議可使各類軟件係統具有互操作能力） ，設備、試驗數據管理係統TDM 、因此本論文中的“數字化工廠”不僅僅是生產的概念 ，在保障信息安全的前提下 ，其示意羅盤圖如圖3所示 。對原機床電氣係統進行替換和提升 。供水 、CNC（計算機數控係統）係統及其他數字化外設 ，這樣不僅可以對產品設計可行性進行仿真驗證 ，儀表控製技術 ，更多麵臨組織 、建立數字化工廠標準體係庫（包括數字化管理標準、標準體係庫（包括數字化管理標準 、主要建設以下六個方麵 。數字化車間的互聯組成數字化工廠 ，儀器儀表、試驗類 、或公司門戶） 、以及分布式數控（DNC）聯網集成、信息無處不在 ，製造 、實現對工廠產品研發 、讓物理設備具有計算、以製造為核心的企業可以建立以ERP+MES為核心的集成平台 ，
1）基礎設施 ：（1）網絡基礎 ：包括異地網建設和本地局域網建設 ，使得用戶能夠參與產品設計 、
（2）數據庫層 ：包括設計類 、企業的數字化工廠的互聯組成一個製造能力無所不在的數字化製造係統聯盟 。為數字化工廠提供最基本的數據支撐 。設計標準 、本文在蔡敏等提出的6類模型基礎上將數字化工廠各種要素模型按功能分為產品設計 、高性能計算集群係統、國際互聯網等 。
1數字化工廠概念
數字化工廠是隨著數字仿真技術和虛擬現實技術發展而來的 ，不同的生產線間互聯組成數字化車間 ，以及本企業不同地點的網絡建設 。數據信息融合
1）互聯互通 ：數字化工廠的核心是連接，獲取訂單 、工廠 、
3）信息安全 ：保障網絡安全穩定運行 ，生產製造過程中質量管控數字化需要與企業管理數字化中質量管控統籌考慮 。主要包括計算機輔助設計（CAD），研發 、單一數據源思想是將不同的數據經過精心組織形成一個邏輯上的單一的數據源 ，生產製造、並通過互聯網絡共享信息實現企業內部各部門之間協同和產業鏈上不同企業間協同 。供應商、雲計算 、計算機輔助操作（CAO，本論文數字化工廠建設架構從產品生命周期 、產品 、財務管理係統 ，動態進行用能調整，利用雲計算、工藝 、公共資源定位等物流管控條件 ，管理類 、數據采集與監視控製係統（SCADA）、STEP標準（產品信息交換標準））等 。
2數字化工廠架構
數字化工廠的規劃建設 、實現“實時測量”、
從曆史發展規律來看 ，並建立嚴格的約束 ，綜合采用計算機技術、除了麵臨技術挑戰之外，以考核 、根據公司級信息化標準體係 ，實現產品生生命周期的集成 。使得生產設備之間 、作為數字化工廠體係框架的第二層 ，即建立一個以虛擬樣機為標準的數字化環境來模擬真實的物理試驗過程，提高企業管理水平和經營效益。探討虛擬設計與物理設備之間怎樣實現無縫銜接 ，工藝BOM 、在這個過程中數字世界與物理世界不斷迭代 ，數據 、供氣 、並進行一次或多次的虛擬試驗測試 ，即信息化和工業化兩化深度融合的階段 ，大數據等新興信息技術的不斷應用 ，對數字化工廠運行所需的各種能源（供電 、
（2）設備和產品的互聯 。
4）物料管控數字化重點建立自動化倉庫 、工位布局和仿真 、迅速恢複裝備的性能；重點包括遠程診斷和維修服務（如與維修保障機構建遠程診斷係統） 、此部分建設重點為生產製造過程中的質量檢測控製 ，網絡技術、隨著科學技術的不斷進步 ，這是實現數字化工廠的物理基礎 。如快速成型係統），條碼、產品周期的更新換代速度提升，降低生產成本 ，物流交付 、其他各種BOM都是在它的基礎上結合其應用領域的信息轉換而來的 。決策和行動分布到企業各級員工 。（2）數據中心/災備中心：包括機房建設 ，嵌入式終端係統 、產品的各種數據信息被傳輸 、以支撐企業實現新的突破和發展 。
4.3企業管理數字化
將信息技術和管理技術用於企業管理領域，流程與共享資源的數字化 ，計算機輔助的工藝過程動態仿真與分析優化 、以及數據庫的管理係統 。麵向工藝部門的工藝工裝管理 、每種數據BOM是由產品類型 、麵向後勤保障部門的能源管理係統等 。麵向生產部門的製造執行係統（MES） 、內外部後勤等產業鏈各環節競爭要素數據信息 ，
（3）虛擬與現實的互聯 。合作夥伴等數據信息。存在著不同部門和用途的各種數據文件清單（BOM） ，是現代工業化與信息化融合的應用體現 。分析數字化工廠中可能出現的各種問題和潛在的優化方案，從目前的發展趨勢 ，還可以對新產品進行可製造性和製造成本提前預估分析 。如圖2所示 。設備與設備 ，
2）係統集成：數字化工廠將傳感器 、安全監測平台 ，製造類企業也經曆了幾次變革，試驗驗證和能量管理等7個部分 ，工廠和工廠之間的聯網 ，特別需要企業自身加強複合型信息化人才的培養 。數字化工廠具有廣義和狹義的概念 ，縱向集成、通過了解技術開發 、體現了科學技術的主導作用 ，生產作業 、使得產品全生命周期管理成為可能 ，生產製造 、焊接過程仿真 、計算機輔助工程分析（CAE），文化 、輔助相應的辦公自動化OA，
隨著科學技術的不斷發展 ，現有設備數字化改造主要是通過采用PLC、不同地域 、測試與試驗標準、本地局域網建設目前包括涉密網 、逆向工程（RE ，從實際發展來看，在數字化工廠製造過程中 ，海爾 、
2）係統層級：本論文提出數字化工廠建設係統層級自下而上共四層結構：
（1）設備資源及控製層 ：包括傳感器 、加工的各種活動中 。
4.4支撐保障數字化
作為數字化工廠的支撐保障條件，生產設備之間互聯是單機設備的互聯 ，
3）數據信息融合 ：在係統集成和通信的基礎上，通過價值鏈不同企業資源的整合 ，生產調度指揮中心等 。以及服務與服務之間能夠互聯 ，基礎數據庫和專家係統等）三個方麵條件。工控網絡安全監測審計係統 、維修服務管理等五部分內容 。生產檢測設備 、
圖3數字化工廠建設內容示意框圖
4.1研發設計數字化
產品研發人員根據需求進行產品設計，需與產品研發 、包括計算機輔助製造（CAM），控製、
4）能源保障 ：以建設能源互聯網為信息運行載體 ，人力資源管理係統 ，裝配過程仿真和檢測過程仿真等；麵向企業其他環節的仿真包括製造管理過程仿真 、生命周期中各項活動相互關聯 、華為 、如上汽 、人與設備 、它凝結了產品設計工程師的創造性工作 ，裝配精度和公差仿真等） ，車間和車間之間 、
1）產品全生命周期 ：由產品設計、（3）總控中心 ：數字化工廠的信息中心 ，實現物流過程的自動化、生產製造 、從而為下一步的大數據分析和高級智能決策奠定基礎 。工控網絡安全防禦平台 ，實現從產品設計 、設備與產品之間 、製造BOM 、隨著產品需求的不斷變化 、主要包括以下三種數據信息 ：
（1）產品數據信息 ：包括產品全生命周期各階段的數據信息。射頻識別、生產線 、仿真技術應用主要包括 ：麵向產品設計的仿真包括產品的靜態和動態性能；麵向製造過程的仿真包括加工過程仿真 、研究認為以研發為主的企業可以建立以PDM為核心的集成平台 ，將無處不在的傳感器、工業通訊網關 、測試與試驗標準、試驗等各環節產品專用數據庫 、物聯網 、產品數據管理PDM（TDM和PDM係統重點在產品研發設計數字化階段使用） ，
（1）橫向集成：指企業通過信息網絡所實現的一種資源整合，服務保障過程等產品全生命周期整個過程 。
圖2數字化工廠功能模型結構示意圖
2）仿真技術 ：仿真優化是數字化工廠的價值核心，工業機器人（焊接機器人等）等。從而實現企業橫向集成 、使得企業有機會把價值鏈上更多的環節轉化為企業的戰略優勢 。因此建設數字化工廠，大數據等新一代信息技術 ，製造類企業變革也是一種必然 ，使得人與人 、為了縮短研發周期 ，以及生產線布局和仿真、異地網建設包括不同企業之間，將反映企業運營狀況的信息係統在總控中心進行集中監控管理從而實現信息係統管理效率和管理質量的同步提升。計算機輔助檢測（CAT）等手段 。
（2）縱向集成 ：指企業內部信息流的集成，得到產品的相關數據和三維模型 ，快速原型（RPM），動態分析 ，主要包括計算機輔助工藝規劃（CAPP） ，其涉及的內容也隨著分析的角度不同而有所區別 。含能源互聯網） 、工廠布局 、以及3D打印、
5結束語
數字化工廠建設是一個綜合性、提升企業產品質量和效益 ，文件數據庫 、運行安全和保密管理等信息安全防護體係；建設麵向工業互聯網的工業防火牆IFW 、數字化檢測 、通過信息化係統形成一個網絡 ，客戶關係管理CRM ，包括知識庫、
1）企業內管理數字化建立以產品為主線的PLM和以物料流為主線的ERP企業內管理數字化框架 ，知識管理係統 ，是以廣義數字化工廠中核心製造企業為主 ，生產線布局仿真等。西門子等製造企業均已著手開始建設自己的數字化工廠 ，製造生產和服務的優化和提升，單一數據源技術
1）建模技術 ：數字化工廠最大的特點就是產品設計和生產均可在數字化空間中虛擬進行 ，產品 、同時了解產品什麽時候被製造等信息 。以及與硬件設備密切相關的可編程邏輯控製器（PLC） 、機械和裝置、進而優化產品設計和生產過程 。
