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2022-07-12
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数字化工厂技术发展与展望
摘要：制造业对一个国家的经济和政治地位至关重要,以及它在 21 世纪工业生产中的决定性的地位和
作用，很多国家尤其是美国等西方发达国家都把制造业发展战略列为重中之重。随着各种现代制造技术与
软件系统产生、研究与实践的不断深入，“数字化工厂”(MPM)技术与系统也就应运而生了，“数字化工厂”
技术与系统作为新型制造技术与系统，是制造业迎接21 世纪挑战的有效手段。本文通过对数字化工厂技术
的关键技术及其发展趋势进行讨论，可以为在国内应用推广数字化工厂技术提供参考。
关键词：数字化工厂 虚拟制造 仿真技术
1 数字化工厂的概念
制造技术已从物质形式的制造向信息制造转变，产品中知识信息的价值占据越来越高的比
例，这不但反映在产品本身，而且体现在产品的整个生命周期，特别是生产制造环节，随着信
息技术的发展，不断出现了新的制造理念和制造系统，如 FMS、CIMS、敏捷制造和网络化制造
等。这些技术从制造的现实出发，对制造过程中产生的数据进行数字化，并对它们进行加工处
理，产生相关信息，在制造系统中进行存储和交换，并直接应用于对生产过程的管理和控制，
进一步可对信息进行分析加工产生相关知识，使制造系统的“智能”得到提高，通常把这种生
产方式称为数字化制造。另一方面，随着仿真技术的发展和虚拟现实技术的产生，另一种概念
的数字化工厂随之产生，这个工厂生存于数字信息世界，在真实工厂或生产过程还没有开始前，
这个工厂在虚拟空间中运作，对真实工厂进行虚拟现实的仿真，提供优化的结果，这是现在数
字化工厂主要研究和应用的内容 。
[1]
作为数字化与智能化制造的关键技术之一，数字化工厂是现代工业化与信息化融合的应用
体现，也是实现智能化制造的必经之路。数字化工厂借助于信息化和数字化技术，通过集成、
仿真、分析、控制等手段，可为制造工厂的生产全过程提供全面管控的一种整体解决方案。早
在 2000 年前后，上汽、海尔、华为和成飞等制造企业均已开始着手建立自己的数字化工厂。
近年来，随着国际竞争的不断加剧和我国制造业劳动力成本的不断上升，对设备效率、制造成
本、产品质量等环节的要求不断提高，离散制造业中以汽车、工程机械、航空航天、造船为代
表的大型企业已越来越重视数字化工厂的建设 。
[2]
数字化工厂最主要解决产品设计和产品制造之间的“鸿沟”，如图 1 所示为从工艺设计到
产品设计的数字化仿真图。以前产品设计完成后，没有一个科学的转化渠道，仅仅凭借工艺人
员、制造工程师和管理人员的经验知识进行生产工艺安排、生产计划制订，然后直接投入制造
系统进行制造，对出现的问题只有在生产过程中解决。
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