1.1.2 数字化工厂的组成

主流观点认为数字化工厂主要涉及产品设计、生产规划与生产执行三大环节，数字化建模、虚拟仿真、虚拟现实/增强现实（VR/AR）等技术也包含在其中。

1.产品设计环节——三维建模是基础

在产品设计环节利用数字化建模技术为产品构建三维模型，能够有效减少物理实体样机制造和人员重复劳动所产生的成本。同时，三维模型涵盖产品所有的几何信息与非几何制造信息，这些信息会通过PDM/cPDM（产品数据管理/协同产品定义管理）数据平台，贯穿产品整个生命周期，是实现产品协同研制、产品从设计端到制造端一体化的重要保证。

经历了30余年的发展，数字化建模技术已经相当成熟，至今使用三维 CAD（计算机辅助设计）软件的全三维建模技术在制造业的应用已经相当普及。数字化建模技术的应用始于航空航天领域，由于对产品和零部件的精度、质量、加工工艺有着比其他行业更加苛刻的要求，航空航天工业让数字化建模技术的效用得以充分发挥。例如，美国波音公司在其737-NXK和787的设计制造中，利用数字化建模技术，不但有效缩短了研制周期，大幅降低了研制成本，而且通过PDM/cPDM，有效实现了产品设计与制造环节的信息协同，从而大幅提高了生产效率。

2.生产规划环节——工艺仿真是关键

在生产规划环节，基于PDM/cPDM中所同步的产品设计环节数据，利用虚拟仿真技术，可以对工厂的生产线布局、设备配置、生产制造工艺路径、物流等进行预规划，并在仿真模型“预演”的基础之上，进行分析、评估、验证，迅速发现系统运行中存在的问题和有待改进之处，并及时调整与优化，减少后续生产执行环节对实体系统的更改与返工次数，从而有效降低成本、缩短工期、提高效率。

虚拟仿真技术广泛应用于汽车、船舶及其他大型设备制造过程中。例如，大众汽车公司旗下斯柯达捷克工厂，就采用西门子的Tecnomatix，利用虚拟仿真工艺路径规划，来减少实际生产线调整和改进所需要花费的成本。

此外，随着“人”在制造业中的地位和作用逐渐被重新认识，虚拟现实/增强现实技术的应用也日渐增多，使人能够融入虚拟仿真环境之中，身临其境地参与生产规划。

3.生产执行环节——数据采集实时通

早期的数字化工厂，其实并不包含生产执行环节，但随着制造业企业具体实践与应用的发展，数字化工厂的概念开始向覆盖产品整个生命周期的全价值链拓展与延伸。作为将产品从设计意图转化为实体成品的关键环节，生产执行无疑应该是数字化工厂的关键一环。

这个环节的数字化体现在制造执行系统（MES）与其他系统之间的互联互通上。制造执行系统与企业资源计划（ERP）、PDM/cPDM之间的集成，能够保证所有相关产品属性信息从始至终保持同步，并实现实时更新。

如果某一款产品的零部件或原材料发生变化，PDM/cPDM和制造执行系统中的数据信息会同步变化，制造执行系统会自动调整制造解决方案，从而有效避免传统制造企业由于信息无法及时传递和同步而造成的误工。借助RFID（射频识别）技术，制造执行系统还能够对生产线上的产品零部件进行识别和路径规划，从而实现柔性化混线生产，大幅提高生产效率。

玛莎拉蒂的Bertone工厂就采用上述技术实现Quattroporte与Ghibli两款不同车型的全自动生产与组装（见图1-1-1），据不完全统计，其产能提升幅度高达两倍以上。

图1-1-1 Quattroporte与Ghibli两款不同车型的全自动生产与组装

创设情景②

请学生在教师的指引下观看MINT仿真平台中的动态数字化工厂，并畅想未来的工厂，将畅想结果写在下方空白处。引导学生树立正确的就业观念，立鸿鹄志、做奋斗者，不负时代、不负韶华，在实现中华民族伟大复兴的生动实践中创造精彩人生。