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数字化工厂建设方案:核心功能要素与关键技术--第1页
:随着科学技术的不断发展,制造类企业也经历了几次变革,从实际发
展来看,每一次变革都带来了制造水平的大幅提升,体现了科学技术的
主导作用,研究认为制造类企业向智能化发展大致经历以下四个阶段:
手工作业→自动化流水作业→数字化网络化作业→网络化智能化作业。
从历史发展规律来看,随着科学技术的不断进步,制造类企业变革也是
一种必然,从大的发展周期角度,研究认为当前的制造类企业发展正处
于第三阶段数字化网络化作业的发展时期,即信息化和工业化两化深度
融合的阶段,同时正在初步探索网络化智能化作业。
1
、数字化工厂概念
数字化工厂是随着数字仿真技术和虚拟现实技术发展而来的,它通过对真实工业
生产的虚拟规划、仿真优化,实现对工厂产品研发、制造生产和服务的优化和提
升,是现代工业化与信息化融合的应用体现。随着产品需求的不断变化、产品周
期的更新换代速度提升,以及3D打印、物联网、云计算、大数据等新兴信息技
术的不断应用,为了缩短研发周期,降低生产成本,提升企业产品质量和效益,
先进的制造类企业开始越来越重视数字化工厂的建设,如上汽、海尔、华为、西
门子等制造企业均已着手开始建设自己的数字化工厂,以支撑企业实现新的突破
和发展。
数字化工厂建设方案:核心功能要素与关键技术--第1页
数字化工厂建设方案:核心功能要素与关键技术--第2页
作为信息化和工业化融合应用的最佳结合点,研究数字化工厂如何建设,探讨虚
拟设计与物理设备之间怎样实现无缝衔接,对驱动信息化和工业化的深度融合发
展、以及未来智能工厂发展具有十分重要的意义。数字化工厂具有广义和狭义的
概念,其涉及的内容也随着分析的角度不同而有所区别。
本文数字化工厂结合国内离散型制造企业的实际情况(如兵器、航天等领域的部
分制造企业),是以广义数字化工厂中核心制造企业为主,在满足自身生产和管
理任务的同时,需要具备产品研发能力和售后服务保障能力,因此本论文中的“数
字化工厂”不仅仅是生产的概念,它是向前延伸到设计,向后推移到服务,同时
涵盖企业管理,包括产品研发设计过程、生产制造过程、企业管理过程、服务保
障过程等产品全生命周期整个过程。
2
、数字化工厂架构
数字化工厂的规划建设、投产运营及优化改进是企业信息化和工业化融合不断深
入的过程。在这个过程中数字世界与物理世界不断迭代,支持企业产品设计、生
产制造、运营管理等各个环节的PDCA循环不断改进和提升。本论文数字化工厂
建设架构从产品生命周期、系统层级两个维度来进行构建,实现数字世界与物理
世界的交互迭代。
数字化工厂建设方案:核心功能要素与关键技术--第2页
数字化工厂建设方案:核心功能要素与关键技术--第3页
1)产品全生命周期:由产品设计、工艺规划、生产制造、服务保障等一系列相
互联系的价值创造活动组成的链式集合。生命周期中各项活动相互关联、互相影
响。
2)系统层级:本论文提出数字化工厂建设系统层级自下而上共四层结构:
(1)设备资源及控制层:包括传感器、仪器仪表、条码、射频识别、机器、机
械和装置、以及电力、燃气能源设施等硬件设备,以及与硬件设备密切相关的可
编程逻辑控制器(PLC)、数据采集与监视控制系统(SCADA)、分布式控制系
统(
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