互聯網時代的數字車間發展

黃俊俊

（新?？萍技瘓F有限公司，浙江 慈溪 315300）

0 引言

隨著互聯網技術的不斷發展，智能制造得到了各國的高度重視，各國紛紛出臺先進制造業發展戰略，以此奪得智能制造的制高點。中國出臺了包括《中國制造2025》在內的相關政策，試圖在相應領域取得成績。智能制造在全球范圍內快速發展，已成為新時代制造業發展的趨勢，數字化車間是現代制造業智能化發展的綜合應用，實現了自動化管理、自動化制造，相比于國外，我國的數字化車間的發展起步晚，數字化車間的研發、應用，與國外還存在較大差距，甚至存在生產、管理分離、斷層的現象。基于此，本文在論述國內外數字化車間發展的基礎上，對現階段數字化車間發展的框架進行概述，并對國內成熟的數字化車間項目進行論述，以期為我國數字化車間的進一步發展提供理論依據[1]。

1 數字化車間發展現狀

數字化車間是依賴數字、信息技術的，是以制造資源、生產造成和產品為核心，通過數字化的設計，實現生產制造產品進行的數字化虛擬仿真，涵蓋對真實及其活動的建模和仿真，完成在計算機上的產品制作、預測功能檢測及其可加工性分析等。

1.1 國外數字化車間現狀

數字化車間在世界制造領域發展日新月異的今天，國外數字化車間發展起步早，朝著高效率、高信息化方向逐步發展，其智能化水平尤其突出。全球最大的數字化市場——北美市場，主要涵蓋醫療設備、國防科技、航天業等生產制造。早在十年前，美國為提升工業效率，節省制造成本，就提出了“先進制造聯盟”，大力推進智能化制造，極大的擴大了MES市場需求。而歐洲制造企業更注重能耗及其生產效率等指標，二十世紀初，歐盟就提出了“制造明天的競爭力”，旨在提高制造業生產效率，大力倡導數字化、智能化和自動化的集成。早期的發展為國外數字化車間奠定了良好的基礎。近幾年來，國外分別實現了機器人制造車間全天候生產，真正實現了高度智能化，從計劃的制定、產品的生產最后到物資的輸送，基本實現全自動化。

1.2 國內數字化車間現狀

國內數字化車間起步晚，早期國內的數字化車間，定位于計劃層和現場自動化系統之間的執行層，主要負責生產管理和調度執行，下層的生產控制和上層計劃是獨立的，一般采用人工設計計劃，自動化設備進行生產[2]。

近些年來，我國政府大力推進制造信息化水平，包括設計數字化、生產制造數字化、管理數字化等，可以說數字化制造在國內已取得了一定的成效。包括CAD/CAPP/CAE/CAM、MRP/ERP及CIMS的推廣應用，不僅改變了傳統的生產設計，而且已經成為了我國現代制造產業的標志。

我國數字化制造業與發達國家相比，創新能力有待提高，高新技術方面仍處于劣勢，關鍵核心技術還未完全掌控，綜合競爭力薄弱，總體上還處于產業鏈的中低端。根據調查顯示，我國的高新技術產業占制造業的比重僅占美國的三分之一，我國的制造業產業結構還有待進一步的優化，數字化車間的比重還有待進一步的提高[3]。

2 數字化車間發展趨勢

隨著數字化車間深入發展的，目前，數字化車間呈以下趨勢，一是數字化車間朝著3D方向轉變，形成了基于3D模型的設計指導設計，二是通過并和協同形成生產資源的仿真建模，能夠對設計結果進行早期的驗證，三是實現了產品的數字化裝配，四是數字化制造技術提供了全新、高效的生產模式，為高效物流、精益生產、多元制造提供輔助，最后，由互聯網組成的信息科技，實現了深層次的連接及其數據分析。

數字化車間具有敏捷化、柔韌化特征、特點，對市場變化具有較好的適應能力。隨著制作業由以生產為中心向以市場為需求為中心的轉變，我國數字化車間發展初見成效，在政府的大力支持下，我國數字化車間投入力度不斷加大，另外隨著我國制造業的快速發展，設施設備的自主創新初見成效，3D打印技術等新興產業發展迅速，更為重要的是，制造業數字化管理也初見成效，信息化技術的應用越來越廣泛。

3 數字化車間總體設計

3.1 數字化車間總體設計框架

數字化車間的宗旨在于通過構建數字化環境，實現設施生產、制造的自動化、智能化，不僅能夠輔助人員快捷的、高效的完成產品的設計、制造，而且使得整個生產流程可視化，更為重要是通過數字化車間模型，實現了調度仿真、優劣勢辯證等，使得整個產品在生產前得到充分的論證。

數字化車間總體設計，首先設計人員應按照規劃車間設施設備布局，依照產品信息，制定總體的生產工藝方案，確定生產程序。數字化車間系統需提供各類設施設備模型，設計人員依照3D可視化模式選擇設備，進行合理的規劃布局。其次，數字化系統提供數字化模型，以輔助人員導入模型。待數字化車間完成建設后，需要進行仿真演習，以此驗證整個生產過程的安全與可靠，根據仿真演習的結果修改設計規劃、優化方案，最后選擇最佳的方案用于數字化車間的建設施工[4]。

數字化車間正式施工前，需要預演設備的運行、安裝、產品的組合安裝及其各類輔助設備的運行等，以確保生產過程的順序實施，降低施工失誤，為車間的安全運行提供保障。

數字化車間正式投入后，數字化車間系統、ERP系統及其真正車間三者之間的互通互連，管理人員按照ERP系統和車間數據信息進行生產調控。在真實決策下達之前，還需進行數字化預演，保證真實生產的安全、可靠。實際生產過程中，數字化車間可以與真實車間同步進行，管理人員進行可視化監督，及時的處理突發事件，或直接按照真實的生產情況，下達控制指令。

3.2 數字化車間軟件構架

數字化車間軟件構架主要包括以下三個層次，首先，界面層屬于用戶和系統之間的交互接口，用戶可以根據所設計的數字化產品，通過界面層查驗各類產品的數據模型，以便用戶構架產品的仿真模型、數字模型、數字加工過程及其仿真結果的查詢。其次，功能層作為一個應用工具集，分別用于獲取數字化制造產品的設計信息，產品模型所需零部件、環境信息等，還可用于對產品制造過程的可加工性及其合理性分析等。最后，數據層做為實現功能層的支撐，主要用于記錄產品數據信息，對產品的仿真數據、生產數據等進行實時記錄。

4 國內建設中的數字化車間

2007年上市的新海科技集團有限公司（前身為寧波新海電氣股份有限 公司）是慈溪一家專業研發、生產和銷售各類高品質家用噴霧器、打火機、醫療器械等產品的企業，2020年12月，新海高新區噴霧器工廠被認定為2020年浙江省數字化車間/智能工廠。建立車間內部通信網絡架構、逐步完善工廠級工業互聯網，完成關鍵技術裝備之間、關鍵信息化管理系統之間、市場需求與企業制造之間的互聯互通，整合數據資源，完成ERP、PLM、 MES、WMS等系統的互聯互通，打造噴霧器行業標桿性的數字化車間。以MES為核心，對生產過程進行數字化、透明化管控，通過與ERP、WMS等協同集成后，實現生產制造過程數字化。

通過建立車間總體設計、工藝流程及布局的數字化模型，采用計算機輔助設計、通過CAD、PLM系統的應用，實現設計數字化。以MES為核心，對生產過程進行數字化、透明化管控，實現生產制造過程數字化。建設物流、生產、檢測自動化和實時采集的生產線，實現裝備數字化。建設立體倉庫，通過WMS、AGV、RFID系統的應用，實現倉儲配送與生產計劃、制造執行以及企業資源管理等業務的集成，實現物流倉儲數字化。以ERP為載體，推進研、產、供、銷的企業價值鏈智能化，實現企業經營管理數字化[5]。

通過PLM將產品BOM、工藝無縫對接ERP相應模塊實現了設計數字化；以MES為核心，通過設備與設備，設備與系統，系統與系統的互聯互通，實現生產過程的數字化管控。通過數據采集模塊實時獲取設備狀態及生產數據，管理整個生產過程，掌握關鍵生產工藝預警信息，通過大數據生成相應數據報表，實現裝備數字化。引入AGV、RFID、全自動機械手碼垛系統、立體倉庫等技術，實現物流的智能調度與無人運輸，建立全過程物料流管控和全過程產品質量追溯體系，實現物流倉儲數字化。通過ERP系統，建立人、財、物、產、供、銷科學完整的數字化經營管理體系，實現經營管理數字化。

5 結語

近年來，網絡技術、電子信息技術的不斷發展給傳統的制造業、制作技術帶了革命性的變化，新的思潮、新的生產制造模式不斷更新?，F階段所涌現出來的數字化車間生產模式，改變了傳統的規劃設計理念，已然成為了互聯網時代制造業實現智能制造的主戰場，不僅開啟了制造企業智能化發展的起點，也是制造企業智能化發展的趨勢所在。提升質量的同時，提升生產效率。國外數字化車間起步早，發展迅速，而國內數字化車間起步晚?；诖耍疚脑谡撌鰢鴥韧鈹底只囬g發展現狀的基礎上，對現階段數字化車間發展的框架進行概述，并對國內成熟的數字化車間項目進行論述，以期為我國數字化車間的進一步發展提供理論依據。