1.1.2 數字化工廠的組成

主流觀點認為數字化工廠主要涉及產品設計、生產規劃與生產執行三大環節，數字化建模、虛擬仿真、虛擬現實/增強現實（VR/AR）等技術也包含在其中。

1.產品設計環節——三維建模是基礎

在產品設計環節利用數字化建模技術為產品構建三維模型，能夠有效減少物理實體樣機制造和人員重復勞動所產生的成本。同時，三維模型涵蓋產品所有的幾何信息與非幾何制造信息，這些信息會通過PDM/cPDM（產品數據管理/協同產品定義管理）數據平臺，貫穿產品整個生命周期，是實現產品協同研制、產品從設計端到制造端一體化的重要保證。

經歷了30余年的發展，數字化建模技術已經相當成熟，至今使用三維 CAD（計算機輔助設計）軟件的全三維建模技術在制造業的應用已經相當普及。數字化建模技術的應用始于航空航天領域，由于對產品和零部件的精度、質量、加工工藝有著比其他行業更加苛刻的要求，航空航天工業讓數字化建模技術的效用得以充分發揮。例如，美國波音公司在其737-NXK和787的設計制造中，利用數字化建模技術，不但有效縮短了研制周期，大幅降低了研制成本，而且通過PDM/cPDM，有效實現了產品設計與制造環節的信息協同，從而大幅提高了生產效率。

2.生產規劃環節——工藝仿真是關鍵

在生產規劃環節，基于PDM/cPDM中所同步的產品設計環節數據，利用虛擬仿真技術，可以對工廠的生產線布局、設備配置、生產制造工藝路徑、物流等進行預規劃，并在仿真模型“預演”的基礎之上，進行分析、評估、驗證，迅速發現系統運行中存在的問題和有待改進之處，并及時調整與優化，減少后續生產執行環節對實體系統的更改與返工次數，從而有效降低成本、縮短工期、提高效率。

虛擬仿真技術廣泛應用于汽車、船舶及其他大型設備制造過程中。例如，大眾汽車公司旗下斯柯達捷克工廠，就采用西門子的Tecnomatix，利用虛擬仿真工藝路徑規劃，來減少實際生產線調整和改進所需要花費的成本。

此外，隨著“人”在制造業中的地位和作用逐漸被重新認識，虛擬現實/增強現實技術的應用也日漸增多，使人能夠融入虛擬仿真環境之中，身臨其境地參與生產規劃。

3.生產執行環節——數據采集實時通

早期的數字化工廠，其實并不包含生產執行環節，但隨著制造業企業具體實踐與應用的發展，數字化工廠的概念開始向覆蓋產品整個生命周期的全價值鏈拓展與延伸。作為將產品從設計意圖轉化為實體成品的關鍵環節，生產執行無疑應該是數字化工廠的關鍵一環。

這個環節的數字化體現在制造執行系統（MES）與其他系統之間的互聯互通上。制造執行系統與企業資源計劃（ERP）、PDM/cPDM之間的集成，能夠保證所有相關產品屬性信息從始至終保持同步，并實現實時更新。

如果某一款產品的零部件或原材料發生變化，PDM/cPDM和制造執行系統中的數據信息會同步變化，制造執行系統會自動調整制造解決方案，從而有效避免傳統制造企業由于信息無法及時傳遞和同步而造成的誤工。借助RFID（射頻識別）技術，制造執行系統還能夠對生產線上的產品零部件進行識別和路徑規劃，從而實現柔性化混線生產，大幅提高生產效率。

瑪莎拉蒂的Bertone工廠就采用上述技術實現Quattroporte與Ghibli兩款不同車型的全自動生產與組裝（見圖1-1-1），據不完全統計，其產能提升幅度高達兩倍以上。

創設情景②

請學生在教師的指引下觀看MINT仿真平臺中的動態數字化工廠，并暢想未來的工廠，將暢想結果寫在下方空白處。引導學生樹立正確的就業觀念，立鴻鵠志、做奮斗者，不負時代、不負韶華，在實現中華民族偉大復興的生動實踐中創造精彩人生。