MOM視角下的數字化工廠構建

01、智造趨勢下的數字化工廠

離散製造業中以汽車、工程機械、航空、航天和船舶為代表的大型企業已越來越重視數字化工廠的建設。

數字化工廠藉助信息化和數字化技術，通過集成、仿真、分析和控制等手段，可為製造型企業的製造和生產全過程提供全面管控的整體解決方案。

智能製造以數字化、網絡化和智能化為其三大要素，其中數字化是基礎，要求產品模型化、資源模型化和過程可視化，不難發現其本質是在產品生命週期內實現模型驅動需求、設計、製造、生產、驗證及服務全過程。

圖1 數字化工廠在PLM範疇下的定位

在PLM視角下，數字化工廠有三大內涵，分別為：

① 以MBD模型為核心的數字化協同研製；

② 以虛擬仿真為手段的數字化製造和生產過程的驗證分析；

③ 以製造過程管控數據與模型為基礎的數字化製造和生產過程的優化決策。

01、 數字化工廠實現架構

1. 技術體系框架

根據工業化和信息化兩化融合要求，數字化工廠技術體系框架如圖2所示。頂層T1框內描述的為數字化工廠管控技術體系，T2框代表數字化工廠實現的通用技術體系，T3框代表數字化工廠應用技術體系，T4框代表數字化工廠的一般業務過程體系，T5框表示數字化工廠的基礎能力體系。

( 1 ) 管控技術體系，主要包含：

① 以工藝業務活動在線閉環跟蹤為主的任務/ 計劃管理；

② 以智能裝備及企業資源管理或製造運營管理產生的大量的實時和歷史的製造數據為基礎的實時分析和優化管理；

③ 以綜合管理為基礎的智能決策。

( 2 ) 通用技術體系，主要包含：

① 應用流程梳理工具開展數字化工廠全業務域的流程和方法及流程優化再造的流程技術。

② 基於流程中涵蓋的人- 機- 料- 法- 環- 工具為基礎，以產品、資源、設備設施、材料、能源、工裝、人員、廠房、物流、工藝過程等為內容構建模型的建模技術。

③ 在數字化建模的基礎上，對製造系統進行運動學、動力學、加工能力等各方面進行動態仿真優化的仿真技術。

④ 在流程、模型基礎上，應用IT技術和虛擬現實技術，提供立體的多維度的數據/ 信息展示和交互的環境的可視化技術。

⑤ 以數字化工廠所涉及的流程、工具、方法、數據、知識及環境為要素的集成技術。

( 3 ) 應用技術體系，主要有：

① 以構型為指導、以模型和數字樣機為核心、以並行和協同為基礎的數字化製造過程管理技術。

② 在可視化環境中，基於樣機和模型，應用仿真手段完成協調和工藝總方案規劃的數字化工藝規劃技術。

④ 以製造系統中的製造要素和過程模型為基礎，應用仿真手段完成製造系統的過程模擬並基於物理生產系統實採信息進一步仿真優化的生產系統設計與仿真技術。

⑤ 數字化工廠中所涉略的資源、設備設施、材料、工裝、人員、廠房、工藝過程及標準規範和知識等資源應用技術。

( 4 ) 業務過程體系，數字化工廠的業務過程一般有：

數字化工藝規劃、仿真驗證及管理，如圖2中T4框內的V1所示；

在數字化環境完成生產生命週期的規劃、仿真驗證及管理，如圖2中T4框內的V2所示；

物理環境中生產系統的構建和運行及管理， 如圖2中T4框內的V3所示。

圖2 數字化工廠技術體系框架

( 5 ) 基礎能力體系，主要包含數字化工廠的流程、 工具、 方法、 數據、資源、知識管理和分析，並通過集成形成的數字化工廠環境。

2. 信息系統實現

按照數字化工廠確立的技術體系框架，根據其業務過程， 總體上數字化工廠的應用架構如圖3所示，總體上可以分為六大部分，分別為

因此，數字化工廠平臺的組成架構如圖4所示。系統分為基礎層、數據層、功能層、應用層、展現層及用戶層，共六個層次。其中應用層的搭建按照應用架構進行展開。

圖3 數字化工廠應用架構

圖4 數字化工廠系統組成架構

數字化工廠的建設是一個複雜系統工程，企業在構建過程建議以系統工程方法論為指導，同時結合企業自身的狀態，設計好數字化工廠的藍圖和評估評價體系，進行總體規劃和分步實施。

另外，隨著計算機、網絡、數據挖掘及智能化裝備等技術不斷地飛速發展，在未來數字化工廠建設過程也將根據企業需要，有步驟地融合相匹配的先進技術。

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關鍵字: 設計 可視化技術 工廠