数字化工厂技术的应用现状与趋势

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1、DigitalFactory：ItsApplicationSituationandTrend华中科技大学机械科学与工程学院张国军黄刚张国军教授、博士生导师，教育部新世纪优秀人才获得者。南粤百杰人才。现任华中科技大学机械学院副院长、东莞华中科技大学制造工程研究院常务副院长．制造装备数字化国家工程研究中,biIJ主任、中加合资艾普工华公司董事长等。长期从事“数字化工艺与制造过程优化”方面的研究工作，牵头国家863计划重点项目离散制造执行系统(MES)，参与制定MEs国家军用标准，开发的汽车行业MES在我国自主品

2、牌汽车企业广泛应用。获国家科技进步二等奖一项。省部级科技进步一等奖多项。发表SCl／EI论文40余篇，获得专利10余项。34航空制造技术·2013年第8期在我国，面对传统产业转型升级、工业与信息化融合的战略发展要求，大力开展对于数字化车间技术系统的研究、开发与应用，有利于推动实现制造过程的自动化和智能化，并可望有效带动整体智能装备水平的提升。现代工业经历了机械化、电气化革命，未来的第三次工业革命必然是以机、电、信息相结合的智能化制造革命。《经济学人》2012年4月发表的《第三次工业革命：制造业与创新》专题报

3、道中阐述了目前由技术创新引发的制造业深刻变化，其中，数字化与智能化的制造技术是“第三次工业革命”的核心技术Ⅲ。作为数字化与智能化制造的关键技术之一，数字化工厂是现代工业化与信息化融合的应用体现，也是实现智能化制造的必经之路。数字化工厂借助于信息化和数字化技术，通过集成、仿真、分析、控制等手段，可为制造工厂的生产全过程提供全面管控的一种整体解决方案口]。早在2000年前后，上汽、海尔、华为和成飞等制造企业均已开始着手建立自己的数字化工厂。今年来，随着国际竞争的不断加剧和我国制造业劳动力成本的不断上升，对设备效

4、率、制造成本、产品质量等环节的要求不断提高，离散制造业中以汽车、工程机械、航空航天、造船为代表的大型企业已越来越重视数字化工厂的建设。数字化工厂的若干关注点根据在范围、阶段、视角上的关注点存在差异，对于数字化工厂也有不同提法，比如可视化工厂(VisualFactory)、智慧工厂(SmartFactory)、covERsToRY封面文章智能工厂(IntelligenceFactory)、数字化制造(DigitalManufacturing)、虚拟工厂(VirtualFactory)等。各个概念在关注点上也存

5、在不同程度的交集，如智能工厂和数字化制造的交集就是以智能装备为核心的制造工艺过程智能化，特别是对制造装备本身的智能化。而上述各种提法之间除明显的交集之外也各有侧重，比如可视化工厂侧重于数字化工厂实现前期的数据采集和透明化，而智能工厂更侧重于后阶段的数据分析与决策。上述提法中比较典型的有3类：基于三维模型的数字化协同研制，基于虚拟仿真技术的数字化模拟工厂和基于制造过程管控与优化的数字化车间。从制造管理的层次和从设计到制造的过程2个维度来看，它们涉及的业务范围大致如图1所示。企、lk层／规戈基于三维模型的数字化

6、协同研制应用的尝试始于航空航天制造领域。由于在产品设计、材料成本、成型技术和制造精度方面具有相对更苛刻的要求，航空航天领域在加工和装配制造工艺上整体领先于其他行业，这为基于三维模型的数字化协同研制奠定了基础。当前，世界先进的飞机制造商已逐步利用数字化技术实现了飞机的“无纸化”设计和生产，美国波音公司在波音777和洛克希德·马丁公司在F35的研制过程中，基于三维模型的数字化协同研制和虚拟制造技术，缩短了2／3的研制周期，降低研制成本50％【3】。波音公司在研制x一32飞机时也是如此，借助于统一模型，辅助装配系

7、统能把装配顺序和装配好的部件状态投射到正在装配部件的P◆化的基于三维模型的数字化协同研制在设计部分，三维CAD系统的应用已相当普及。1997年，美国机械工程师协会ASME就开始了全三维设计相关标准的研究制定工作，并于2003年颁布了“Y14．41(DigitalProductDefinitionDataPractices)”标准，把三维模型和尺寸公差及制造要求统一在一个模型中表达。在生产部分，各类数控设备在加工精度和智能控制水平上近年来都得到飞速发展。基于三维模型的单一数据源和数控设备的广泛应用使得从设计端

8、到制造端的一体化成为可能。上方，让工人方便直观地进行装配工作，无需再细读图纸和翻阅工艺文件，使装配周期缩短50％，成本降低30％～40％【4】o在飞机总装线上，在机身与机身还是机翼与机身都实现了高度自动化的校准和对接，波音和空客两大航空制造公司生产的波音737／787、A320／A380系列飞机无一例外地采用全数字化样机进行协调和辅助装配15】，如空客A380采用4台Leica激光跟踪仪可完成数字化装配[61。数