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關鍵詞：數字化工廠 CATIA DELMIA 工藝規劃 仿真優化
中圖分類號：TU274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）05-0089-02
經濟全球化促使制造企業的競爭日趨激烈化。雖然制造業是我國國民經濟的支柱產業，但其存在諸多結構性矛盾，轉型升級任務緊迫且艱巨。當前，以市場為導向，以產品為核心，小批量、定制化的柔性生產需求越來越突出。激烈的競爭迫使制造企業不斷縮短研發周期，注重節能、環保要求，關注能源、資源、環境的可持續發展，并且不斷提高相關的項目管理經驗，以提高自身核心競爭力[1]。數字化工廠正是產生在這樣的背景之下，倡導工廠生產以信息為主導，綜合物質和能量，形成最終的產品。
1 數字化工廠
以信息化帶動工業化，以工業化促進信息化，中國裝備制造業正掀起一場聲勢浩大的產業升級之路，其中，數字化工廠是關鍵技術之一。數字化工廠[2]是指以工廠全生命周期（從工廠的設計、建造、移交、運營到拆除）和產品的全生命周期（從產品設計、工藝規劃、產品制造、銷售到后期服務）的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個工廠的建造過程和生產過程進行設計規劃、模擬仿真和管理，形成一個虛擬工廠信息平臺，并和實際工廠進行集成，從而使整個工廠的建造和生產信息可以全部覆蓋和控制，使得各個環節都處于最優狀態，保持企業的核心競爭力。目前，數字化工廠技術已經在航空航天、汽車、造船、機械、電子等行業得到了較為廣泛的應用，特別是在復雜產品的制造企業取得了良好的效益[3]，未來，對數字化工廠技術的探索必將步步加深，其應用范圍將也將會更加寬廣。
2 PLM解決方案平臺―達索V6平臺
達索公司是世界上頂尖PLM―產品全生命周期解決方案的提供者。其推出的V6平臺，可以基于統一的規范對產品進行管理和協同，并可以充分利用企業內外部的各種資源，以系統工程思想為指導，貫穿從產品需求開始、經過產品設計、產品制造直至產品服務的全生命周期的過程。在各個階段的各種信息能夠被準確的定義到以三維模型為核心的技術數據包中，并始終保持上游的技術數據包能夠被下游直接重用，一直拓展到生產現場或服務現場[4]。其具體運用是：在協同管理平臺ENOVIA的基礎上，利用CATIA強大的參數化及知識工程儲備功能，結合DELMIA規劃設計、仿真模擬的優勢，可以完成從產品設計、工藝規劃、工藝實現、生產制造、運行維護等全過程的服務。本文簡要介紹基于達索V6平臺，對數字化工廠解決方案中工藝規劃和仿真優化兩方面內容的探索，流程圖如圖1。
3 ENOVIA完成項目協同管理
ENOVIA提供一個在線協同環境的PLM2.0平臺，可以將工程建設全生命周期中的項目管理人員、設計者、審核人和業主聯系在一起[5]。它基于web解決方案，提供IP管理平臺，在項目開始階段即劃分好項目參與者的角色，高效統一地實施項目計劃，做好溝通交流，做好工程文件實時記錄，它還是CATIA和DELMIA集成管理的平臺，統一管理數據，保證設計文件的唯一性和時效性。
4 CATIA進行工廠布局設計
CATIAV6[6]繼承了強大的參數化建模功能，并且改進優化了知識工程模塊，可令設計企業完善自身知識、資源、項目經驗的積累和提升。其在快速生成工廠布局，完成工藝規劃方案，并及時對設計方案進行修改等方面具有強大的優勢。隨著設計企業知識庫的不斷充實，設計過程的模板調用將會變得更加迅捷。本文利用CATIA其提供的二次開發接口，針對企業自身設計流程的特點，開發了快速生成廠房插件，快速生成廠房骨架模型。并結合企業設備構件庫，完成廠房建筑方案，生產設備的布局，工藝流程設計、物流方向設計等。圖2為某鑄造有限公司一期建設項目工廠布局設計圖。
5 DELMIA進行仿真優化
在工廠布局設計完成之后，根據設計模型、數據，添加已知生產條件，設定生產節拍，利用DELMIA對工廠進行生產仿真模擬，通過Quest軟件對物流過程進行分析。對分析結果進行綜合考慮，并發現工廠布局設計的不合理之處，逆向對工藝設計方案進行修改，從而統一了設計數據的一致性，提高了分析結果的指導性。圖3為DELMIA
建立的仿真模型圖。
設定生產初始條件，環境變量，利用仿真模型得到相應的分析結果，對生產的全部工序進行平均化，調整作業負荷，從而使得各個工序作業時間盡可能相近，提高設備利用率，降低半成品的滯留和等待時間。仿真模擬使得在工廠設計的初期，就可以進行虛擬生產，尋找最優的解決方案，提高設計質量。圖4、圖5為仿真模擬相應結果。
6 結語
本文基于達索V6全生命周期解決方案的平臺，以某鑄造有限公司一期廠房建設項目為背景，搭建了數字化工廠方案模型，研究了在數字化工廠條件下工廠工藝規劃設計的新的思路和方法，對設計方案進行實時仿真模擬，及時糾正設計方案的不足之處，提高了設計效率和設計質量。本文的研究方法還有許多不足之處，希望和廣大研究者共同提高。
參考文獻
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[2]陳淼.借力智慧技術中機六院實現跨躍發展[N].中國工業報，2013-11-13.
[3]張國軍，黃剛.數字化工廠技術的應用現狀與趨勢[J].航空制造技術，2013，8（4）：34-37.
[4]竺悅.達索系統三維時代新體驗[J].英寸，201312（1）：125-129.
【關鍵詞】 C1料場開采規劃綜述
中圖分類號：TV73 文獻標識碼：A 文章編號：
1、工程概況
混凝土面板堆石壩壩頂長度為408.3m，壩頂寬度為10.0m，最大壩高121.5m，大壩上游壩坡1:1.55，下游面設置三條寬3m的水平馬道，一級馬道以上坡比為1：1.6，一級馬道以下坡比為1：1.55。壩頂設有高度為3.3m的防浪墻與面板相接，壩頂高程3204.60m，壩頂設有高度為1.2m 的防浪墻與面板相接。面板頂端厚度0.3m，底部最大厚度0.65m，為不等厚面板，面板間設垂直縫；面板與趾板間設周邊縫；壩頂防浪墻與面板間設伸縮縫。
壩體自上游至下游分別為碎石土蓋重（1B）、上游壤土鋪蓋（1A）、面板（F）、墊層區（2A）、周邊縫處特殊墊層區（2B）、主堆砂礫料區（3B1）、主堆砂礫料區（3B2）、排水區（3F）以及下游壩面砌塊石護坡（3D）。壩體填筑總量507萬m3。其中墊層料、特殊墊層料采用業主提供成品砂礫石料；主堆砂礫料（3B1、3B2）、排水料（3F）主要從C1、C3砂礫石料場開采。
2、C1料場復勘結果
C1砂礫石料場位于壩址區下游大通河右岸出山口的門源縣蘇吉灘鄉燕麥圖呼村一帶Ⅰ～Ⅲ階地，呈長條形沿大通河右岸展布，最大寬度約0.96km，最大長度約1.3km。距壩址區最遠距離約1.9km。C1料場按由上游至下游，由外向里，由近及遠分為A、B、C、D、E、F六個區。復勘時對料場6個料區布置了14個探坑，進行了37組試驗。實驗結果說明如下：
2.1C1料場整體料源級配連續，曲線平滑，超粒徑料較少。
2.2通過對料場復勘試驗檢測資料分析，A、B、C、D、E、F區料源級配相差不大，D＜5mm的顆粒含量在18~31%，0.075mm顆粒含量為0.1~0.3%,均滿足砂礫料3B1、3B2級配包絡曲線的范圍，通過業主、監理溝通，確定3B1、3B2料開采料源為E區和F區，即3B1、3B2料開采過程中均在E、F區同區開采；A、B、C、D區主要開采排水料、墊層料，并布置排水料、墊層料加工系統及篩分料堆放場地。
2.3根據探坑的剖面及現場實際地形，經測算：無用層厚度0.30～1.6m，有用層開采厚度0.9～6.0m，減去料場內小河道、水坑以及墊層料和排水料加工堆放占地面積，砂礫石儲量650.41 萬m3，其中水上砂礫石501.03萬m3，水下砂礫石149.38萬m3。
3、料場規劃原則
經對C1料場復勘后依據施工圖紙工程量、料場資料、施工進度計劃等進行土石方填筑壩料平衡計算。并根據本工程壩料開采、料源布置的特點綜合平衡和充分利用；充分考慮各料場的運距、容量及其它標段直接上壩料等因素，安排各料場的開采量。同時在料場規劃時遵循少占耕地、保護環境、統籌安排、減少干擾、全面規劃、統一布置、就近取料、料盡其用的原則。
4 料場開采
4.1開采程序
砂礫料開采用挖裝設備在C1砂礫石料場直接開采拉運，先清除表層覆蓋層，經試驗合格后開采上壩。開采程序：測量放線開采施工道路修筑覆蓋層揭除分區砂礫石料開采自卸車運輸上壩。
開采時垂直于開采主干道按條帶狀向河岸方向推進開采。條帶寬度擬定為200m，填筑高峰時，可同時進行幾個條帶同步開采，開采條帶間隔錯開，以便于相鄰未開采條帶堆放覆蓋層。待一個條帶開采完畢后，將相鄰條帶堆放的覆蓋及該條帶覆蓋一同回填至已開采條帶內。
砂礫料開采前，首先由反鏟配合自卸車將表層覆蓋層挖至相鄰條帶區，清表主要是將料場區表層50cm～200cm 的多年沉積物及表層有機土質進行清除。砂礫石料開采主要由1.6m3 反鏟挖掘機立面開采為主，20t自卸汽車拉運至填筑區，平均運距1.4km，開采深度3m～8m。若開挖的砂礫料含水量較大則需進行堆放脫水，由現場技術人員根據實際情況進行控制；若開挖料含水量較小，則通過灑水進行調整。在運輸和填筑過程中含水量有損失，所以料場調整含水量時使含水量略大于填筑時的含水量，所超出含水量百分比按現場施工試驗和實際天氣情況確定，保證大壩填筑時砂礫料的含水量為最優含水量。
4.2施工方法
根據對C1進行地質復勘，得出以下結論C1料場砂礫石顆粒組成以卵礫石為主，其中400～300mm占6.84%，300～150mm占10.96%，150～5mm占60.72%，5～0.075mm占18.88%，粒徑＜0.075mm占2.6%。該料場碾壓后滲透系數為10-2cm/s，可直接開采上壩作主堆石料。
開采施工方法：砂礫料開采主要采用1.6m3和1.2m3液壓反鏟挖料裝車，40t自卸汽車直接拉運上壩，對于局部開采粒徑不合格的砂礫石料，挖裝時進行剔除。開采厚度按2m分層開采，第一層（2m）采用平采方式，利用現有1#主干道運至壩面，2m以下采用立面開采，利用一級階地以下的2#主干道運輸至壩面。幾個條狀帶開采過程中，可錯開開采層深（時間），以滿足開采過程中料源均衡開采。在開采過程中，應盡可能地照顧到各個時段的級配平衡。當在施工過程中，有雨天開采料時，應先開采堆存，經自然脫水滿足要求時，再倒運上壩。
5 C1料場施工質量控制
5.1施工前測量人員根據設計提供的控制點和施工圖控制坐標，做好各料場的施工規劃。
5.2應加強開采料場分區先后施工順序的控制，嚴格上壩料級配的質量控制，顆粒的級配應符合規定，砂礫石的最大粒徑不應超過設計規定值。
5.3裝車時應控制每車料的數量相等，避免料不夠或過多，并也要按安全文明施工要求，裝料不得超過車廂板，以免沿途灑落；2A、2B料裝車每車方量應接進，以便等距卸料；施工時應嚴格按施工技術要求執行。
5.4開采中有明確的劃分條帶，使條帶開挖邊界清晰、明確，嚴防開挖混雜和失控。
5.5拉運料物的車輛相對固定，并且時常保持車廂及車體的干凈；不同壩料應在車前駕駛室玻璃處做牌標識。
6 結束語
C1料場通過合理的規劃開采，在施工期間間極大的保證了大壩填筑的質量及進度，同同時通過對C1料場的合理開采最大限度的提高了砂礫料的開采效率及其利用率，通過填筑后的測算納子峽水電站大壩填筑骨料利用率達到97%以上，并且為業主節約征地350畝，得到了建設各方的一直肯定，同時也為類似工程的料場開采積累了寶貴的經驗。
作者簡介：
1資料與方法
本組接受顴弓切線位X線攝影檢查者共60例,男42例,女18例,年齡6-65歲。傳統屏膠系統與CR、DR三種攝影方法各取20例,每個病例只使用一種攝影方式,為隨機選取。分別記錄每個病例攝影方法、投照次數、照片質量、成像時間。
應用設備:傳統X線攝影系統為日本SHIMADZUED150L型500mAX光機,中國虎丘洗片機。CR系統為美國KodakDirectViewCR950計算機X線成像系統,日本SonyDF500激光打印機,美國Kodak影像板(IP板),大小為8英寸x10英寸(1英寸=2.54cm)。DR系統為美國GEDefinium6000直接數字化X線攝像系統,Kodak8200激光打印機。
投照方法:患者俯臥在攝影床上,雙臂放于身旁,頭部盡量后仰,頦部前伸,下頜放于暗盒中心上方5cm處,頭部向健側傾斜15°,即頭部矢狀面與臺面成75°。X線管球向足側傾斜,使X線管球中心線與聽眶線垂直,對準顴弓中點或眼角后外方約4cm處,射入暗盒中心。
2結果
顴弓切線位分別應用3種攝影方式的一次拍攝成功率比較接近,為70%左右。第2次拍攝DR系統98%可以做到基本全部成功;而傳統屏膠系統與CR系統的二次成功率相似且明顯偏低,需要拍攝2次以上的達15%左右。照片質量以CR,DR明顯高于傳統屏膠系統。DR曝光后成像的速度最快,只要3s左右,可以對投照成功與否迅速做出判斷;CR曝光后經激光掃描到顯示圖像需半分鐘,屏膠系統費時最長,約3min左右。
3討論
數字化X線設備是指把X線透射圖像數字化并進行圖像處理,再變換成模擬圖像顯示的一種X線設備。根據成像原理的不同,這類設備可分為計算機X線攝影(computedradiography,CR)和數字X線攝影(digitalradiography,DR)、數字減影血管造影(DSA)、數字熒光攝影(DF)。目前我國約70%的醫用X光機仍是使用傳統屏膠系統。
3.1CR成像系統是將透過人體的剩余X線記錄在IP板上,使IP板感光形成潛影,再經過激光掃描使存儲在光晶體內的潛影信息化為熒光,由光電轉換器變為電信號,輸入計算機工作站處理后,形成圖像。IP板是CR成像系統的關鍵,作為采集影像信息的載體,代替傳統的膠片,其特點是可以重復使用,但不具備圖像顯示功能。CR的成像要經過影像信息的記錄、讀取、數字化處理和圖像顯示等幾個步驟。
3.2DR是指在專用的計算機控制下,直接讀取感應介質記錄到的X線信息,并以數字化圖像方式重放和記錄。它與傳統放射成像方式不同的是用平板探測器FDP代替了傳統的增感屏-膠片來接受X線管球發射出的穿透人體的X線,該成像系統是采用直接非晶硒為基礎直接轉換平板探測器。DR通常由電子暗盒、圖像采集工作站、圖像后處理工作站、系統控制器以及影像監視器等部分組成,是直接將X光子通過電子暗盒轉換為數字化圖像的裝置。DR成像速度快,采集時間在10ms以下,數秒后即可傳送至后處理工作站,根據需要打印出激光膠片。
3.3數字化X線成像與傳統的增感屏-膠片成像比較有以下優點:①數字影像可使用計算機處理,利用光盤存儲,進入圖像儲存和傳輸系統(PACS)網絡,高效、低耗、省時、省空間地實現圖像的儲存、傳輸和診斷;②輻射劑量小,比常規方式降低30%-70%,曝光劑量寬容度大于普通平片,量子檢出效率(DQE)高達60%以上,X線劑量利用率高;③對比度分辨力高,圖像密度分辨率高成像質量好,診斷信息量大,可以充分發揮計算機對圖像的后處理功能,通過窗技術調節更精細地觀察感興趣區域的細節,從而提高診斷信息的使用效率。
共同推進長吉圖開發開放先導區規劃實施合作備忘錄
本刊訊(記者馬鈺 鄭瑋報道)3月11日,國土資源部與吉林省政府在北京簽署共同推進長吉圖開發開放先導區規劃實施合作備忘錄。國土資源部部長徐紹史、吉林省省委書記孫政才、省長王儒林出席簽字儀式。吉林省副省長王守臣和國土資源部副部長鹿心社代表雙方在備忘錄上簽字。
此次簽署規劃實施合作備忘錄,將合力推動長吉圖開發開放先導區建設,同時也將部省合作推向新階段。合作備忘錄涉及長吉圖區域建設用地統籌、耕地保護機制構建、節約集約用地等國土資源管理的許多重要方面,針對性強,內容豐富。雙方表示將加強溝通協作,抓好備忘錄各項任務的落實,堅持改革創新和規范管理,促進長吉圖地區又好又快發展,進而帶動吉林全面振興。
《水庫大壩與生態環境保護論壇》在北京隆重召開
本刊訊(記者吉吉吉報道) 2月27日,由中國大壩協會、中國水力發電工程學會和中國互聯網協會網絡科普聯盟共同組織的《水庫大壩與生態環境保護論壇》在北京隆重召開。本次論壇以“節能減排及氣候變化形勢下的新要求”為主題,是以往舉辦的《綠色能源論壇》系列的延續。
論壇旨在根據中國在聯合國2009年根本哈根氣候大會上承諾的減排目標,探討水庫大壩水電建設在節能減排及改善氣候變化等方面的作用和影響,尋求我國的水庫大壩以及水電建設適應新形勢,遵循國家政策導向,與時俱進的發展道路。論壇由中國水利水電科學研究院副院長胡春宏主持。原水利部汪恕誠部長、國家能源咨詢專家委員會主任徐錠明、國家能源局可再生能源處處長熊敏峰以及來自中國水利水電科學研究院、水電水利規劃設計總院、中國社會科學院可持續發展研究中心、環境保護部環境工程評價中心、中國水力發電工程學會、中國互聯網協會網絡科普聯盟、光華科普教育基金會等單位的專家代表出席了論壇。
針對論壇上一些專家記者們關于我國水利水電建設的速度是過快,還是太慢了的不同看法。汪恕誠在論壇的總結講話中指出,水電建設需要較長的周期才能見效,要完成我國的政府在2020年非化石能源達到15%的目標,我們從現在起必須要加快水電開發的速度,否則,就要來不及了。對于會議上某些具體的水電站對生態環境的利大弊還是弊大于利的爭論,汪恕誠強調,根據我國目前的發展和能源需求現狀,水電的生態環境影響只是對流域范圍的,但如果不開發建設水電影響破壞的將是全球的生態環境。某些關于水電生態環境的爭論完全不是一個層次上的問題。國家發展的現狀和國際社會的減排壓力要求我們必須要大力開發水電,任何人、任何組織也不可能阻擋和改變這個大趨勢。
經過交流探討,到會的專家代表們建議,應該扭轉我國輿論宣傳中妖魔化水電的傾向,盡快改變當前我國大型水電站建設被各種各樣爭論所擱置的現狀。站在保護全球生態環境的高度上,加速水利水電的開發,減少溫室氣體排放,實現我國政府的莊嚴承諾,保護好全球的生態環境。
T5升級:可持續發展的照明布局
本刊訊(記者蘇云峰報道) 近日,全球照明業的著名公司飛利浦在江蘇省儀征市的生產基地舉辦了全新一代T5熒光燈的上市儀式。據主辦方介紹,預計今年該基地的T5光源產量將達到新紀錄的3000萬支,同時,這也標志著飛利浦這一在華投資達到6億元的新工廠進入了成熟的發展階段:產能在得到充分釋放的同時,產品的性能和流水線的整體水平都已與世界先進水平同列。據記者了解,在節能減排成為全球趨勢和基本國策的前提下,飛利浦作為照明行業的領導者,希望進一步推動低能效照明向節能照明的綠色轉換和加速變革。以節能照明的發展為先聲,加快低碳建筑的發展,也將成為全行業實現結構轉型的可行性選擇。
【關鍵詞】數字化工廠工藝規劃仿真優化
中圖分類號：S220文獻標識碼： A
1引言
圍繞激烈的市場競爭，制造企業已經意識到他們正面臨著巨大的時間、成本、質量、產品差異化等壓力。如何快速適應市場的變化，實現從“以產定銷”到“按訂單生產”模式轉變？數字化工廠提供了較為理想的解決方案。
2 數字化工廠概述
數字化工廠是BIM(建筑信息模型)技術、現代數字制造技術與計算機仿真技術相結合的產物，同時具有其鮮明的特征。
2.1數字化工廠
2.1.1數字化工廠的概念
數字化工廠是以產品全生命周期的相關數據為基礎，根據虛擬制造原理，在虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、優化和重組的新的生產組織方式。它是在設計建造階段，建立全面、詳實的信息，包括材料、工藝、設備運行管理等全生命周期的信息檔案數據庫，利用BIM(建筑信息模型)技術指導建筑物、構筑物及設備的科學使用和維護，為信息化、標準化管理提供數據基礎平臺，加上CAD、EEP、MEP等應用管理系統，實現工廠控制系統內部數字化信息的有效傳遞，既鏈接了生產過程的各個環節，又與企業經營管理相互聯系，進而把整個企業數字化的資金信息、物流信息、生產裝置狀態信息、生產效率信息、生產能力信息、市場信息、采購信息以及企業所必須的控制目標都實時、準確、全面、系統地提供給決策者和管理者，幫助企業決策者和管理者提高決策的實時性和準確性以及管理者的效率，從而實現管理和控制數字化、一體化的目標。
2.1.2數字化工廠的優勢
數字化工廠利用其工廠布局、工藝規劃和仿真優化等功能手段，改變了傳統工業生產的理念，給現代化工業帶來了新的技術革命，其優勢作用較為明顯。
預規劃和靈活性生產：利用數字化工廠技術，整個企業在設計之初就可以對工廠布局、產品生產水平與能力等進行預規劃，幫助企業進行評估與檢驗。同時，數字化工廠技術的應用使得工廠設計不再是各部門單一地流水作業，各部門成為一個緊密聯系的有機整體，有助于工廠建設過程中的靈活協調與并行處理。此外，在工廠生產過程中能夠最大程度地關聯產業鏈上的各節點，增強生產、物流、管理過程中的靈活性和自動化水平。
縮短產品上市時間、提高產品競爭力：數字化工廠能夠根據市場需求的變化，快速、方便地對新產品進行虛擬化仿真設計，加快了新產品設計成形的進度。同時，通過對新產品的生產工藝、生產過程進行模擬仿真與優化，保證了新產品生產過程的順利性與產品質量的可靠性，加快了產品的上市時間，在企業間的競爭中占得先機。
節約資源、降低成本、提高資金效益：通過數字化工廠技術方便地進行產品的虛擬設計與驗證，最大程度地降低了物理原型的生產與更改，從而有效地減少資源浪費、降低產品開發成本。同時，充分利用現有的數據資料（客戶需求、生產原料、設備狀況等）進行生產仿真與預測，對生產過程進行預先判斷與決策，從而提高生產收益與資金使用效益。
提升產品質量水平：利用數字化工廠技術，能夠對產品設計、產品原料、生產過程等進行嚴格把關與統籌安排，降低設計與生產制造之間的不確定性，從而提高產品數據的統一性，方便地進行質量規劃，提升質量水平。
2.2數字化工廠的差異性
“數字化工廠”貫穿整個工藝設計、規劃、驗證、直至車間生產工藝整個制造過程，在實施過程需要注意系統集成方面的問題，“數字化工廠”不是一個獨立的系統，規劃時，需要與設計部門的CAD/PDM系統進行數據交換，并對設計產品進行可制造性驗證（工藝評審），同時，所有規劃還需要考慮工廠資源情況。所以，“數字化工廠”與設計系統CAD/PDM和企業資源管理系統ERP的集成是必須的。同時，“數字化工廠”還有必要把企業已有的規劃“知識”（如工時卡、焊接規范等）集成起來，整個集成的底部是PLM構架。
同時，類似于PDM系統和ERP系統，每個企業都有自己的流程和規范，考慮到很多人都在一個環境中協同工作（工藝工程師、設計工程師、零件和工具制造者、外包商、供應商以及生產工程師等），隨時會創建大量的數據，所以，“數字化工廠”規劃系統也存在客戶化定制的要求，如操作界面、流程規范、輸出等，主要是便于使用和存取等。
3 數字化工廠的實現與應用
數字化工廠以突出的功能優點，在工業生產，尤其是制造業生產中具有廣泛的應用，但其實現過程也涉及多種關鍵技術。
3.1數字化工廠的關鍵技術
數字化工廠涉及的關鍵技術主要有：數字化建模技術、虛擬現實技術、優化仿真技術、應用生產技術。
數字化建模技術：數字化工廠是建立在數字化模型基礎上的虛擬仿真系統，輸入數字化工廠的各種制造資源、工藝數據、CAD數據等要求建立離散化數學模型，才能在數字化工廠軟件系統內進行各種數字仿真與分析。數字化模型的準確性關系到對實際系統真實反映的精度，對于后續的產品設計、工藝設計以及生產過程的模擬仿真具有較大的影響。因此，數字化建模技術作為數字化工廠的技術基礎，其作用十分關鍵
虛擬現實技術：虛擬現實技術能夠提供一種具有沉浸性、交互性和構想性的多維信息空間，方便實現人機交互，使用戶能身臨其境地感受開發的產品，具有很好地直觀性，在數字化工廠中具有廣泛的應用前景。虛擬技術的實現水平，很大程度上影響著數字化工廠系統的可操作性，同時也影響著用戶對產品設計以及生產過程判斷的正確性。
優化仿真技術：優化仿真技術是數字化工廠的價值所在，根據建立的數字化模型與仿真系統給出的仿真結果及其各種預測數據，分析虛擬生產過程中的可能存在的各種問題和潛在的優化方案等，進而優化生產過程、提高生產的可靠性與產品質量，最終提高企業的效益。由此可見，優化仿真技術水平對于能否最大限度地發揮企業效益、提升企業競爭力具有十分重要的作用，其優化技術的自動化、智能化水平尤為關鍵。
應用生產技術：數字化工廠通過建模仿真提供一整套較為完善的產品設計、工藝開發與生產流程，但是作為生產自動化的需要，數字化工廠系統要求能夠提供各種可以直接應用于實際生產的設備控制程序以及各種是生產需要的工序、報表文件等。各種友好、優良的應用接口，能夠加快數字化設計向實際生產應用的轉化進程。
3.2常見數字化工廠軟件
由于數字化工廠技術在工業生產過程中的優越性，各知名企業競相開發各種數字化工廠軟件，其中較為常見、應用最為廣泛的數字化工廠軟件主要有eM-Power和Demia等。
eM-Power是由美國的Tecnomatix技術公司開發的數字化工廠軟件，它在工業生產中應用十分廣泛。該軟件架構是建立在Oracle數據庫之上的三層結構，它為企業用戶提供零件制造解決方案、裝配規劃、工廠及生產線設計和優化、產品質量和人員績效等主要功能。這些主要的功能模塊建立在統一的數據庫eM_Server中，實現整個生產制造過程的信息共享。2007年以來，西門子公司在收購了UGS（UGS于2004年收購了Tecnomatix）的基礎上，推出了功能更為強大的Teamcenter 8和Tecnomatix 9，提供工廠設計及優化、制造工藝管理、裝配規劃與驗證、開發、仿真和調試自動的制造過程和質量管理等功能，在各大企業具有廣泛應用。
Delmia是由法國的Dassault公司開發的數字化工廠解決方案，該解決方案是構建在Dassault公司的PLM結構的頂層，由其專用數據庫（PPR-Hub）統一管理。Delmia的體系結構主要包括：面向制造過程設計的（DPE）、面向物流過程分析的（QUEST）、面向裝配過程分析的（DPM）、面向人機分析的（Human）、面向虛擬現實仿真的（Envision）、面向機器人仿真的（Robotics）、面向虛擬數控加工方針的（VNC）、面向系統數據集成的（PPR Navigato）等。它主要由面向數字化工藝規劃模塊、數字化仿真平臺工具集以及車間現場制造執行系統的集成模塊等組成。
3.3數字化工廠的應用
數字化工廠是信息化技術發展過程中出現的一種新的企業組織形式，是促進企業現代化發展的新興技術，目前主要應用在汽車制造、航空航天等大型制造企業。
3.3.1數字化工廠技術在汽車行業的應用。
目前，數字化工廠技術在國內外汽車制造業中得到了廣泛應用。在國外，如通用汽車公司使用Tecnmatix eMPower的解決方案，大大縮短了通用公司從新產品設計、制造到投放市場的時間，同時提升了其產品質量。奧迪公司使用eM-Plant進行物流規劃仿真，如A3 Sportback項目。通過物流規劃仿真不僅使得整個生產物流供應鏈之間建立起了緊密有序的聯系，同時也方便對物流方案進行先期評估和可行性分析。在國內，如一汽大眾在車身主拼線工藝設計中采用數字化工廠技術，改善了車身焊接工藝，提高車身焊接質量。上海大眾在發動機設計和產品總裝領域采用數字化工廠技術，大幅提升了公司的制造技術和產品質量。目前，華晨金杯公司引進西門子的Tecnomatix軟件，對產品的總裝工藝進行數字化改造。
3.3.2數字化工廠技術在飛機制造業的應用。
在飛機制造業，數字化工廠技術的先進性也得到了充分體現。如美國的洛克希德馬丁公司在F35研制過程中，采用數字化工廠技術縮短了2/3的研制周期，降低了50%的研制成本，開創了航空數字化制造的先河。有如波音787飛機在研制過程中采用基于Delmia的數字化工廠技術，實現其產品的虛擬樣機?？湛虯380飛機采用虛擬裝配方案，實現整機的三維虛擬裝配仿真和驗證。不僅國外飛機制造企業在其產品的研制、生產過程中使用數字化工廠技術，國內的飛機制造企業也是如此。如上海飛機制造廠利用數字化工廠技術在三維環境中進行人工裝配操作的數字化模擬，提高了人工操作的標準化。而西安航空動力控制公司則采用Tecnomatix的數字化工廠軟件對其異型件生產線進行仿真和優化，進行技術改造探索。
3.3.3數字化工廠在鑄造行業的探索
共享鑄鋼團《數字化工廠示范工程》擬運用先進制造理念（如虛擬制造、智能制造、綠色制造、柔性制造等）和先進鑄造技術、方法，結合共享集團在鑄造行業內領先的制造、技術和管理經驗，全面融合先進信息化技術，建設數字化模樣生產線、數字化柔性造型生產線、智能化熔煉控制系統、智能體聯合控制的鑄件精整線、數字化在線檢測等綜合集成的數字化鑄造工廠，在“多品種、小批量、快捷”鑄造生產方面達到同行業領先水平，建成一座在鑄造行業領先的“數字化、柔性化、綠色、高效”鑄造工廠，集成并創造數字化鑄造新模式。
4結束語
隨著計算機技術、網絡技術的飛速發展，數字化工廠技術不斷與現代企業相結合，已成為提升企業競爭力的新動力。在當前企業發展的新形勢下，數字化工廠技術出現了新的趨勢。首先，現場總線技術在數字化工廠中的應用，提升數字化工廠的現場可操作性；其次，應用網絡技術，拓展數字化工廠網絡互聯能力；最后，數字化工廠的智能化發展，實現虛擬仿真與企業真實生產的無縫鏈接，打造真正的智能數字化工廠。
作者簡介
郭兆祥（1976-）男，碩士研究生，從事技術質量管理工作。
參考文獻.
[1]李險峰.DELMIA讓數字化工廠成為現實[J].CAD/CAM與制造業信息化，2006，(9)：48-50.
【關鍵詞】數字化工廠；仿真；虛擬制造
1.引言
在市場競爭日趨激烈，新產品上市周期越來越短，生產設備和制造系統日趨復雜、昂貴的情況下，為了獲取最佳利潤和保持市場占有率，制造企業必須從傳統制造模式向數字化制造模式轉變，實現產品的多元化，縮短產品上市時間，縮短生產準備時間，并進一步提高產品的質量。由此，數字化工廠作為優化生產過程的解決方案也越來越成為研究的熱點。
2.數字化工廠含義
數字化工廠（Digital Factory，簡稱DF）是基于仿真技術和虛擬現實技術的發展而產生的，是以產品全生命周期的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式，通過對生產過程進行分析和優化，保證產品在可制造的前提下，實現快速、低成本和高質量的制造，從而實現柔性制造和并行工程[1]。
3.數字化工廠平臺架構
數字化工廠軟件是虛擬制造平臺，對于縮短新產品的開發周期、提高產品質量、減少制造成本和降低項目決策風險都具有重大意義。
數字化工廠軟件還是實現并行工程的工具。產品設計部門和制造工藝部門可以在產品的制造特征（焊點、定位點、裝配位置等）領域緊密協作，在產品設計的早期階段進行工程制造的仿真，在新產品的制造中盡量對標準化的工藝和工裝卡具重復利用，從而實現產品設計和產品制造的并行互動的工作方式，縮短新產品的開發周期、降低制造成本和加快新產品投放市場[2]。
數字化工廠在工藝層面的主要應用包括工廠布局仿真優化、工藝流程規劃及仿真驗證、虛擬裝配設計與驗證、物流仿真。工廠布局仿真優化是建立車間廠房、物流通道、制造資源等的三維數字模型，為工藝、裝配、物流仿真建立基礎。是工藝流程規劃及仿真驗證在三維數字環境下對產品的工藝進行規劃，制定工藝路線，如NC編程、流程排序、資源分配、工時定額，成本核算等，并對加工工藝過程進行三維仿真，仿真工藝路線，刀具切換，裝夾過程等。虛擬裝配設計與驗證是提供一個虛擬制造環境來規劃驗證和評價產品的裝配制造過程和裝配制造方法，檢驗裝配過程是否存在錯誤，零件裝配時是否存在碰撞。它把產品、資源和工藝操作結合起來來分析產品裝配的順序和工序的流程，并且在裝配制造模型下進行裝配工裝的驗證、仿真夾具的動作、仿真產品的裝配流程，驗證產品裝配的工藝性，達到盡早發現問題、解決問題的目的。物流仿真是工廠布局規劃與仿真的輔助工具之一，在三維環境下對物流仿真邏輯進行建模，主要分析工位裝配任務分配的合理性，物流路徑規劃的合理性，物流設備的分配以及利用率等，從而評價和優化物流規劃方案；基于建立的物流仿真模型，可以調整參數和物流方案，實時獲得仿真結果。
數字化工廠平臺在制造層面的主要應用為MES系統，包括制造數據管理、計劃排程、生產調度執行、現場數據采集及歸檔、產品跟蹤等功能。
4.數字化工廠收益
一個制造企業完善的企業信息平臺應由三大塊構成，即：PDM/CAD系統，為企業提品數據結構和數學模型，進行產品數據管理；ERP系統，為企業提供物質資源、資金資源和信息資源集成信息，進行企業資源管理；數字化工廠平臺，即制造過程管理系統，為企業提供數字化的制造信息平臺，進行制造工藝規劃設計，工程仿真和生產過程管理。成為數字化工廠，首先要做到柔性制造，即通過自動化的理念把產品的工藝設計與自動化設計集成到一個平臺上。系統能夠根據加工對象的變化或原材料的變化而確定相應的工藝流程。第二點，也是比較關鍵的部分，即虛擬投產，即借助虛擬化過程來檢驗整個生產過程，驗證產品。
國內制造企業通過利用數字化工廠技術能夠帶來的收益包括：
（1）在3D的環境下進行制造工藝過程的設計，提高工藝設計、現場工人、數控測量的效率；
（2）用數字化的手段驗證產品的制造工藝可行性，避免工藝制造與設計脫節，提高工藝設計質量；
（3）現場的工藝問題在數字化仿真環境下提前得到分析，避免在后期對產品和流程進行改變返工，避免規劃的失誤，對風險可進行精確掌控；
（4）掌握產品和流程的復雜性，提高產品的變種及對流程影響的透明度，建立典型工藝，經驗庫，減少重復工作；
（5）縮短產品工藝準備周期，縮短新產品投放市場時間（6）結合MES現場數據的及時采集、反饋，實現成本的及時統計、工藝的持續改進，支持產品的后期維修。
5.實施關鍵因素
數字化工廠平臺涉及多層仿真層次，不同仿真目的，需要對物流，裝配，加工等進行獨立仿真，并在統一的可視化環境下進行結果分析。數字化工廠貫穿整個工藝設計、規劃、驗證、直至車間生產工藝整個制造過程，不是一個獨立的系統，需要與設計部門的CAD/PDM系統進行數據交換，并對設計產品進行可制造性驗證（工藝評審），同時，所有規劃還需要考慮工廠資源情況數字化工廠與設計系統CAD/PDM和企業資源管理系統ERP的集成是必須的。同時，數字化工廠還有必要把企業已有的規劃知識（如工時卡、焊接規范等）集成起來，整個集成的底部是PLM構架。所以，需要與其他部門的信息系統進行數據交換，并在PLM體系框架的指引下開展實施工作。
6.小結
數字化工廠涉及生產，設計，工藝、物流，管理，IT部門等業務單位以及多領域的技術人員，需要相關專業部門的全力配合，需要對整個生產鏈的數據進行整理和整合（包括產品，工藝，車間等）。對企業各方面的影響巨大，可能需要流程重組。因此，企業在具體的實施過程中，需根據自己的生產制造的實際過程和企業資源條件來決定，即需要在設計、工藝規劃、加工、裝配、物流的哪一部分加強，進而采取先點后面、循序漸進的實施策略，不要一下鋪得太大。
參考文獻
[1]張浩，樊留群，馬玉敏，等.數字化工廠技術與應用[M].北京：機械工業出版社，2003：5-12.
關鍵詞：數字化工廠；關鍵技術；制造數字化
數字化工廠是以制造產品和提供服務的企業為核心，由核心企業以及一切相關聯的成員構成，使所有運營信息數字化的動態“組織”。通過數字化工廠信息系統有效地組織控制人流、物流、資金流和信息流，實現組織內部所有成員之間的高度協作和資源共享，為客戶提供滿意的產品和服務。而數字化工廠工作流管理系統作為數字化工廠信息系統的基礎，是協調數字化工廠成員內部、成員相互間的各項活動的具體執行者。數字化工廠是指以產品全生命周期的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。是現代數字制造技術與計算機仿真技術相結合的產物，同時具有其鮮明的特征。它的出現給基礎制造業注入了新的活力，主要作為溝通產品設計和產品制造之間的橋梁。
一、數字化工廠概述
數字化工廠（DF）以產品全生命周期的相關數據為基礎，在計算機虛擬環境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。在設計部分，CAD和PDM系統的應用已相當普及；在生產部分，ERP等相關的信息系統也獲得了相當的普及，但在解決“如何制造工藝設計”這一關鍵環節上，大部分國內企業還沒有實現有效的計算機輔助治理機制，“數字化工廠”技術與系統作為新型的制造系統，緊承著虛擬樣機（VP）和虛擬制造（VM）的數字化輔助工程，提供了一個制造工藝信息平臺，能夠對整個制造過程進行設計規劃，模擬仿真和治理，并將制造信息及時地與相關部分、供應商共享，從而實現虛擬制造和并行工程，保障生產的順利進行?！皵底只S”規劃系統通過同一的數據平臺，通過具體的規劃設計和驗證預見所有的制造任務，在進步質量的同時減少設計時間，加速產品開發周期，消除浪費，減少為了完成某項任務所需的資源數目等，實現主機廠內部、生產線供給商、工裝夾具供給商等的并行工程。數字化工廠（DF）是企業數字化輔助工程新的發展階段，包括產品開發數字化、生產準備數字化、制造數字化、管理數字化、營銷數字化。除了要對產品開發過程進行建模與仿真外，還要根據產品的變化對生產系統的重組和運行進行仿真，使生產系統在投入運行前就了解系統的使用性能，分析其可靠性、經濟性、質量、工期等，為生產過程優化和網絡制造提供支持。
二、數字化工廠的關鍵技術
通常研究的制造系統是非線性離散化系統，需要建立產品模型、資源模型制造設備、材料、能源、工夾具、生產人員和制造環境等、工藝模型工藝規則、制造路線等以及生產管理模型系統的限制和約束關系。數字化工廠是建立在模型基礎上的優化仿真系統，所數字化建模技術是數字化工廠的基礎。隨著虛擬設計技術的發展，在計算機中進行產品零件的三維造型、裝配分析和數控加模擬技術以及以上程分析技術不斷發展和完善，這種技術進一步向制造過程領域發展。數字化建模的基礎上，對制造系統進行運動學、動力學、加工能力等各方面進行動態仿真優化。隨著三維造型技術發展，三維實體造型技術已得到普遍的應用。具有沉浸性的虛擬現實技術，使用戶能身臨其境地感受產品的設計過程和制造過程，使仿真的旁觀者成為虛擬環境的組成部分。數字化工，軟件模塊之間以及和其他軟件模塊之間的信息交換和集成。虛擬環境的下具集、各種數據轉換工具、設備控制程序的生成器、各種報表的輸出工具等。
三、數字化工廠的解決方案
（一）產品研發的數字化和虛擬化
數字化工廠通過使用CAX等軟件，建立產品的邏輯、幾何、功能、性能和關聯等模型，實現基于模型的產品定義與關聯設計，在虛擬的數字世界中完成多學科優化、協同設計、優化分析、制造試驗仿真及模擬產品的制造和運營過程（包括虛擬工廠、生產線布局、物流等）。同時，通過PLM與ERP/MES等集成，實現三維模型、數字化工藝指令等信息向生產現場的推送，并與質量、采購、物流等部門進行共享。各部門依據這些共享信息即可開展相應的零部件生產、原材料采購、產品驗收和產品確認等工作。
（二）生產過程的精益化和標準化
數字化工廠是按照精益思想建設的，通過對生產過程進行優化整合，并制定相應的標準化操作規程，確保車間生產節奏更加緊湊和有序。它使用ERP統一管理和下達生產指令，使用MES和數據采集與監控系統實現對生產計劃調度、物料追蹤、數據采集、生產設備狀態監控、工位操作、包裝發貨等生產運營全過程的管理，并將檢測結果與PLM中設計模型進行快速對比，形成從虛擬產品設計到實際生產制造的閉環產品質量控制，實現從原料進廠到產品出廠的生產過程自動化、裝備制造信息化和智能化、生產過程的高度透明化。
（三）車間生產的自動化和集成化
數字化工廠車間生產自動化是在統一通信、統一編程以及統一IT架構的基礎上，通過高運行可靠性和可用性的數據鏈路（物聯網及工業網等），把生產制造過程中眾多獨立的產品、工具與關聯的服務進行集成，支持自動化控制、制造執行和企業資源管理等系統的完美整合。并將網絡與通信、傳感器與感知、自動檢測、人機交互與專家系統等智能化技術加入車間制造單元與生產線中，實現系統自優化、自重構、自診斷，形成高度的柔性生產方式，達到信息技術和制造技術深度融合的目的，使得高度智能的快速生產成為可能。
四、結束語
綠色和人文是數字化工廠的重要特征，所以數字化工廠的建設不僅要求體現數字化、自動化和智能化元素，還要符合綠色人文的需求。它一方面用自動化設備來減輕人員的體力消耗和精神壓力，以及用持續的職業發展規劃來延長員工的工作壽命和工作質量。
參考文獻：
