1 引言
數字化制造是指將信息技術用于產品設計、制造以及管理等產品全生命周期中，以達到提高制造效率和質量、降低制造成本、實現快速響應市場需求的目的，所涉及的一系列活動的總稱。數字化制造的提出是根據虛擬制造的原理，通過提供虛擬產品開發環境，利用計算機技術和網絡技術，實現產品生命周期中的設計、制造、裝配、質量控制和檢測等各個階段的功能，達到縮短新產品上市的時間、降低成本、優化設計、提高生產效率和產品的質量。
在傳統的機械加工過程中，機械的生產往往以流程為核心，不同的加工流程在不同的設備上運行，流程之間區分明確。但在市場經濟的新形勢與新技術的沖擊之下，功能單一的傳統設備正在被具有復合加工能力的加工中心逐漸取代。高速化、復合化、自動化、數字化的機械加工是未來加工行業的發展趨勢。
我國的數字化制造技術目前處于快速發展階段，國內一系列較大型數字化工廠已經建成或處于規劃建設階段，如長春奧迪數字化汽車生產中心，成都西門子工業自動化產品生產及研發基地，北京石油機械廠新廠區等。本文以寧夏某機床數字化制造工廠為例，旨在說明數字化制造技術在現代化工廠中的實際應用。
2 數字化制造的要素
在數字化制造中，通過建模與仿真技術模擬制造、生產和裝配過程，設計者可以在計算機中“制造”出產品，通過揭示制造工藝過程的本質，獲得知識及進行制造工藝自主設計和優化控制的能力。而數字化制造實現需要四個要素：數字化生產設備，數字化產品數據，網絡化工作環境與智能化管理軟件(見圖1)。
圖1 數字化工廠的構成
2.1 數字化生產設備
生產設備的數字化至關重要：即使有再好的環境網絡，沒有生產設備的實時信息，其信息化管理的程度也會大打折扣。管理者必須盡可能實時掌握生產的動態，并及時做出反應，所以對現場的生產設備進行實時的掌控，就成為了數字化工廠管理的一個前提條件。
2.2 數字化產品數據
數字化的產品數據，并不是簡單的將企業產品圖紙、工藝文件、技術資料的管理記錄轉換成電子表格，而是要建立起一個關系型的數學模型，以數據流作為不同模塊之間的溝通渠道。從產品的設計開始，就做好與PDM數據管理系統集成、建立數據共享。數字化的產品結構是數字化制造的前端，這部分的核心在于CAD、PDM軟件和技術的應用，解決“做什么”的問題，一切的生產經營活動都是圍繞其進行的。
整個的生產經營活動是圍繞產品展開的，管理的對象自然也是產品，所以產品數據是—切經營活動的源頭和基礎。如果所有的產品數據全部停留在紙面上，那么當需要的時候查找相關數據的工作，無疑會非常困難—一因為關系型的數據關系很難建立起來，所有的數據無疑成為了若干個信息孤島，缺乏信息流動。比如，在上萬種零件中找到一張圖紙，但僅憑圖紙的編號我們很難找到這張圖紙是在哪里使用的，這樣的搜索方法無疑會降低信息搜索的效率和準確性。而如果是在關系型的數據庫中，查找某個特定產品的相關數據，是件非常容易辦到的事情。所以，數字化制造需要把產品的數據建立起關系型數據庫，并用智能的軟件去管理他們。
以寧夏某機床數字化制造工廠為例，該數字化工廠技術部采用了自主研發的產品數據管理軟件與PDM系統。這套系統采用BS構架，獨創的NVS-通知書驗證系統+ICE智能編號管理引擎系統，非常高效和嚴謹地將工廠的產品系統地組織起來，并全部實現了數字化管理，工廠的生產活動全部以其為根據進行。由于這套系統是企業為自己量身定做，在生產過程中，PDM系統與實際生產活動的配合準確、快捷，在提高了整個數字化工廠的工作效率的同時，也節省了大量人工成本。
2.3 網絡化工作環境
在數字化制造進程中，企業各處的信息都是通過信息網絡化來進行的，工作環境的網絡化是數據得以流動的大前提。通過互聯網的信息共享，設計制造各個環節的信息與知識在數字化描述的基礎上得到流通與集成。企業的管理者必須盡可能實時掌握生產的動態，并及時做出反應，所以對現場的生產設備進行實時的掌控，就成為了數字化工廠管理的一個前提條件。
目前，我國的工廠中，辦公室內的生產管理部門、營業銷售部門、設計開發部門之間的聯網通常很容易實現，但這些部門與生產現場設備之間聯網與信息流通情況，多半是不夠完善的。若無法實現管理部門與生產部門雙向數據流動，網絡化的效用將會大打折扣，數字化工廠的障礙也多在于此。與之相比，寧夏某機床數字化制造工廠生產的數控機床，聯網、監控等功能是標準的配置，通過數字化監控軟件CyberMonitor，管理人員可以直觀地看到各臺機床的運行狀態，包括各種狀態下運行的時間和百分比，從而了解每臺設備的開動率、輔助時間等信息，為設備的管理提供了可靠的依據。
2.4 數字化管理軟件
數字化管理是利用計算機技術，包括數據庫系統、編程語言、信息技術包括GS、GIS、GPS等對管理對象和內容，進行統一深入的管理。透過個人電腦數據庫與現代化的信息管理軟件的連接，將傳統的復雜的手工操作流程在電腦上進行數字化的整合，將結果以直觀、形象的用戶界面形式表現給用戶。
傳統的管理模式中，工作人員往往需要對采集到的數據進行大量的腦力處理，不僅工作負擔很重，而且工作效率低，從而影響到企業的整體運營效率。而現代化的數字化管理通過程序軟件的設計，將繁瑣的數據處理過程運用計算機來進行處理，不僅效率高，而且極大地減輕了工作人員的負擔。
以寧夏某機床數字化制造工廠為例，該工廠的營業部門使用空中辦公室：其核心為BS結構，構建在該公司網絡平臺上，營業部的人員可以隨時隨地進行網上辦公。營業的項目管理、售后數據庫、售后人員工作與數據交換平臺服務都可以通過網絡。此外，其管理系統中各個子系統中軟件程序對數據處理的方式是可變的，不是靜態的。隨著數字化工廠體系應用環境的變化，各個子系統之間的關系可以做出適當的調整，重新應用到相應的領域中去，這就為數字化管理系統的廣泛應用創造了條件。
3 數字化制造的優勢
與傳統的制造工業相比，應用了數字化制造技術的工廠有著明顯的優勢。
傳統工廠存在的問題之一在于，公司管理人員無法掌握控制實時的生產狀態，對一段時間內各設備的運轉狀況的掌握也缺乏時效性。而數字化制造工廠，管理人員則可以準確、高效地了解每一臺設備的工作情況。以寧夏某機床數字化制造工廠為例，工廠采用了可視化的智能監控軟件，管理人員可以通過軟件，直接看到各臺機床的運行狀態，包括各種狀態下運行的時間和百分比，從而了解每臺設備的開動率、輔助時間等信息，為設備的管理提供了可靠的依據。
傳統工廠機械加工的另一個問題在于，接到零件圖紙后，需要占用大量本可用于切削加工的時間進行編程試切，這樣無形中就降低了機床的開動率。而且，正式生產加工的時候，無法提前展開加工所需的刀具和卡具等作業準備信息，需要額外的時間進行準備好相關的作業準備信息。而數字化制造工廠則可以通過Camware系統，直接將DXF格式的CAD圖紙轉化為數控機床可以識別的加工命令，并同時準備好所需的刀具、卡具等作業相關信息，省略了由CAD圖紙編程再輸入的繁瑣步驟，從而節約了大量時間，提高了機床的開動率，也就降低了每件產品的實際成本，提高了企業效益。
在傳統的以流程為主體的機械加工系統中，實際生產量往往需要根據過去的歷史記錄進行預估，而預估的需求量與實際訂貨量往往會產生較大差別，容易產生兩種狀態：要么產能不足，要么庫存增多。采用了數字化制造技術的新型制造商，告別過去預估的生產方式，采取以客戶為中心的以銷定產的生產模式。整個生產過程由于采用了智能生產中心管理，可以大大縮短產品的在制總需時間。在未接到訂單前，即可計算出來產品準確的交貨期，并且模擬整個生產過程。
此外，在傳統的制造工廠，以流程為核心，采取從上至下的二維內部組織結構，帶來的弊端之一是所有的信息網絡是單向流通的，各部門的負責人與顧客的距離會有所差別，而高層管理人員與客戶的距離往往較遠，難以準確快速了解最新的客戶需求。采用了數字化制造技術的生產商，則可以更為便捷地將公司的中樞機構設置于離顧客最近的地方，能夠有效地獲得從營業生產中傳遞來的第一手信息，促使生產營業部忠實地為客戶服務，以市場信息為中心展開經營活動。公司全員將客戶作為生產活動的中心，以最短距離開展工作，從而取得更強的市場競爭力。
4 結語
數字化技術的成功應用可以極大地提高生產效率，而數字化的制造模式也將會是今后制造業發展的大趨勢。制造模式的改變，對制造裝備本身提出了新的要求。僅僅是設備本身性能的提高，為提高生產效率所帶來的貢獻是非常有限的，只有制造模式和管理模式的變革，才能讓生產效率得到飛躍式的提高。數字化技術必將對未來制造業發揮巨大的推動作用。
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本文標題：數字化制造技術在工廠中的應用
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