数字化工厂建设方案：核心功能要素与关键技术.pdfVIP

数字化工厂建设方案：核心功能要素与关键技术--第1页

：随着科学技术的不断发展，制造类企业也经历了几次变革，从实际发

展来看，每一次变革都带来了制造水平的大幅提升，体现了科学技术的

主导作用，研究认为制造类企业向智能化发展大致经历以下四个阶段：

手工作业→自动化流水作业→数字化网络化作业→网络化智能化作业。

从历史发展规律来看，随着科学技术的不断进步，制造类企业变革也是

一种必然，从大的发展周期角度，研究认为当前的制造类企业发展正处

于第三阶段数字化网络化作业的发展时期，即信息化和工业化两化深度

融合的阶段，同时正在初步探索网络化智能化作业。

1

、数字化工厂概念

数字化工厂是随着数字仿真技术和虚拟现实技术发展而来的，它通过对真实工业

生产的虚拟规划、仿真优化，实现对工厂产品研发、制造生产和服务的优化和提

升，是现代工业化与信息化融合的应用体现。随着产品需求的不断变化、产品周

期的更新换代速度提升，以及3D打印、物联网、云计算、大数据等新兴信息技

术的不断应用，为了缩短研发周期，降低生产成本，提升企业产品质量和效益，

先进的制造类企业开始越来越重视数字化工厂的建设，如上汽、海尔、华为、西

门子等制造企业均已着手开始建设自己的数字化工厂，以支撑企业实现新的突破

和发展。

数字化工厂建设方案：核心功能要素与关键技术--第1页

数字化工厂建设方案：核心功能要素与关键技术--第2页

作为信息化和工业化融合应用的最佳结合点，研究数字化工厂如何建设，探讨虚

拟设计与物理设备之间怎样实现无缝衔接，对驱动信息化和工业化的深度融合发

展、以及未来智能工厂发展具有十分重要的意义。数字化工厂具有广义和狭义的

概念，其涉及的内容也随着分析的角度不同而有所区别。

本文数字化工厂结合国内离散型制造企业的实际情况（如兵器、航天等领域的部

分制造企业），是以广义数字化工厂中核心制造企业为主，在满足自身生产和管

理任务的同时，需要具备产品研发能力和售后服务保障能力，因此本论文中的“数

字化工厂”不仅仅是生产的概念，它是向前延伸到设计，向后推移到服务，同时

涵盖企业管理，包括产品研发设计过程、生产制造过程、企业管理过程、服务保

障过程等产品全生命周期整个过程。

2

、数字化工厂架构

数字化工厂的规划建设、投产运营及优化改进是企业信息化和工业化融合不断深

入的过程。在这个过程中数字世界与物理世界不断迭代，支持企业产品设计、生

产制造、运营管理等各个环节的PDCA循环不断改进和提升。本论文数字化工厂

建设架构从产品生命周期、系统层级两个维度来进行构建，实现数字世界与物理

世界的交互迭代。

数字化工厂建设方案：核心功能要素与关键技术--第2页

数字化工厂建设方案：核心功能要素与关键技术--第3页

1）产品全生命周期：由产品设计、工艺规划、生产制造、服务保障等一系列相

互联系的价值创造活动组成的链式集合。生命周期中各项活动相互关联、互相影

响。

2）系统层级：本论文提出数字化工厂建设系统层级自下而上共四层结构：

（1）设备资源及控制层：包括传感器、仪器仪表、条码、射频识别、机器、机

械和装置、以及电力、燃气能源设施等硬件设备，以及与硬件设备密切相关的可

编程逻辑控制器（PLC）、数据采集与监视控制系统（SCADA）、分布式控制系

统（