工厂数字化规划模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇工厂数字化规划，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

中图分类号：TV73 文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

混凝土面板堆石坝坝顶长度为408.3m，坝顶宽度为10.0m，最大坝高121.5m，大坝上游坝坡1:1.55，下游面设置三条宽3m的水平马道，一级马道以上坡比为1：1.6，一级马道以下坡比为1：1.55。坝顶设有高度为3.3m的防浪墙与面板相接，坝顶高程3204.60m，坝顶设有高度为1.2m 的防浪墙与面板相接。面板顶端厚度0.3m，底部最大厚度0.65m，为不等厚面板，面板间设垂直缝；面板与趾板间设周边缝；坝顶防浪墙与面板间设伸缩缝。

坝体自上游至下游分别为碎石土盖重（1B）、上游壤土铺盖（1A）、面板（F）、垫层区（2A）、周边缝处特殊垫层区（2B）、主堆砂砾料区（3B1）、主堆砂砾料区（3B2）、排水区（3F）以及下游坝面砌块石护坡（3D）。坝体填筑总量507万m3。其中垫层料、特殊垫层料采用业主提供成品砂砾石料；主堆砂砾料（3B1、3B2）、排水料（3F）主要从C1、C3砂砾石料场开采。

2、C1料场复勘结果

C1砂砾石料场位于坝址区下游大通河右岸出山口的门源县苏吉滩乡燕麦图呼村一带Ⅰ～Ⅲ阶地，呈长条形沿大通河右岸展布，最大宽度约0.96km，最大长度约1.3km。距坝址区最远距离约1.9km。C1料场按由上游至下游，由外向里，由近及远分为A、B、C、D、E、F六个区。复勘时对料场6个料区布置了14个探坑，进行了37组试验。实验结果说明如下：

2.1C1料场整体料源级配连续，曲线平滑，超粒径料较少。

2.2通过对料场复勘试验检测资料分析，A、B、C、D、E、F区料源级配相差不大，D＜5mm的颗粒含量在18~31%，0.075mm颗粒含量为0.1~0.3%,均满足砂砾料3B1、3B2级配包络曲线的范围，通过业主、监理沟通，确定3B1、3B2料开采料源为E区和F区，即3B1、3B2料开采过程中均在E、F区同区开采；A、B、C、D区主要开采排水料、垫层料，并布置排水料、垫层料加工系统及筛分料堆放场地。

2.3根据探坑的剖面及现场实际地形，经测算：无用层厚度0.30～1.6m，有用层开采厚度0.9～6.0m，减去料场内小河道、水坑以及垫层料和排水料加工堆放占地面积，砂砾石储量650.41 万m3，其中水上砂砾石501.03万m3，水下砂砾石149.38万m3。

3、料场规划原则

经对C1料场复勘后依据施工图纸工程量、料场资料、施工进度计划等进行土石方填筑坝料平衡计算。并根据本工程坝料开采、料源布置的特点综合平衡和充分利用；充分考虑各料场的运距、容量及其它标段直接上坝料等因素，安排各料场的开采量。同时在料场规划时遵循少占耕地、保护环境、统筹安排、减少干扰、全面规划、统一布置、就近取料、料尽其用的原则。

4 料场开采

4.1开采程序

砂砾料开采用挖装设备在C1砂砾石料场直接开采拉运，先清除表层覆盖层，经试验合格后开采上坝。开采程序：测量放线开采施工道路修筑覆盖层揭除分区砂砾石料开采自卸车运输上坝。

开采时垂直于开采主干道按条带状向河岸方向推进开采。条带宽度拟定为200m，填筑高峰时，可同时进行几个条带同步开采，开采条带间隔错开，以便于相邻未开采条带堆放覆盖层。待一个条带开采完毕后，将相邻条带堆放的覆盖及该条带覆盖一同回填至已开采条带内。

砂砾料开采前，首先由反铲配合自卸车将表层覆盖层挖至相邻条带区，清表主要是将料场区表层50cm～200cm 的多年沉积物及表层有机土质进行清除。砂砾石料开采主要由1.6m3 反铲挖掘机立面开采为主，20t自卸汽车拉运至填筑区，平均运距1.4km，开采深度3m～8m。若开挖的砂砾料含水量较大则需进行堆放脱水，由现场技术人员根据实际情况进行控制；若开挖料含水量较小，则通过洒水进行调整。在运输和填筑过程中含水量有损失，所以料场调整含水量时使含水量略大于填筑时的含水量，所超出含水量百分比按现场施工试验和实际天气情况确定，保证大坝填筑时砂砾料的含水量为最优含水量。

4.2施工方法

根据对C1进行地质复勘，得出以下结论C1料场砂砾石颗粒组成以卵砾石为主，其中400～300mm占6.84%，300～150mm占10.96%，150～5mm占60.72%，5～0.075mm占18.88%，粒径＜0.075mm占2.6%。该料场碾压后渗透系数为10-2cm/s，可直接开采上坝作主堆石料。

开采施工方法：砂砾料开采主要采用1.6m3和1.2m3液压反铲挖料装车，40t自卸汽车直接拉运上坝，对于局部开采粒径不合格的砂砾石料，挖装时进行剔除。开采厚度按2m分层开采，第一层（2m）采用平采方式，利用现有1#主干道运至坝面，2m以下采用立面开采，利用一级阶地以下的2#主干道运输至坝面。几个条状带开采过程中，可错开开采层深（时间），以满足开采过程中料源均衡开采。在开采过程中，应尽可能地照顾到各个时段的级配平衡。当在施工过程中，有雨天开采料时，应先开采堆存，经自然脱水满足要求时，再倒运上坝。

5 C1料场施工质量控制

5.1施工前测量人员根据设计提供的控制点和施工图控制坐标，做好各料场的施工规划。

5.2应加强开采料场分区先后施工顺序的控制，严格上坝料级配的质量控制，颗粒的级配应符合规定，砂砾石的最大粒径不应超过设计规定值。

5.3装车时应控制每车料的数量相等，避免料不够或过多，并也要按安全文明施工要求，装料不得超过车厢板，以免沿途洒落；2A、2B料装车每车方量应接进，以便等距卸料；施工时应严格按施工技术要求执行。

5.4开采中有明确的划分条带，使条带开挖边界清晰、明确，严防开挖混杂和失控。

5.5拉运料物的车辆相对固定，并且时常保持车厢及车体的干净；不同坝料应在车前驾驶室玻璃处做牌标识。

6 结束语

C1料场通过合理的规划开采，在施工期间间极大的保证了大坝填筑的质量及进度，同同时通过对C1料场的合理开采最大限度的提高了砂砾料的开采效率及其利用率，通过填筑后的测算纳子峡水电站大坝填筑骨料利用率达到97%以上，并且为业主节约征地350亩，得到了建设各方的一直肯定，同时也为类似工程的料场开采积累了宝贵的经验。

篇2

数字化工厂是以制造产品和提供服务的企业为核心，由核心企业以及一切相关联的成员构成，使所有运营信息数字化的动态“组织”。通过数字化工厂信息系统有效地组织控制人流、物流、资金流和信息流，实现组织内部所有成员之间的高度协作和资源共享，为客户提供满意的产品和服务。而数字化工厂工作流管理系统作为数字化工厂信息系统的基础，是协调数字化工厂成员内部、成员相互间的各项活动的具体执行者。数字化工厂是指以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，同时具有其鲜明的特征。它的出现给基础制造业注入了新的活力，主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。

一、数字化工厂概述

数字化工厂（DF）以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。在设计部分，CAD和PDM系统的应用已相当普及；在生产部分，ERP等相关的信息系统也获得了相当的普及，但在解决“如何制造工艺设计”这一关键环节上，大部分国内企业还没有实现有效的计算机辅助治理机制，“数字化工厂”技术与系统作为新型的制造系统，紧承着虚拟样机（VP）和虚拟制造（VM）的数字化辅助工程，提供了一个制造工艺信息平台，能够对整个制造过程进行设计规划，模拟仿真和治理，并将制造信息及时地与相关部分、供应商共享，从而实现虚拟制造和并行工程，保障生产的顺利进行。“数字化工厂”规划系统通过同一的数据平台，通过具体的规划设计和验证预见所有的制造任务，在进步质量的同时减少设计时间，加速产品开发周期，消除浪费，减少为了完成某项任务所需的资源数目等，实现主机厂内部、生产线供给商、工装夹具供给商等的并行工程。数字化工厂（DF）是企业数字化辅助工程新的发展阶段，包括产品开发数字化、生产准备数字化、制造数字化、管理数字化、营销数字化。除了要对产品开发过程进行建模与仿真外，还要根据产品的变化对生产系统的重组和运行进行仿真，使生产系统在投入运行前就了解系统的使用性能，分析其可靠性、经济性、质量、工期等，为生产过程优化和网络制造提供支持。

二、数字化工厂的关键技术

通常研究的制造系统是非线性离散化系统，需要建立产品模型、资源模型制造设备、材料、能源、工夹具、生产人员和制造环境等、工艺模型工艺规则、制造路线等以及生产管理模型系统的限制和约束关系。数字化工厂是建立在模型基础上的优化仿真系统，所数字化建模技术是数字化工厂的基础。随着虚拟设计技术的发展，在计算机中进行产品零件的三维造型、装配分析和数控加模拟技术以及以上程分析技术不断发展和完善，这种技术进一步向制造过程领域发展。数字化建模的基础上，对制造系统进行运动学、动力学、加工能力等各方面进行动态仿真优化。随着三维造型技术发展，三维实体造型技术已得到普遍的应用。具有沉浸性的虚拟现实技术，使用户能身临其境地感受产品的设计过程和制造过程，使仿真的旁观者成为虚拟环境的组成部分。数字化工，软件模块之间以及和其他软件模块之间的信息交换和集成。虚拟环境的下具集、各种数据转换工具、设备控制程序的生成器、各种报表的输出工具等。

三、数字化工厂的解决方案

（一）产品研发的数字化和虚拟化

数字化工厂通过使用CAX等软件，建立产品的逻辑、几何、功能、性能和关联等模型，实现基于模型的产品定义与关联设计，在虚拟的数字世界中完成多学科优化、协同设计、优化分析、制造试验仿真及模拟产品的制造和运营过程（包括虚拟工厂、生产线布局、物流等）。同时，通过PLM与ERP/MES等集成，实现三维模型、数字化工艺指令等信息向生产现场的推送，并与质量、采购、物流等部门进行共享。各部门依据这些共享信息即可开展相应的零部件生产、原材料采购、产品验收和产品确认等工作。

（二）生产过程的精益化和标准化

数字化工厂是按照精益思想建设的，通过对生产过程进行优化整合，并制定相应的标准化操作规程，确保车间生产节奏更加紧凑和有序。它使用ERP统一管理和下达生产指令，使用MES和数据采集与监控系统实现对生产计划调度、物料追踪、数据采集、生产设备状态监控、工位操作、包装发货等生产运营全过程的管理，并将检测结果与PLM中设计模型进行快速对比，形成从虚拟产品设计到实际生产制造的闭环产品质量控制，实现从原料进厂到产品出厂的生产过程自动化、装备制造信息化和智能化、生产过程的高度透明化。

（三）车间生产的自动化和集成化

数字化工厂车间生产自动化是在统一通信、统一编程以及统一IT架构的基础上，通过高运行可靠性和可用性的数据链路（物联网及工业网等），把生产制造过程中众多独立的产品、工具与关联的服务进行集成，支持自动化控制、制造执行和企业资源管理等系统的完美整合。并将网络与通信、传感器与感知、自动检测、人机交互与专家系统等智能化技术加入车间制造单元与生产线中，实现系统自优化、自重构、自诊断，形成高度的柔性生产方式，达到信息技术和制造技术深度融合的目的，使得高度智能的快速生产成为可能。

四、结束语

绿色和人文是数字化工厂的重要特征，所以数字化工厂的建设不仅要求体现数字化、自动化和智能化元素，还要符合绿色人文的需求。它一方面用自动化设备来减轻人员的体力消耗和精神压力，以及用持续的职业发展规划来延长员工的工作寿命和工作质量。

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根据学校改革示范校任务目标的发展规划，结合本学校实际的情况，就一体化工作站提出了建设数字化工厂。通过积极探索，不断的创新与实践，充分考虑到今后发展的需要，把企业设计制造过程的现代化无纸化引入学校，真实模拟现代企业的生产经营场景，使学校成为培养高技能高素质的优秀毕业生的理想实践场所。我校现在已经建立起PLM体验中心、理实一体化教室、数字化实训工作站、教学资源库等数字化平台。从而实现理论教学、实习训练的全数字化。为职业教育的“双师型”师资培养培训及交流创造良好的数字平台。

一、“数字化工厂”具体的内涵

信息化建设是现代设计技术的发展方向，是企业走向竞争市场的一次深刻的革命。我们认为从五个方面着手实现“数字化工厂”的目标。对各项目标的具体实施，即为“数字化工厂”具体的内涵。

（1）搭建一体化工作站数字化

搭建安全快速的网络平台是一体化工作站信息化的前提。计算机已成为管理人员和操作人员的工具。我校一体化工作站的系统平台由计算机主机、网络、数据库等组成。通过软件来相连各个系统的平台，将实训车间的数控设备与数据管理平台相连，进而实现对数控设备网络化管理。当然，操作技术人员必须具备网络操作能力，只有软硬件和操作人员都具备了数字化的能力才能实现数字化工厂。

（2）打造无纸生产场景数字化

随着管理集成系统的搭建，通过数据查询系统，即可看到学生现阶段一体化工作站的任务零件及相关信息如：毛坯尺寸、产品材料、加工图样、工艺流程、注意事项等，实现与现代化的生产制造流程接轨。对学生生产用到的数控程序，通过数据终端直接传输到机床上进行应用加工，实现无纸化的设计与生产，既提高了生产效率又规范了操作规程。

（3）一体化讨论区数字化

在一体化讨论区，通过大屏幕投影，可将学生在PLM体验中心中的工作过程现场调出来，包括产品的三维或二维图，工艺流程卡、加工模型及刀路轨迹、仿真结果、加工程序等。同时，也可看到车间机床操作面板及产品加工过程。通过模型结果及机床加工过程现场，实现理论与实践的一体化教学。

（4）一体化工作站管理数字化

通过搭建一体化工作站的管理系统，通过视频可以看到师生教学在工作台上的操作场景，包括工件装夹情况、找正对刀、机床加工等情况。有信息化的支撑，一体化工作站的管理效率大幅度的提高。管理逐步向规范化转变。

二、建设数字化工厂的体会

几年来的信息化建设，使我们在探索建立数字化工厂的道路上感受颇多，在此谈谈自己的心得体会。

（1）规划管理要统一

信息化建设要统一规划，在指导部门的安排下进行信息化的建设，信息互联互通，共享资源，避免重复建设。“应用主导，面向市场”是信息化建设的内在动力和重要手段。

① 强调资源共享时，也耍推进方法和经验的交流，取长补短。我厂的信息化工作交流活动，将各部门在信息化工作开展过程中的效果和方法进行交流，特别是具有探索性的、难度大的工作，通过交流的方式互相学习进步。

② 建成管理网络。分三个层次：一层是信息化主管部门负责全厂信息化建设整体规划及协调工作；二层由专业科室组成，负责在信息化推进过程中结合专业具体开展工作；三层是车间部门层，是各项工作具体落实和实现的地方。

③ 全厂的信息化工作统一规划。信息化主管部门制定目标，长期目标包括五年计划，短期目标包括年度和季皮工作计划等，规划将包容全厂的信息化工作内容，各部门在此基础上再制定分解目标，既紧扣总体规划，又体现自身的个性内容。

（2）现代化技术要合理运用

在建设一体化数字化工厂的过程中，先进的技术是其重要支撑。但是，片面的依赖高、新、全为目标的话，是一个错误的误区，关键是要选择最适合自己的先进的技术。其功能以够用为主。

（3）推行管理要逐步化

一体化数字工厂是一个长周期的过程，初期投入的时间很长。在建设完善过程中要有耐心和恒心。在建设过程中从人员配合及管理人员的超前意识等等都是一个逐步完善的过程。，要在每一个环节中都能让大家看到希望，感觉到好处，管理人员觉得不难了，思路清晰了，再将目标提高一个台阶。最终提出了全面推行信息化管理，实现一体化数字化工厂。

（4）操作系统要扁平化

在一体化数字工厂的建设的整个过程中，有些系统在过程中不再适合新条件下生产管理需求。例如，在初期一些小系统的开发，可能到目前为止这些小系统还在用，甚至用得很不错，但为了完整的大系统，就需要抛弃这些小的孤立的系统，这其实是操作系统需要本身扁平。

（5）建设过程要应用化

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这就是西门子的数字工厂，在对整个产品的生命周期管理中，数字化处处显现，这也正是Siemens PLM Software的魅力之处。“在新一轮的工业革命中，企业需要思考的是怎样可以帮助客户不断地创新，有了创新的构想之后，我们再帮助他们在制造的质量和设计方面提供软硬结合的一体化解决方案，这也是我们Siemens PLM Software给客户带来的最大价值。”Siemens PLM Software大中华区首席执行官兼董事总经理梁乃明表示。

产品交货时间缩短50%“智造”速度

数字化的企业平台能够带来什么？Siemens PLM Software的答案是用数字化的方式可以实现精益的生产。

比如，西门子打造的数字化工厂能够实现社区与制造的融合。按照通常的做法，产品规划部门完成后提交给研发部门，研发部门开始做开发和设计，研发部门把设计好的图纸再交给采购或者生产部门，生产部门完成后介入质量部门。

但是这往往存在一个问题，有时候可能因为图纸改动而造成所有部门变化。反之，如果从产品开始设计的时候就通过数据平台做到后台共享，那么，各部门就能做到及时响应，进而缩短产品投入市场的时间，让设计、制造等环节可以统一融合。

“应用西门子数字化企业平台解决方案的成都工厂与西门子在中国的其他工厂相比，产品交货时间缩短了50%。”西门子成都工厂总经理Andreas Bukenberger表示。

“制造环节有各种各样的参数要求，例如我们加工轨道的宽度、检测精度，这些数据都可以和我们的研发数据进行同步，然后仿真。研发部门做出来的数据，我们可以通过CAD、CAM这些软件直接传送到输送机床上，这样就可以解决设计制造融合的时间问题，使之速度更快。”梁乃明解释道。

“混搭”的流水线“智造”效率

如果接到这样一个订单：生产100辆卡车、100辆轿车。传统的生产工厂可能会按部就班地一样一样完成，不过在Siemens PLM Software的帮助下，数字化工厂往往会根据采集到的数据进行分析，或许会做出混搭的生产线。

在西门子数字工厂的工作台上，会陈列多种不同的零件盒，每个零件盒上都配有指示灯。当自动引导小车送来一款待装配的产品时，电脑显示屏上会出现它的信息，相应的所需零件盒上的指示灯亮起，工人们就知道该安装什么零件了。

这是由于传感器扫描了产品的条码信息，并将数据实时传输到了MES 系统，MES系统再通过与西门子TIA（全集成自动化系统）的互联操纵零件盒指示灯，从而代替人完成了思考的过程。如果使用Siemens PLM Software 的Teamcenter软件，就可以进行灵活地小批量、多批次生产，使它能够很均匀地、连续流地生产，产生的待售品很少，如此一来，生产过程中需要的原材料消耗也很少，现金流也会较好。

“成都工厂产品的一次通过率（FPY ）可达到99% 以上。”Andreas Bukenberger针对高效生产给出了具体的数字。

引领工业新革命“智造”未来

中国的制造企业都面临着相似的挑战：当低廉的劳动力成本不能再作为“中国制造”在全球市场上的优势标签，制造企业对变革的需求更为迫切。

为在激烈的全球竞争中保持优势，制造企业要最大化利用资源，将生产变得更加高效；为适应不断变化的客户需求，制造企业必须尽可能地缩短产品上市时间，对市场的响应更加快速；为满足市场多元化的需求，制造企业还要快速实现各环节的灵活变动，将生产变得更加柔性。而高效、快速、柔性，正是数字化企业为制造业带来的最大变化。西门子成都工厂这样的数字化企业的出现，为未来中国制造的变革方向提供了一个良好的参考。

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这种感觉可能是人们对于虚拟现实技术的普遍认识，就是能够将人们带入到一种近乎现实的虚拟环境当中。殊不知，虚拟现实技术也在另一个领域产生了巨大的影响，并引发了行业变革。

当前，随着计算机、传感、网络通信等技术的快速发展，虚拟现实逐渐向工业领域渗透应用，为制造业的研发、生产、管理和服务等各环节带来了深刻变革，进一步推动了智能工厂的发展。日前，西门子在英国一处工厂里安装了Virtalis虚拟现实（VR）软件和系统，用于实现装配工艺的模拟和优化、提高概念设计的效率、精简设计单位和更加有效地进行工厂规划，通过VR技术对产品进行制造前的虚拟评估，解决其在制造过程早期阶段出现的问题。

虚拟制造技术是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品设计、加工、装配、检验等全部流程的模拟和仿真。通过虚拟制造技术，企业能够在设计阶段就对产品制造的全过程进行虚拟集成，预测、检测、评价产品性能和制造可行性，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化以及生产效率的最大化。奔驰、宝马、大众等公司利用虚拟制造技术建立“数字汽车”模型，设计发动机、车体、电气线路等，并进行碰撞分析和运动分析、模拟数控加工和质量检验等，可将新车型的研发生产周期从一年以上缩短至2个月左右，开发成本最多可降到原先的1/10。

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一、引言

“信息化带动工业化，工业化促进信息化”的国家战略已取得了世人瞩目的成就。信息化对于资产密集型、技术密集型，同时又风险密集型的石化企业来说，扮演着愈发重要的角色，信息化支撑石化企业在安稳长满优运行的道路上越走越快。“十二五”期间兰州石化投入大量的人力物力逐步建成了一百多套信息化系统，信息化对业务的支撑已经深入到企业的方方面面，但是依旧未能满足业务发展的需要，信息孤岛的问题也逐渐显露。为此兰州石化启动了数字化工厂系统建设，以期最大限度地满足业务需要、集成信息资源，减少信息孤岛，提升管理效率。新系统给企业能够带来怎样的价值，给企业管理带来怎样的改变，是建设新系统之前需要深入分析的课题。

二、数字化工厂概述

数字化工厂的概念最先是在制造业信息化建设中产生的，主要是解决产品设计和产品制造之间的鸿沟，使设计到制造之间的不确定性降低，使生产过程在三维虚拟工厂中得以检验，提前发现设计和生产工艺中存在的不足，从而缩短从设计到生产的转化时间。

对流程工业的石化企业而言，设计和生产的产品并不像制造业的产品那样有形和可装配，流程工业的数字化工厂所关注的内容发生了很大变化，主要关注在：集成设计、设备、运行等相关数据，在工厂规划、装置设计、工程建设、工厂维护、生产运行、员工培训、应急演练等业务领域，利用三维虚拟工厂实现对现实工厂立体式监控、浸入式交互和协同式管理。

三、成本实施的费用划分

分析兰州石化数字化工厂系统建设费用大体可分为三个部分：系统建设前、系统建设中和系统建设后。系统建设前的费用包括：系统前期技术调研、方案设计、技术咨询和查新检索等费用。系统建设中的费用包括：标准定义、硬件购置、软件许可、接口开发、客户化开发配置、初始培训、数据采集优化验证、历史数据迁移等。系统建设后的费用包括：软件维护、服务支持、新用户培训、系统改进、硬件维护、变更管理、数据备份等。

四、给企业带来的收益价值分析

（一）直接收益

1.流畅、优化的数据移交

当今各设计院工程设计已采用三维立体设计，装置在设计阶段已诞生了一套数字化的虚拟装置，这套带有各种工程基础数据的虚拟装置是炼化企业一笔丰厚的数字资产。但是企业实施数字化工厂系统之前，并没有一套合适的信息化系统来完整的接收这笔资产。工程移交还停留在纸质图纸移交方式，移交验收工作量大，很难高效校验图纸的完整性和准确性，也很难使这些工程设计数据在工程建设信息化管理方面发挥作用。通过数字化工厂系统建立了一个自定义的工程数据管理架构，并能固化复杂的校验规则，实现对装置工程设计资料的完整接收，和对移交资料的校验和分析，确保进入系统的数据完整、准确。工程数据电子化移交，使信息交接能力和质量得到极大提升。如德勤对澳大利亚WOODSIDE（乌赛石油公司）数字化工厂项目测算得到：一般每个装置的工程数据移交费用在100万到250万美元之间，实施数字化工厂系统用于数字化移交后，移交费用降到每个装置25万美元之内。

2.更高效的信息搜索方式

数字化工厂系统对公司业务流程的效率有着显著的影响，主要体现在节省了大量的时间。装置改造、设备维修、动火审批、危险源评估、预案编制、应急救援等管理方案的制定和决策的下达都需要大量的基础数据提供支持。数据分散，检索不便会导致决策的延迟，数据不一致、不准确、不充分会导致不恰当的决策和判断。数字化工厂系统导入了大量装置设计数据和设备技术数据，以及各种相关的建设、运维、安全数据，并通过集成各种生产运行相关的信息系统，使装置动静态数据得以进入一套系统中，数字化工厂系统在数据间建立复杂的网状关联关系，通过信息间的互校验和索引信息，保证了信息的单点查询、正确无误和高效检索，极大地减少了信息的检索时间。

如德勤对乌赛项目测算得到：用户用于搜索信息的时间从占用用户时间的40%降到20%，相当于每个用户平均每天节省3/4小时，搜索效率提升使用户平均可以提高10%的生产效率。在兰州石化各种工程资料和设备资料还是以纸质资料为主，在用信息系统有120多套，信息较为分散，信息集中对信息检索时间的节约效果将更为明显。

3.培训费用降低

数字化工厂系统为多种数据库和资料库提供了单一的存取点：ERP、仪表元件库、文档管理系统、2D和3D模型、生产运行动态数据、安全环保数据、设备检维修数据等大量的信息数据，整合到一个系统中，员工查询信息只需要熟悉一套系统，免去了对员工进行多个信息系统使用方法的培训。

数字化工厂系统在工艺培训管理方面，主要通过全装置三维模型，集成专业培训系统，实现应用场景、虚拟拆解、异常情况处理、模拟演练、HAZOP分析、知识管理及转移等员工培训功能，达到传统的培训无法达到的效果与目的。

培训时间的减少是明显的，如德勤对乌赛项目测算得到：实施数字化工厂以后对新员工的培训时间由20小时降到1.5个小时。

4.减少支持性应用程序数量

大量的信息化应用可以直接在数字化工厂系统上实现，如工作流配置和管理。同时数字化工厂系统对所管理的大量不同格式的资料可以在系统中直接打开，用户以网页形式在客户端直接查看资料内容，免去了客户端购买大量应用和浏览软件工具的费用，和这些软件的维护、支持费用。如德勤对乌赛石油公司数字化工厂项目测算得到：实施数字化工厂系统后，管理系统由253个降到18个。兰州石化员工多，各员工都有可能在系统中查询需要的资料，而这些资料格式多种多样，每种格式可能需要不同的打开和浏览工具，在所有客户端都配置这些打开和浏览工具，将是一笔巨大的软件费用支出，投入大，使用率却不高，造成了极大的浪费。数字化工厂系统能够减少这部分费用支出。

（二）定性与无形收益

除了可量化的收益，数字化工厂系统定性和无形收益还体现在：

1.信息质量的提升带来更安全的工作环境，降低应用错误信息的风险

基础信息进入数字化工厂系统需要通过自定义的校验规则的检验，集成多个信息系统的数据，数据之间也能够实现互验证，这有效地提升了信息的质量，同时信息的跨系统单点查询使一次查询所得到的信息更加充分，这为正确有效的决策提供了强大的支撑。有效地降低了不正确不充分的信息导致的决策失误。基于三维空间的灵活的信息展现方式，也使管理者对信息的掌控得心应手。

2.售出资产具有完善的移交与归档数据，使资产售出获得更大收益

数字化工厂集成了设备、装置基础资料，与ERP系统、MES系统、设备管理平台、预知维修系统、大机组检测系统等系统集成，加强了对设备、装置的全生命周期管理。在资产需要更新而出售旧资产过程中能够提供完善的移交与归档数据，更体现出公司对资产的细心和负责，这将使资产在售出过程中赢得客户的认可和信任，从而获得更大的收益。

3.工程数据的共享和设计成果的重用，节省更多的工程设计费用支出

数字化工厂系统能够完整地接收工程设计数据资料，包括工程设计库数据。进入系统的工程设计模型也能够导出标准的工程设计二维图，这使工程数据共享和设计成果的重用更加便捷。公司在装置改造、新建、扩建过程中可以有效地利用已有的设计成果，促进了设计的标准化，节省了更多的工程设计费用的支出。

4.设备采购、比选更具主动优势，节省采购成本

完整、准确，查询便捷的工程设计信息，使采购人员对设备原始设计参数和技术要求更加了解，更加清楚各种表象信息下，哪些技术要求才是需要重点关注的，这使采购人员在设备采购、比选过程中更具主动优势，采购到最适合需要的设备，节省采购成本。

（三）未来的机会

面对未来，数字化工厂系统提供了更大的应用拓展空间：

1.集成和拓展新的应用系统

数字化工厂系统是一个综合的集成应用平台，通过有限的二次开发可以实现更多的应用功能，这使未来需要新建的信息系统大为减少，降低了未来信息化建设的成本。

2.集成移动办公设备

数字化工厂系统集成移动办公设备，实现系统工作流各控制点的信息的自动推送和移动办公，使系统的使用更加便捷和高效，大大提升管理的效率。

3.采用RFID（射频识别）设备跟踪识别设备

采用RFID等物流网新技术，实现设备、车辆、人员在数字化工厂三维虚拟空间中的实时定位，有效地提升了公司对生产区域内各对象空间位置信息的掌控，更有利于工厂的安全运行。

4.集成视频和媒体库，使现实和虚拟更加融合、真实

通过集成遍布厂区的视频监控系统，实现虚拟与现实的便捷切换。系统可以联动各种生产运行数据、火灾报警数据、危险源监控数据，在这些数据出现异常时，自动定位异常位置点，显示实时视频信息，使异常的应对更加迅速高效。

五、总结

数字化工厂系统是一套开放的信息和应用集成平台系统，它提供了与现实工厂一致的三维虚拟数字环境，集成在虚拟环境中的海量数字信息使人们更轻松自然地理解并掌控现实装置，建立在之上的各种应用将为企业提供安稳长满优运行的信息支撑，为企业积累数据财富，并帮助企业持续降低生产运行和管理成本，其给企业带来的收益和价值将在企业未来发展中得到逐步体现，为企业管理提升提供强有力的信息支撑。

参考文献：

[1]管 政 企业信息化需提高投资回报 中国经济信息 2004 1期57-58

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4月底，这个世界最大的工业技术展在德国举行。今年展会的主题为“工业融合——发现解决方案”，聚焦智能化、数字化工厂与能源系统的改造，并重点展示工业4.0的实际应用。工业4.0，结合发达的物联网和信息技术，除了显著提高工业生产效率与产品质量，更能精准地利用材料和能源，减少资源消耗与污染排放，推动工业领域的绿色发展。据赛迪顾问装备产业研究中心测算，以“工业4.0”引领的智能制造，将使我国总体生产效率提升25%～30%，降低40%以上的生产线能耗，总碳排放量减少20%以上。

 

智造带来的绿色变革

 

一辆蓝色的大众轿车前面，屏幕上不断变化的三维透视图向人们展示这辆车的内部结构和生产步骤。

 

“通过数字化软件的计算和控制，我们细致到机械臂给汽车喷涂的每一个动作，都做了优化，以减少多余的运动产生的能耗。”在汉诺威工博会最大的单体展台上，西门子(中国)有限公司数字化工厂集团及过程工业与驱动集团的专家刘锴告诉记者。目前，数字化的汽车生产厂已能把生产的整个生命周期，包括设计、规划、工程、生产，直到最终成品整合为一体，通过集成软硬件的一体化解决方案实现整个价值链的数字化无缝集成。

 

现场同时展示的一辆奔驰汽车，就利用了该公司NX软件进行产品设计及仿真模拟。“以前很多产品都要生产出来，才知道其实际性能和效果，通过软件模拟将虚拟与现实生产相结合，大大节省了设计时间成本和样车生产的能耗、资源成本。”刘锴说。

 

在展厅的“工业能源”板块，一个具有互动功能的灯箱模型，直观展示了能源消费者、传统发电方式、可再生能源、以及储能系统之间的相互影响和相互作用，参观者调节其中的不同因素，能直观看到从上游电网输入到输出，整个复杂环境下各要素的能源消耗量、发热发电量以及碳排放的变化。

 

数字化更变革了产品制造方式本身。“传统的制造方法是减材制造，也就是在制造过程中对材料不断削减加工，原材料消耗相对较大，而增材制造则在生产过程中，通过数字化控制把产品的材料一层一层地‘喷绘’上去。”刘锴说。3D打印就是增材制造的重要领域之一，可制造出之前用传统技术无法生产的复杂几何形状，以客户的需求决定产品的设计。

 

记者看到，展台展示了3D打印增材制造的三种主要方式。一种叫粉末层融合，就是把粉末状的材料一层一层地铺在粉末床上，再用激光把粉末熔化成所需要的形状;第二种是粉末熔积焊接，第三种是材料挤出，是把非常细的塑料丝熔化后再一层一层地堆积起来。

 

目前，已经有大型的跨国数字化工业技术供应商，能够提供涵盖整个价值链的一体化增材制造软件和自动化解决方案。

 

加速布局的数字化工厂

 

随着工业4.0的热潮从德国涌向全球，越来越多的中国生产企业也感受到数字化引领的工业变革。中国也提出了实施制造强国战略的第一个行动纲领《中国制造2025》，一方面推进制造业数字化、网络化、智能化，另一方面是工业能耗、污染物排放的下降。

 

在汉诺威工博会现场，某跨国企业中国研究院数字化工厂专家告诉记者，“2013年我们接到5家企业关于筹建数字化工厂的咨询，2014年这一数字增加到10家左右，去年上升到几十家。”

 

事实上，博览会展现的数字化案例并非纸上谈兵，在实践层面的数字化工厂已经在多地布局。

 

两年前，西门子在全球布局的第二个数字化工厂在成都落成。而在德国采访期间，记者有幸参观了成都这家数字化工厂的“姐姐”——安贝格电子制造工厂，其作为在欧洲乃至全球最先进的数字化工厂，被认为最接近工业4.0概念的工厂。

 

与以往充满噪音和油污的车间不同，安贝格工厂尽管还保留着上世纪八九十年代的红砖外观风格以及1万平方米的面积，但产能却较26年前提升了8倍，每年可生产约1200万件自动化产品，按每年生产230天计算，即平均每秒就能生产出一件产品，产品合格率高达99.9988%。

 

记者看到，明亮宽敞的厂房内不见烟气与灰尘，齐胸高的灰蓝色机柜排成一行。员工身着蓝色工服，并不需要自己动手生产，只有生产过程的开头部分，即员工将初始组件(裸电路板)放置到生产线上的环节，是人工执行的。此后的一切操作都是自动进行。期间只需要操作触摸屏，通过软件实现对机器的监控和调节。

 

工厂地面与地下仓库有一个个小孔洞连通，部件和电路板通过传送带从孔洞运上来，并自动运输到逐个生产环节的机器中，随即被机械臂抓取加工，之后再放到传送带上运往下一环节。

 

上述生产自动化的基础，是安贝格工厂对超过3亿个元器件建立了“身份证”。这些基础识别信息包括：材质、生产线位置、甚至当时用的扭矩是多少、用什么样的螺丝钉等等。当一个元件进入时，机器会判断该用什么温度以及时间长短，并可以判断下一个进入的元件是哪一种。安置其间的显示器上，不断刷新着数据并闪烁着红、黄、绿光，告诉工人们每个元器件的加工状况。

 

近2000亿欧元的市场蛋糕

 

当然，除了安贝格工厂这样的工业数字化顶尖案例，数字化工厂对于中小企业来说也并非高不可攀。

 

“现在每天全球产生的新信息总量达2EB，相当于2000年之前一年的信息量，到2020年全球数据总量将增长至2013年的10倍。目前，我们的自动化业务中，几乎80%的客户都是中小企业。”西门子数字化工厂集团首席技术官Bernhard Quendt博士表示，2.0阶段的自动化水平较低，很多是通过人力工作。要想迈向4.0阶段，首先要提高自动化水平，然后把不同的设备联系起来。

 

此次工博会上，博世、西门子等龙头企业都有相应的产品服务，使中小企业加入工业4.0的门槛有所降低，不少解决方案兼容现有生产线，使得中小企业不必另起炉灶。

 

在中国，已有大型的跨国数字化技术供应商与中国医药集团联合工程有限公司、金达控股有限公司、中信戴卡股份有限公司等中国企业建立了数字化企业的合作关系。又如今年3月份签约的中国石化油有限公司，将根据相关投资管理流程推进在3D实时虚拟现实工厂、生产调度及优化系统、节能系统、工厂运维系统。此外，中建钢构、华立集团也有数字化工厂的设想并进行了咨询或评估。

 

据市场调研机构预测，由于工业自动化的出现，数字化制造领域全球销售额将从2013年的约1600亿欧元，增长到2018年的约1950亿欧元。

 

工业4.0下的中国企业机遇

 

制造业转型升级呈现的巨大市场，亦成为国内智能技术供应商竞逐的舞台。

 

“中国政府推出了适合本国制造业发展的‘中国制造2025’战略。该战略核心是工业自动化和数字化。德国的工厂设备、企业软件和系统集成产品具有领先优势，在中国大受欢迎。中国本身在工业机器人、云计算等工业领域投资巨大，在信息通讯技术领域十分具有竞争力。中德两国在未来工业合作领域拥有巨大潜力。” 汉诺威工博会新闻发言人布里吉特·曼肯说。

 

记者从工博会了解到，与一些欧美大型企业信息集成度高、涵盖工业领域广相比，国内企业在特定的行业，尤其是具有中国特色的行业中，优势更明显。例如，作为我国乃至世界陶瓷机械的龙头，科达节能股份有限公司去年进军工业软件领域，推出了工业云平台，今年首次参加汉诺威工博会。

 

“以往在陶瓷生产中，喷墨打印机、炉窖、抛光设备都是独立运作的，出现了问题都要现场查看才能知道故障的原因进行处理。而通过物联网平台建立数据采集终端后，我们可以把这些设备的数据都传输到科大云计算支撑平台上，实现生产链条的远程监控，故障排查与控制。”科达研发院IT研究室副经理吴启荣说。陶瓷传统的生产工艺也因数字化发生变革，科达同时展出的陶瓷喷墨数字打印机，只要输入个性化的图案，即可实现自动批量打印。

 

该公司副总裁武桢坦言，虽然国外有的技术比较领先，但中国企业也有自己的优势。“国外大公司的设计往往缺乏中国应用场景的积累。”

 

在此次工博会上，华为携带创新的ICT产品、解决方案和11家客户及合作伙伴首次参加汉诺威工业博览会，主要展示其IoT(Internet of Things)联接管理平台。与工业云的工作流程类似，平台内置软件对海量数据进行分析处理。该平台可支持测绘、汽车、智慧城市等多个垂直行业的物联网应用。

 

篇8

中图分类号：TN711.5文献标识码：A 文章编号：

应用背景

AE﹡(﹡化名AE为冶金行业EPC)是一个专业覆盖面非常广泛的应用领域，除了工厂管道以外，更有大量的厂房、设备、场地、道路、铁路、桥梁、自备电站、污水处理以及工程地理信息等众多的专业子项。这一特点，也对冶金行业应用软件的选择提出了更高的要求。 软件除了能解决本专业的应用问题外，更需要与其他专业能够实现数据的互用，具有良好的数据兼容能力，能够实现协同设计。而广泛的专业软件覆盖及数据在专业内部及专业之间的互通互用，使得Bentley在全球冶金行业成为用户数量最多的软件供应商。众多的全球著名EPC公司及业主选择Bentley的软件解决方案作为他们的核心软件环境。

ASE所面临的挑战和需求为：同一平台协作工程 跨专业协作设计实时管控和设计应用软件平台统一（尤其是3D设计）最终实现工厂设计数字化。而对平台及软件的需求为：易用性实施快捷。重点是与现有正在开发的ERP的集成及功能融合。另外要求要与项目立项及策划管理设计过程管理项目变更管理项目进度控制管理 ISO质量管理采购管理 施工组织管理及开车管理人工时管理项目文档合同管理项目查询与分析等的融合。

项目应用解决方案

1工程项目数字化全生命周期平台集成方案

Bentley数字化工厂解决方案在ASE应用整体架构规划图

Bentley数字化工厂在ASE应用架构数据流向规划图

2AE三维工厂设计集成系统实施目标和规划

作为大型工程技术公司，AE公司拥有铁烧、焦化、炼钢、轧钢、工业炉、总图 、机制、冶设、土建 、电力、仪表、信息中心、给排水、通风、燃气、地质、测绘等齐全的多专业勘察设计主线以及优秀的设计人员和设计软件工具。此项目的规划及策划实施，目的在 于利用三维操作的平台，进一步提高公司自身的设计水平和竞争能力，实现多专业协同设计缩短设计和施工周期，提早投产，创造效益。

因此，我们将构建一个以Bentley三维工厂设计解决方案为基本环境，尽可能 兼容AE公司现有的软件的集成软件系统，实现三维数字工厂和协同设计技术在冶金设计行业的应用。

三维协同设计，是真正能够体现计算机及网络技术在工程勘察设计行业内数据 价值的系统。这一技术的采用，不仅能够提高设计的整体效益，更能提高设计质量， 减少设计过程中所产生的错、漏、碰、缺。

3AE三维工厂设计集成系统实施目标和规划

基于上述目标及规划，AE在本项目中如“Bentley数字化工厂解决方案在ASE应用整体架构规划图”中所示,其覆盖的范围为:

 三维协同辅助设计

 工程设计数据全生命周期管理系统中所有涉及到工程内容部分

 企业资源管理系统中的图档及其产生过程，人员与图档的相对关系，以及企 业固定资产的管理

具体来说就是：

 以MicroStation为平台的多专业三维协同设计系统（覆盖工程的各个专业）

 以ProjectWise为平台的工程内容管理环境，管理和控制着各种形式（包括 其他产品产生）的工程文档、工程内容（对象级管理）

 以BentleyFacility为平台的固定资产管理系统

 以BentleyProjectWiseLifeCycleServer 为平台的工程数据全生命周期管理系统

Bentley还投入大量的人力物力和技术实现了和其它软件厂商之间的数据互用， 能够兼容公司正在运行的现有系统，或与这些系统通过数据交换接口进行对接，充 分保护原有系统投资的延续。例如：机械设计软件Solidworks、项目管理的P3/P3ec 等。

4多专业协同设计

如何提高多专业的协同操作效率就成为AE关注的关键问题。协同操作的内容包括设计平台的协同、设计标准规范的协同以及模型空间 定位的协同等几大方面。AE公司完全应用了Bentley 基于MicroStation的三维工程解决方案。规划使其完全实现专业间的协同操作。

AE采用的Bentley产品结构规划图如 下：

真正运用了Bentley工程系列软件涵盖专业广泛，针对性强，统一的操作平台使得各专业均 在相同的界面上工作的诸多优势，使其达到实现减少了图纸格式转换带来的麻烦，提高数据传递的速度和准 确性。

另外参考工具为多专业协同操作带来了极大方便，一改以往项目设计专业有时间先 后不同的弊端，使各专业可以同时开展设计工作，并在设计过程当中及时了解其他 专业的设计情况，对设计过程中发生的错误及时修改，提高了设计的准确性，并消 除了施工阶段的返工现象。

结束语

篇9

国家视野：德国政府于2011年公布《德国高技术战略2020》，涵盖工业4.0、数字化进程、智慧服务、大数据、云计算等课题;2013年4月推出《实施工业4.0战略举措的建议》。2014年11月颁布《工业4.0标准实施路线图》

欧洲视野：2014年8月，德国政府颁发《数字化议程2014-2017》，对接欧盟数字化议程项目。在实施工业4.0战略后又提出“数字化议程”，目的之一是通过“产业的数字化”，包括智能制造与服务、大数据和云计算等领域新的商业模式创新，为德国开辟发展机遇，促进经济增长和就业，并为工业4.0体系提供长久动力。

国际视野：国际竞争方面，美国政府于2012年推出《美国先进制造业国家战略计划》，同年12月通用电气（GE）提出《工业互联网》战略;2013年8月我国工信部《信息化和工业化深度融合专项行动计划2013-2018》。由此，美国的“工业互联网”、中国的“两化深度融合”、德国的“工业4.0”等殊途同归的工业发展战略为世人瞩目。

国际合作方面，2014年10月中德两国《中德合作行动纲要：共塑创新》。纲要第二部分“可持续的经济发展和金融领域合作”，设 “经济”、“工业4.0合作”、“金融”3大主题。涉及工业4.0合作的内容有：工业生产的数字化（工业4.0）对于未来中德经济发展具有重大意义，该进程应由企业推进，政府政策支持;建立两国工业4.0对话机制;将工业4.0议题纳入中德标准化合作委员会;进一步深化两国在移动互联网、物联网、云计算、大数据等领域合作。为此，工信部苗圩部长在讲到德国工业4.0与中国两化深度融合关系时，使用了“如出一辙、异曲同工、殊途同归”三个关键词。

工业4.0的国际探索与实践案例

据2013年德国“工业4.0前景”报告，47%的公司已积极参与工业4.0计划，18%的公司参与了对工业4.0的研究，12%的企业已开始实施工业4.0计划。笔者认为，德国企业既往成绩斐然，目前是实施工业4.0战略的主角，探索最佳实践众望所归。

工业4.0最佳企业实践

根据文献研究和笔者2014年访德交流，工业4.0实施既包括工业4.0创意单位西门子、博世公司和弗劳恩霍夫研究院等，也包括其他诸多企业，如软件企业SAP和大众汽车;此外，德国专家还指出诸多中小企业正在努力践行中。据罗兰贝格报告（2014），工业4.0最佳企业实践包括：

德国通快公司作为工业4.0技术提供商，实施了首例“社会化机器（一种人与技术交互而达成产出的环境）”案例，据称其产品的每一个零件都是智能的，保留着以往加工的所有信息;同时各生产装置都因互联而知晓彼此的加工能力，以便生产流程可以自动优化;用户也得以实时介入乃至干预产品的加工。

德国西门子公司实施工业4.0的医疗工程，一改需要废时多日适配患者的标准化人造膝盖和髋关节，在工业4.0方案下仅数小时即可完成个性化产品的人体植入。

英国劳斯莱斯公司采用3D打印技术制造航空发动机元器件，采用轻型材料，并将原需18个月的订单周期（源于复杂工艺工装）大大缩减，显著提高了企业竞争力。

法国达索工业软件公司，重视工业4.0在产品开发与生产集成方面的应用，实现了从工程到PLM，进而演进到集成虚拟-实体平台的工业4.0模式，核心内容完整的3D数字化工艺设计、制造和数字化生产线解决方案，以及3D数字化体验平台。

工业4.0实践案例

【德国博世公司实践案例】作为创意和发起单位，博世参与了德国工业4.0战略的制订，其实践也较完整地表达了工业4.0的内涵。

物联网和务联网（IoTS）参考模型：从底层向上依次为物联网、互联网系统与服务平台、务联网、应用领域等四层，通过机器间（M2M）的无线网络互联、业务流程与业务规则的改进，形成了物联网与务联网模式。物联网的IT技术环境包括M2M语义获取、数据归集和大数据处理;务联网的IT技术环境包括互联的企业、互联的业务流程和业务规则、云计算与大数据的服务等。博世提供了物联网套餐或工业4.0“工具箱”软件系统，为制造企业提供软件创新解决方案。

“智慧工厂”模型：通过集成IT技术与企业生产的新型商业模式，智慧工厂主要由产品研发与流程，感知与互动环境，生产加工环境，也包括柔性工厂、联网生产、预测性维护等内容。智慧工厂的外部界面包括自适应的物流模块，通信与服务模块，以及云服务的“技术和交易市场”。

工业4.0的应用：智慧服务是工业4.0的核心概念。博世推出“预测性维护”的智慧服务产品，包括实时解释机器与传感器数据、分析机器数据及故障预测、规划维护流程、集成企业IT等环节。对制造企业客户，好处是提高设备的整体效用和系统运行可靠性，有效利用零部件和产品的最大服务生命周期，并提供专家知识的积累和传递。预测性维护的“远程服务门户”可集中访问客户的机器和系统，并完成远程软件更新。

工业4.0路线图：博世演进开发的工业4.0系统，第一阶段开发远程服务门户，包括通信平台建设、对象的状态监视和预测性维护模块;第二阶段开发基于对象的数据，包括智慧化的适应性测试、物流运输和库存数据等;第三阶段将开发数据挖掘和分析系统。

【德国西门子公司实践案例】作为倡导者和践行者，西门子在汉诺威工业博览会上展示了工业4.0示范，表达其构建未来智慧生产的能力。

西门子的工业4.0观：未来企业新增竞争力，将来自通过增加能源和资源使用率来提高企业的经营效益、更多的复杂产品和更大的数据量来缩短产品入市时间、个性化的规模定制和更高的产能来增强产品对市场的适应性。工业4.0宛如“算法化的生产棋盘”，通过联网的嵌入式技术，与分布式的CPS系统交互，其产品因“纵向集成”而包含加工信息，其生产组织因“横向集成”而包含整个价值链的自组织信息，其生产流程因“端到端的集成”而体现依实时场景的灵活决策。

强调工业信息技术和工业软件：各类计算机辅助应用软件、产品数据的协同管理系统、数字化制造软件、3D流程设计与工厂分析工具、制造执行系统等，实现企业价值创造各环节的紧密相连，优化生产过程。西门子工业部门雇佣了7500位软件工程师，为其7万客户及750万PLM协议用户提供专业服务。

“智慧生产”案例：西门子安贝格工厂生产高度数字化，可独立于实体生产进行仿真与优化;安贝格采用制造执行系统，显著提高了生产效率和灵活性，允许在一分钟内更改产品及工序;工厂的测量事件达每日100万以上，采集后由中央系统保证其数据的一致性;每一件产品都带有其加工信息，若发现差错，控制系统可依既定工序进行干预和纠正。由此，安贝格百万缺陷率仅为15%，成为产品误差最小的企业。

设计智慧工厂，构建贯穿价值链的端到端工程数字化集成：按提高企业生产整体竞争力的要求，从“产品设计”开始，经过“生产规划”和“生产工程”，到“生产实施”和“服务”等5个环节，展示了工业4.0纵向集成和端到端集成特征。在“产品设计”阶段，实现贯穿整个产品生命周期的价值增值，通过产品生命周期管理系统，全面优化企业的产品研发流程。在“生产规划”阶段，通过虚拟仿真技术和PLM解决方案，客户在实体生产之前即可对生产流程进行模拟检查和优化，并保证虚拟生产模型与实际生产设备间的无缝互动。在“生产实施”阶段，一改传统单台产品的优化模式，转而采用“全集成自动化（TIA）”概念的“集成驱动系统 （IDS）”，一站式地实现了产品系统的增值。

CPS概念的“数字化企业平台”：数字化企业平台是实现数字制造的载体，在物联网、云计算、大数据、工业网络技术的支持下，通过共同的数据库和集成工具链，集成先进的生产管理系统、生产过程软件和硬件，达成各种产品元部件生产之间的无缝集成。西门子已开始为我国企业提供数字化企业平台解决方案。

启示

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中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：2306-1499（2014）12-

1.概念及其作用

数字化工厂是一个集成的计算机网络环境，用于对企业生产制造过程中的各个环节，在不同的层次上进行设计、仿真、分析和优化，这一环节可以小到一个操作步骤，大到一个生产单元、生产线、生产车间乃至整个公司。它从并行工程的基本理论出发，在产品的设计阶段就考虑和解决生产过程中的各类问题，这些问题包括工艺过程设计、工艺装备、机床设备、刀具、生产线或加工单元的布局、人机工程学、生产调度、物料管理等，真正实现了CAD、CAPE和CAM的一体化。

数字化工厂技术与系统作为新兴的制造系统，为制造业企业及其供应商提供了一个共同的制造信息共享、交流平台，使企业能够对整个产品制造过程进行设计规划，模拟仿真和信息化管理，并将制造信息及时地与相关部门、供应商进行交流共享，从而通过统一的数据平台，实现虚拟制造，实现企业内部各部门、制造车间各生产线和产品供应商等相互之间的并行工程，保障生产的顺利进行。数字化工厂可以通过详细的规划设计和验证，预见所有的制造任务，在提高质量的同时减少设计时间，从而加速新产品研发周期，降低研发成本，消除各种浪费。

2.整体架构与实施流程

根据公司的实际情况，确定数字化工厂的整体架构由五个主要部分组成（见图1），分别为：设计管理、工艺管理、资源管理、数字化制造管理以及产品生命周期管理。具体实施流程如下。

图1 数字化工厂的整体架构

2.1设计管理

根据市场调研结果、生产制造及营销改进意见并结合公司发展战略，由公司董事会向研发中心下达新产品研发和设计改进任务。设计部门通过实体设计软件进行产品的方案设计和优化，三维实体设计文件统一归档至CAXA协同管理的产品结构树中的3D文档下按产品型号进行分类集中管理，通过不同的权限设置，研发员、工艺员、车间技术员、公司分管领导和其他相关人员可以进行查看、出库、入库、修订、审核以及等操作，从而达到对该数据的存储、读写等各项操作。实体设计完成后，研发员提报协同管理软件内部的方案设计审批流程，通过审核后，再通过CAXA软件本身的集成功能，由三维实体设计直接生成二维图样，二维图样经过设计标准化、工艺审核和分管领导批准后，最终归档并向下序部门下达通知，流程随之转入到工艺管理流程。

2.2工艺管理

工艺管理部门接到图样归档通知后，开始通过CAXA工艺图表制定产品工艺路线，按产品结构树中的产品零部件对应关系，填写相应的工时定额和材料定额并将这些信息强制集中到CAXA协同管理产品结构树中的工艺文档下进行统一管理。同上所述，通过不同的权限设置，也可以实现协同管理内产品工艺信息的不同管理操作。

2.3资源管理

通过CAXA协同管理程序，由设计管理中产生的设计BOM和工艺管理中产生的工艺BOM，将由程序自动导出生成，然后提供给用友ERP管理系统，由ERP归口至生产BOM中，进行除此之外的整个公司资源管理工作。同时，ERP管理系统还要向设计管理程序提供物料基础档案，从而顺利实现两个不同管理程序之间的无缝对接。在资源管理中，产品销售订单为流程的龙头，营销部在接到客户的订单后，将有关信息录入到ERP，随后流程转至生产部，生产部开始按设计BOM进行投产，并将生产订单、委外订单和采购订单下发至相关部门处理，相关部门接到订单后开始组织排产、采购、领料和外协等各项工作，最终经过品质检验、总装和出厂检验，入到公司产成品库，营销部进行出库操作，至此产品整个生产、销售流程便在这个流程中处理完毕。

用友ERP是一个高度集成的信息管理系统，小到日常的考勤管理、后勤管理，大到整个公司的财务管理、生产管理、库存管理、供应链管理（SCM）和客户关系管理（CRM）等，都能够在这个平台上得以顺利实现。

2.4数字化制造管理

从ERP下达的生产信息，通过CAXA制造工程师软件并在CAXA协同管理的协作下，可将这些信息一并显示到车间的电子显示屏和各类已经联网的数控机床上，通过自动编写加工程序，自动模拟加工轨迹，自动校正加工错误等一系列功能，即可实现数字化制造。数字化制造管理还表现在，产品在生产之前就可以通过软件预先计算出产品的材料定额和工时定额等，从而让管理者轻松地掌握制造成本，为各项经营管理工作提供了及时准确的财务数据和其他各类管理信息，便于进行后期的经营管理决策。

2.5产品生命周期管理（PLM）

产品生命周期管理是联系设计管理、工艺管理、资源管理和数字化制造管理的纽带，它类似于人类的大脑，协调和支配整个数字化工厂的正常运作和相互之间的信息共享、数据存储、读取和交换。从客户对产品的需求开始，到产品淘汰、报废的全部生命历程，均可以通过CAXA协同管理PLM来实现，公司组建的PLM基本结构组成如图2所示。

图2 CAXA协同管理PLM基本结构组成

3.软件和硬件架构

数字化工厂的软件和硬件架构如图3所示，涉及的软件有：CAXA协同管理软件（内含数字签名、软件集成、红线批准和审批流模块）、CAXA电子图版、CAXA实体设计、CAXA工艺图表、CAXA制造工程师、用友ERP-U8；涉及的硬件设施有：电脑、路由器、服务器、网线、显示屏、数控设备等。

图3 数字化工厂的软硬件架构

4.常见问题及解决方案

4.1数据的安全性

考虑到公司领导经常出差，所以管理的实施必须能够通过移动设备终端来实现。故此，数字化工厂里的所有管理环节和软硬件设备都需要连接到互联网上。由于各个电脑、数控设备和服务器之间均与外部的互联网联通，为此，数据的安全性成为构建过程中的首要难题。数据安全主要涉及两个方面：一个是数据不被泄露外传，一个是数据不被损毁破坏。对于第一个方面，公司引进了加密管理软件（CASS加密软件）和网络管理软件，对重要数据和文件进行自动加密，对服务器上传和下载数据进行监控，避免重要数据的流失，同时使之不经过解密，即便流入外网，别人也无法使用；对于第二个方面，公司引进了专业的杀毒软件和防火墙软件，同时实施远程备份和外部存储备份，确保万无一失。

4.2流程的时效性

ERP在处理一些流程时，经常会因为某些相关人员出差或遗忘等多种原因，导致流程被搁置，影响工作效率，特别是一些公司高管，如不能及时审批，而下属又不好督促办理时，会造成后续工作无法开展。故此这一问题一度造成产品生命周期管理的实施非常不顺畅。为此，公司在流程节点上，设置了短信提醒和超时自动处理功能，确保了各项流程的及时处理和流转。

4.3管理的执行力

为进一步促进无纸化办公，使各项管理的执行力得到加强，保证整体目标的快速实现，公司还引进了泛微公司的OA管理软件，辅助数字化工厂建设过程中的各项日常管理工作的开展，特别是在工作任务的下达、跟踪以及工作责任的分工、落实等方面，该软件能够发挥良好的作用，对公司的ERP资源管理和CAXA协同管理的实施是一个强有力的补充。

5.实施的重要意义