数字化工厂

产业百科 (2.5万) 发布于：2022-07-08 更新于：2022-07-08

数字化工厂（Digital Factory，DF）是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络，包含仿真和3D/虚拟现实可视化，通过连续的、不中断的数据管理集成在一起。数字化工厂集成了产品、过程和工厂模型数据库，通过先进的可视化、仿真和文档管理，提高产品的质量和生产过程所涉及的质量和动态性能。

数字化工厂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。

数字化工厂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。

数字化工厂核心

数字化工厂核心，即是ERP、PLM、MOM、WMS、DCS五大系统的全面集成，并以MOM/MES（制造运营系统）为中枢核心，形成智能制造创新平台。

1、ERP系统：将企业的三大流：物流，资金流，信息流进行全面一体化管理。特别提一下，ERP不要过多管理制造端，只需以报工方式，保存制造端的生产结果，用于财务成本核算。

与MOM集成：将生产基础数据（物料、销售订单）传给MOM。APS将分解后的制造工单回传给ERP，MES将生产数量、物料消耗数量，按照一定周期回传给ERP。
与WMS集成：实时同步物料基础数据、仓库基础数据、库存数量。

2、PLM系统：对企业知识型资产的管理，实现对产品的数据管理、项目管理、变更管理、协同管理、标准化管理、安全管理等，为制造企业提供了一个可伸缩的研发管理平台。

PLM与ERP集成：PLM将PBOM和工艺路线传给ERP，ERP根据零件的标准成本、建议成本、现行成本基础数据，结合加工中心和成本中心，自动生成CBON。
PLM与MOM集成：PLM将MBOM、SOP传给MOM，指导MOM生产管理。

当产品发生设计变更，会将变更数据实时同步到ERP、MOM系统。

3、MOM系统：MOM (Manufacturing Operations Management) 智能制造解决方案是在MES系统基础上进一步向上和向下拓展开发的生产管理集成模块，从而实现包括计划、物流、仓储、质量和工装设备等房么的集成应用，帮助企业建立数字化应用场景，为智能制造提供全方位的支持。

4、WMS系统：通过入库业务、出库业务、仓库调拨、库存调拨和虚仓管理等功能，对批次管理、物料对应、库存盘点、质检管理、虚仓管理和即时库存管理等功能综合运用的管理系统，有效控制并跟踪仓库业务的物流和成本管理全过程。

与ERP集成：如果需要提供一整套的仓库解决方案的话，ERP系统依然存在一些缺陷的，我们也了解到WMS系统可以弥补ERP系统的一些缺陷。因此，如果你想拥有一个强大的仓库管理解决方案，那么可以将ERP系统与WMS系统两者结合起来使用。
与MOM集成：当车间MES接料时，WMS实时将物料批次信息传给MES，绑定接料工位。当成品入库时，MES实时将物料批次信息传给WMS，绑定仓库和储位。

5、DCS系统：SCADA+PLC的生产现场控制系统。

与MOM集成：MES将工单下达到机台设备，对设备、模具、刀具、人员防错，指导设备生产。DCS将设备状态、工艺参数数据（温度、压力、扭矩、...）回传给MES，与生产工单关联，用于生产追溯。

主要环节

主流市场观点认为，数字化工厂主要涉及产品设计、生产规划与生产执行三大环节，数字化建模、虚拟仿真、虚拟现实/加强现实（VR/AR）等技术包含在其中。

（一）产品设计环节 —— 三维建模是基础

在产品研发设计环节利用数字化建模技术为产品构建三维模型，能够有效减少物理实体样机制造和人员重复劳动所产生的成本。同时，三维模型涵盖着产品所有的几何信息与非几何制造信息，这些属性信息会通过PDM/cPDM(产品数据管理/协同产品定义管理)这种统一的数据平台，伴随产品整个生命周期，是实现产品协同研制、产品从设计端到制造端一体化的重要保证。

例如，美国波音公司在其737-NX和787的设计制造中，利用数字化建模技术，不但有效缩短了研制周期，大幅降低了研制成本，而且通过PDM/cPDM，有效实现了产品设计与制造环节的信息协同，从而大幅提高了生产效率。

（二）生产规划环节 —— 工艺仿真是关键

在生产规划环节，基于PDM/cPDM中所同步的产品设计环节的数据，利用虚拟仿真技术，可以对于工厂的生产线布局、设备配置、生产制造工艺路径、物流等进行预规划。

虚拟仿真技术广泛应用于汽车、船舶及其他大型设备制造过程中。例如，大众汽车公司旗下斯柯达捷克工厂，即采用西门子的Tecnomatix，利用虚拟仿真工艺路径规划，来减少实际生产线调整改进所需要花费的成本。

（三）生产执行环节 —— 数据采集实时通

这个环节的数字化，体现在制造执行系统（MES）与其他系统之间的互联互通上。MES与ERP、PDM/cPDM之间的集成，能够保证所有相关产品属性信息从始至终保持同步，并实现实时更新。

玛莎拉蒂的Bertone工厂即采用上述技术实现Quattroporte与Ghibli两款不同车型的全自动生产与组装，据不完全统计，产能提升幅度高达两倍以上。