黄俊俊

（新海科技集团有限公司，浙江 慈溪 315300）

0 引言

随着互联网技术的不断发展，智能制造得到了各国的高度重视，各国纷纷出台先进制造业发展战略，以此夺得智能制造的制高点。中国出台了包括《中国制造2025》在内的相关政策，试图在相应领域取得成绩。智能制造在全球范围内快速发展，已成为新时代制造业发展的趋势，数字化车间是现代制造业智能化发展的综合应用，实现了自动化管理、自动化制造，相比于国外，我国的数字化车间的发展起步晚，数字化车间的研发、应用，与国外还存在较大差距，甚至存在生产、管理分离、断层的现象。基于此，本文在论述国内外数字化车间发展的基础上，对现阶段数字化车间发展的框架进行概述，并对国内成熟的数字化车间项目进行论述，以期为我国数字化车间的进一步发展提供理论依据[1]。

1 数字化车间发展现状

数字化车间是依赖数字、信息技术的，是以制造资源、生产造成和产品为核心，通过数字化的设计，实现生产制造产品进行的数字化虚拟仿真，涵盖对真实及其活动的建模和仿真，完成在计算机上的产品制作、预测功能检测及其可加工性分析等。

1.1 国外数字化车间现状

数字化车间在世界制造领域发展日新月异的今天，国外数字化车间发展起步早，朝着高效率、高信息化方向逐步发展，其智能化水平尤其突出。全球最大的数字化市场——北美市场，主要涵盖医疗设备、国防科技、航天业等生产制造。早在十年前，美国为提升工业效率，节省制造成本，就提出了“先进制造联盟”，大力推进智能化制造，极大的扩大了MES市场需求。而欧洲制造企业更注重能耗及其生产效率等指标，二十世纪初，欧盟就提出了“制造明天的竞争力”，旨在提高制造业生产效率，大力倡导数字化、智能化和自动化的集成。早期的发展为国外数字化车间奠定了良好的基础。近几年来，国外分别实现了机器人制造车间全天候生产，真正实现了高度智能化，从计划的制定、产品的生产最后到物资的输送，基本实现全自动化。

1.2 国内数字化车间现状

国内数字化车间起步晚，早期国内的数字化车间，定位于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责生产管理和调度执行，下层的生产控制和上层计划是独立的，一般采用人工设计计划，自动化设备进行生产[2]。

近些年来，我国政府大力推进制造信息化水平，包括设计数字化、生产制造数字化、管理数字化等，可以说数字化制造在国内已取得了一定的成效。包括CAD/CAPP/CAE/CAM、MRP/ERP及CIMS的推广应用，不仅改变了传统的生产设计，而且已经成为了我国现代制造产业的标志。

我国数字化制造业与发达国家相比，创新能力有待提高，高新技术方面仍处于劣势，关键核心技术还未完全掌控，综合竞争力薄弱，总体上还处于产业链的中低端。根据调查显示，我国的高新技术产业占制造业的比重仅占美国的三分之一，我国的制造业产业结构还有待进一步的优化，数字化车间的比重还有待进一步的提高[3]。

2 数字化车间发展趋势

随着数字化车间深入发展的，目前，数字化车间呈以下趋势，一是数字化车间朝着3D方向转变，形成了基于3D模型的设计指导设计，二是通过并和协同形成生产资源的仿真建模，能够对设计结果进行早期的验证，三是实现了产品的数字化装配，四是数字化制造技术提供了全新、高效的生产模式，为高效物流、精益生产、多元制造提供辅助，最后，由互联网组成的信息科技，实现了深层次的连接及其数据分析。

数字化车间具有敏捷化、柔韧化特征、特点，对市场变化具有较好的适应能力。随着制作业由以生产为中心向以市场为需求为中心的转变，我国数字化车间发展初见成效，在政府的大力支持下，我国数字化车间投入力度不断加大，另外随着我国制造业的快速发展，设施设备的自主创新初见成效，3D打印技术等新兴产业发展迅速，更为重要的是，制造业数字化管理也初见成效，信息化技术的应用越来越广泛。

3 数字化车间总体设计

3.1 数字化车间总体设计框架

数字化车间的宗旨在于通过构建数字化环境，实现设施生产、制造的自动化、智能化，不仅能够辅助人员快捷的、高效的完成产品的设计、制造，而且使得整个生产流程可视化，更为重要是通过数字化车间模型，实现了调度仿真、优劣势辩证等，使得整个产品在生产前得到充分的论证。

数字化车间总体设计，首先设计人员应按照规划车间设施设备布局，依照产品信息，制定总体的生产工艺方案，确定生产程序。数字化车间系统需提供各类设施设备模型，设计人员依照3D可视化模式选择设备，进行合理的规划布局。其次，数字化系统提供数字化模型，以辅助人员导入模型。待数字化车间完成建设后，需要进行仿真演习，以此验证整个生产过程的安全与可靠，根据仿真演习的结果修改设计规划、优化方案，最后选择最佳的方案用于数字化车间的建设施工[4]。

数字化车间正式施工前，需要预演设备的运行、安装、产品的组合安装及其各类辅助设备的运行等，以确保生产过程的顺序实施，降低施工失误，为车间的安全运行提供保障。

数字化车间正式投入后，数字化车间系统、ERP系统及其真正车间三者之间的互通互连，管理人员按照ERP系统和车间数据信息进行生产调控。在真实决策下达之前，还需进行数字化预演，保证真实生产的安全、可靠。实际生产过程中，数字化车间可以与真实车间同步进行，管理人员进行可视化监督，及时的处理突发事件，或直接按照真实的生产情况，下达控制指令。

3.2 数字化车间软件构架

数字化车间软件构架主要包括以下三个层次，首先，界面层属于用户和系统之间的交互接口，用户可以根据所设计的数字化产品，通过界面层查验各类产品的数据模型，以便用户构架产品的仿真模型、数字模型、数字加工过程及其仿真结果的查询。其次，功能层作为一个应用工具集，分别用于获取数字化制造产品的设计信息，产品模型所需零部件、环境信息等，还可用于对产品制造过程的可加工性及其合理性分析等。最后，数据层做为实现功能层的支撑，主要用于记录产品数据信息，对产品的仿真数据、生产数据等进行实时记录。

4 国内建设中的数字化车间

2007年上市的新海科技集团有限公司（前身为宁波新海电气股份有限 公司）是慈溪一家专业研发、生产和销售各类高品质家用喷雾器、打火机、医疗器械等产品的企业，2020年12月，新海高新区喷雾器工厂被认定为2020年浙江省数字化车间/智能工厂。建立车间内部通信网络架构、逐步完善工厂级工业互联网，完成关键技术装备之间、关键信息化管理系统之间、市场需求与企业制造之间的互联互通，整合数据资源，完成ERP、PLM、 MES、WMS等系统的互联互通，打造喷雾器行业标杆性的数字化车间。以MES为核心，对生产过程进行数字化、透明化管控，通过与ERP、WMS等协同集成后，实现生产制造过程数字化。

通过建立车间总体设计、工艺流程及布局的数字化模型，采用计算机辅助设计、通过CAD、PLM系统的应用，实现设计数字化。以MES为核心，对生产过程进行数字化、透明化管控，实现生产制造过程数字化。建设物流、生产、检测自动化和实时采集的生产线，实现装备数字化。建设立体仓库，通过WMS、AGV、RFID系统的应用，实现仓储配送与生产计划、制造执行以及企业资源管理等业务的集成，实现物流仓储数字化。以ERP为载体，推进研、产、供、销的企业价值链智能化，实现企业经营管理数字化[5]。

通过PLM将产品BOM、工艺无缝对接ERP相应模块实现了设计数字化；以MES为核心，通过设备与设备，设备与系统，系统与系统的互联互通，实现生产过程的数字化管控。通过数据采集模块实时获取设备状态及生产数据，管理整个生产过程，掌握关键生产工艺预警信息，通过大数据生成相应数据报表，实现装备数字化。引入AGV、RFID、全自动机械手码垛系统、立体仓库等技术，实现物流的智能调度与无人运输，建立全过程物料流管控和全过程产品质量追溯体系，实现物流仓储数字化。通过ERP系统，建立人、财、物、产、供、销科学完整的数字化经营管理体系，实现经营管理数字化。

5 结语

近年来，网络技术、电子信息技术的不断发展给传统的制造业、制作技术带了革命性的变化，新的思潮、新的生产制造模式不断更新。现阶段所涌现出来的数字化车间生产模式，改变了传统的规划设计理念，已然成为了互联网时代制造业实现智能制造的主战场，不仅开启了制造企业智能化发展的起点，也是制造企业智能化发展的趋势所在。提升质量的同时，提升生产效率。国外数字化车间起步早，发展迅速，而国内数字化车间起步晚。基于此，本文在论述国内外数字化车间发展现状的基础上，对现阶段数字化车间发展的框架进行概述，并对国内成熟的数字化车间项目进行论述，以期为我国数字化车间的进一步发展提供理论依据。