首先，我們來看一下現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的趨勢。智能制造是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，隨著像大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、3D打印等新興IT技術(shù)的出現(xiàn)和交叉使用，我們的制造業(yè)正在發(fā)生巨大的變化，可以這么說，現(xiàn)代的制造業(yè)正在發(fā)展成為某種意義上的信息產(chǎn)業(yè)。對于智能制造，同時還強調(diào)了一大主題，那就是智能服務(wù)，我們的制造業(yè)企業(yè)正在從傳統(tǒng)的生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變，從賣產(chǎn)品賣制造向賣服務(wù)轉(zhuǎn)變，始終保持以客戶為中心，因此，現(xiàn)代的制造業(yè)正在發(fā)展成為某種意義上的服務(wù)業(yè)。過去，企業(yè)強調(diào)規(guī)模，強調(diào)大而全的生產(chǎn)組織模式，什么事情都想自己搞，現(xiàn)在，隨著市場和客戶的需求變化越來越快，越來越多樣化，企業(yè)的分工越來越細，專業(yè)化程度越來越高，傳統(tǒng)的組織模式已經(jīng)跟不上節(jié)奏，整合全球化制造資源、建立全球化企業(yè)聯(lián)盟成為一種趨勢，這就好比天下為我所用，由此可見，傳統(tǒng)大而全的企業(yè)組織模式正在向全球化企業(yè)聯(lián)盟模式發(fā)展。

下面，我們引用國際數(shù)據(jù)公司IDC2016全球制造趨勢預(yù)測中的兩組數(shù)據(jù)來看看未來幾年制造業(yè)的動態(tài)和發(fā)展方向。其中一組數(shù)據(jù)是關(guān)于“用數(shù)字化手段進行制造工藝過程規(guī)劃”，這里面提到：到2017年，40%的大型制造商將會使用虛擬仿真對他們的產(chǎn)品、制造工藝過程和服務(wù)交付進行建模，以優(yōu)化產(chǎn)品和服務(wù)創(chuàng)新。另一組數(shù)據(jù)是關(guān)于“生產(chǎn)車間創(chuàng)新”，這里面提到：到2017年，50%的制造商將利用云計算、移動和高級分析的協(xié)同效應(yīng)促進生產(chǎn)車間創(chuàng)新的、集成的工作方式。

數(shù)字化將對中國制造業(yè)帶來哪些挑戰(zhàn)呢？首先，來自產(chǎn)品質(zhì)量。客觀講，我國產(chǎn)品整體合格率不高，質(zhì)量也不太穩(wěn)定，對于裝配類產(chǎn)品，零部件之間間隙比較大，外觀也相對粗糙，產(chǎn)品的使用壽命相對較短，特別是在使用環(huán)境較為嚴酷的情況下，容易失效，使用者的體驗感不是太好。其次，來自試制周期。我國制造企業(yè)通常是通過試生產(chǎn)的方式來驗證生產(chǎn)工藝，很多時候都是憑借工藝及作業(yè)人員的個人能力來進行工藝規(guī)劃和設(shè)計，因此對于那些復(fù)雜的零部件，其工藝穩(wěn)定周期很長，這樣就嚴重影響產(chǎn)品的上市周期。再次，來自產(chǎn)品的可制造性。我國大部分制造企業(yè)依然采用以文字描述為主的二維工藝卡片進行工藝設(shè)計，工藝信息采用非結(jié)構(gòu)化的方式表達，難以傳播重用和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，在進行工藝設(shè)計時難以直觀了解現(xiàn)有機器設(shè)備的情況，工藝設(shè)計結(jié)果難以進行仿真分析，只有在實際加工時才能進行工藝合理性驗證。最后，來自制造工藝知識管理。我國部分制造企業(yè)，其制造工藝知識主要存在于個人腦海中，由于人員的流動而產(chǎn)生流失，缺乏對制造工藝知識的有效積累和傳承，工藝的規(guī)范性和標準化程度較低。

那么，針對以上提出的中國制造業(yè)所面臨的制造瓶頸挑戰(zhàn)，對于中國制造企業(yè)來說又能夠通過什么樣的方式或途徑來提升制造能力呢？我們認為，數(shù)字化制造是中國制造業(yè)提升制造能力的關(guān)鍵途徑之一。數(shù)字化制造技術(shù)可以幫助企業(yè)用結(jié)構(gòu)化、虛擬化、可視化的方式進行工藝規(guī)劃、設(shè)計、驗證和管理。數(shù)字化制造技術(shù)可以幫助工藝人員在虛擬的環(huán)境中構(gòu)建一個三維可視化的工廠，結(jié)合工藝規(guī)劃、設(shè)計、仿真功能，可以模擬物料在車間的流轉(zhuǎn)路線，幫助工藝人員優(yōu)化工廠布局和工藝路線，使得工廠的生產(chǎn)線效率更高。數(shù)字化制造可以將產(chǎn)品的公差、加工過程、裝配過程用可視化的方式展現(xiàn)在設(shè)計人員面前，讓設(shè)計人員在產(chǎn)品生產(chǎn)之前就可以對產(chǎn)品的可制造性進行調(diào)整，真正實現(xiàn)面向制造的設(shè)計，這樣可以使得設(shè)計質(zhì)量水平得以提升。數(shù)字化制造技術(shù)可以將存在于個人腦海中的工藝知識抽取并積累到知識庫中，實現(xiàn)工藝的規(guī)范化和標準化，并且可以通過對標準工藝、工序、工步的總結(jié)，形成典型的工藝模板，實現(xiàn)工藝知識的重用，提高工藝設(shè)計效率。

那到底什么是數(shù)字化制造？我們來看一下CIMdata對數(shù)字化制造的定義：數(shù)字化制造是用來支持工程學科之間（如設(shè)計和制造）有效的、協(xié)同的制造工藝過程規(guī)劃。數(shù)字化制造是產(chǎn)品生命周期管理中一個關(guān)鍵的組成部分?？赡艽蠹疫€是有點不清楚，我們再來看另外一條對數(shù)字化制造的定義：數(shù)字化制造是連接數(shù)字化設(shè)計和實際制造的橋梁，通過一系列工藝、工廠的數(shù)字化設(shè)計和管理工具，在實物產(chǎn)品被制造出來前，用數(shù)字化、虛擬化、結(jié)構(gòu)化、可視化的方式進行制造工藝規(guī)劃、設(shè)計、仿真和管理，以優(yōu)化產(chǎn)品的制造工藝方案與過程。

我們解釋了什么是數(shù)字化制造，那么為什么需要數(shù)字化制造？從一個調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在產(chǎn)品的研制周期中，約有40%-60%的時間是消耗在生產(chǎn)準備階段，而該階段最主要的工作又是制造工藝的規(guī)劃和設(shè)計，從目前中國制造企業(yè)來看，大多數(shù)企業(yè)在產(chǎn)品的研發(fā)部門都實現(xiàn)了產(chǎn)品CAD設(shè)計，同時，很多企業(yè)在生產(chǎn)現(xiàn)場也大量的采用了自動化設(shè)備，但是，普遍存在的現(xiàn)象就是對于工程工藝部門，其工藝規(guī)劃和設(shè)計的手段卻相對最為落后，多數(shù)企業(yè)往往會忽視這一塊，這一點是我們在長期的實踐中體會較深的。而數(shù)字化制造系統(tǒng)正是為了提升工程工藝部門的核心能力，連接數(shù)字化設(shè)計和實際制造之間的橋梁.

我們在前面引用IDC2016全球制造趨勢預(yù)測中第一組數(shù)據(jù)時，涉及到了一個概念，那就是DigtalTwin，我們稱之為數(shù)字雙胞胎或者數(shù)字孿生或者數(shù)字鏡像。對于DigtalTwin我們可以理解成利用虛擬制造和數(shù)字樣機等技術(shù)，在虛擬的數(shù)字世界里按照真實的物理產(chǎn)品或者工廠產(chǎn)線建立的一套對應(yīng)的數(shù)字化表達，在虛擬空間中完成對真實物理產(chǎn)品或工廠產(chǎn)線的映射，就好像鏡子中的影像。通過傳感器等手段收集真實物理產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，并反饋到虛擬空間中的數(shù)字化鏡像，對其進行仿真模擬，通過仿真模擬得到的真實參數(shù)又反饋給實際的產(chǎn)品。這樣我們就能及時分析評估產(chǎn)品是否需要維修，做到預(yù)測性維護，并且能夠不斷的對產(chǎn)品和服務(wù)進行優(yōu)化。同時，我們也可以在實際廠房沒有建造之前，建立對應(yīng)的數(shù)字化模型，在虛擬空間中對工廠進行仿真和模擬，并將真實參數(shù)傳遞給實際的工廠建設(shè)，實現(xiàn)兩者之間的信息交互。所有的這些都是一種從虛擬到現(xiàn)實的演進過程，數(shù)字化制造正是打通虛擬與現(xiàn)實、數(shù)字與物理世界的橋梁。

我們提到數(shù)字化制造是連接數(shù)字化設(shè)計和實際制造的橋梁，從產(chǎn)品生命周期以及業(yè)務(wù)的關(guān)聯(lián)性角度，對于制造企業(yè)而言，我們應(yīng)該打造的是一體化的設(shè)計制造管理平臺，如圖1所示。在這個平臺中還應(yīng)加入對于維護服務(wù)的支持，實現(xiàn)從產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計到工藝規(guī)劃到生產(chǎn)制造再到維護服務(wù)，貫穿產(chǎn)品的生命周期價值鏈。在該平臺中，企業(yè)級BOM作為核心，貫穿整個生命周期，從設(shè)計BOM到工藝BOM到制造BOM到試驗BOM最后到維護BOM，建立了一條以BOM為中心的主干。在這個一體化的平臺中把虛擬世界同物理世界有機的融合在了一起。

一體化設(shè)計制造強調(diào)設(shè)計與制造的協(xié)同和并行，如圖2所示，在產(chǎn)品設(shè)計的早期階段就要考慮產(chǎn)品的工藝性，及早發(fā)現(xiàn)問題，而不是等到實際產(chǎn)品生產(chǎn)出來后再發(fā)現(xiàn)問題。同時，利用數(shù)字化手段，建立DigitalTwin，實現(xiàn)實際產(chǎn)品同數(shù)字化鏡像之間的信息交互，從而不斷的優(yōu)化產(chǎn)品和服務(wù)。在數(shù)字化制造技術(shù)的幫助下，設(shè)計人員和工藝人員可以在一個統(tǒng)一的虛擬平臺上對自己設(shè)計的產(chǎn)品及工藝進行設(shè)計和驗證，使得企業(yè)的設(shè)計、工藝、制造能力相互匹配相互驗證。

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