隨著 “工業(yè)4.0”的熱潮從德國涌向全球及“中國制造2025”的實施，制造企業(yè)競爭日趨激烈，人口紅利逐漸消失、產品復雜程度越來越高、消費者需求更加多元化等等是所有制造企業(yè)面臨的難題，在這樣的背景下，數(shù)字化工廠技術應運而生。數(shù)字化工廠是智能制造和工業(yè)4.0、中國制造2025實現(xiàn)的必由之路，數(shù)字化工廠是邁向智能工廠的基礎。

數(shù)字化工廠是以產品全生命周期的相關數(shù)據(jù)為基礎，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優(yōu)化，從根本上減少工藝開發(fā)時間，縮短產品上市周期，降低制造企業(yè)的成本，提高制造企業(yè)的市場競爭力；是現(xiàn)代數(shù)字化制造技術與計算機仿真技術的結合的產物，同時具有鮮明的特征，給基礎制造業(yè)注入了新的活力。

下面以重慶長安為例來介紹下，制造數(shù)字化驅使下，迪基透（簡稱DGT）實施的數(shù)字化工廠：

自2014年起，重慶長安汽車股份有限公司便提出由傳統(tǒng)工廠邁向智能工廠，全面實現(xiàn)長安工業(yè)4.0的戰(zhàn)略目標，至今項目已經進行到三期。

DGT作為國內最具影響力的數(shù)字化工廠解決方案的供應商，為長安汽車提供基于西門子Tecnomatix平臺的數(shù)字化工廠解決方案已全面應用于汽車沖壓、焊接、涂裝、總裝這四大工藝中，應用范圍涉及到產品設計、生產規(guī)劃與生產執(zhí)行三大環(huán)節(jié)，包括虛擬仿真、虛擬調試、虛擬現(xiàn)實、點云掃描等技術。

工藝規(guī)劃

在Process Designer的基礎上進行三維可視化工藝協(xié)同設計、流程管理、文檔管理、工藝/產品變更管理、資源管理等工作，顯著提高了工藝設計和工藝管理的效率和質量，Process Designer的主要相關內容有：

1、標準化建設：建立標準工藝庫、標準工時、資源庫（包括焊槍庫、機器人庫等）、客戶化標準定制等一系列標準，通過工藝知識的積累及傳承，實現(xiàn)標準化工廠的建設；

2、定制化開發(fā)：在數(shù)字化工廠實施過程中，陸續(xù)開發(fā)了各種工具，如PDM系統(tǒng)集成接口、工藝規(guī)程批量轉換工具、工藝輸出文檔、焊點提取工具等，大幅提升了工藝人員的工作效率；

3、生產線布局：在虛擬環(huán)境中對生產線布局方案設計進行驗證，完善并優(yōu)化總體布局方案，縮短現(xiàn)場整改時間，節(jié)省大量后期改造費用；

4、其他模塊：通過線平衡分析、焊點自動分配、MTM工時分析等工具的使用縮短工藝規(guī)劃時間、提高工藝規(guī)劃質量；

虛擬仿真

虛擬仿真是在Process Simulate軟件提供的三維虛擬環(huán)境中，對裝配過程、機器人、人機工程等進行規(guī)劃，通過仿真結果分析方案中存在的問題，并及時進行調整和優(yōu)化，減少生產執(zhí)行環(huán)節(jié)的更改，從而有效降低成本、縮短工期、提高效率。

裝配仿真：在虛擬環(huán)境中模擬裝配工藝過程，提前發(fā)現(xiàn)裝配過程中存在的干涉、裝配順序不合理等問題，優(yōu)化裝配工藝，提升裝配效率；

機器人仿真：在虛擬環(huán)境中，規(guī)劃機器人的運動軌跡，輸出可達、無干涉、滿足節(jié)拍要求等條件的機器人程序，大幅提高工藝規(guī)劃效率；

人機工程：通過模擬人工任務，優(yōu)化工廠作業(yè)區(qū)域的布局和驗證手工裝配的可行性，保證在工藝加工過程中工人的視野不被遮擋、作業(yè)空間方便工人操作、作業(yè)范圍在肢體可達到的范圍，還可以利用軟件中強大的分析工具對人體姿態(tài)、人體受力、能量消耗等人體工程學進行分析，避免工人受傷害的風險，創(chuàng)建符合人體工程學要求的人工任務。

虛擬調試

虛擬調試技術是汽車制造行業(yè)目前尖端的技術之一，它結合了前期3D建模，模擬，機器人離線調試，電氣調試等所有部分，在虛擬環(huán)境下進行集成，可以真實地體現(xiàn)集成時的所有情況。達到驗證檢查機器人邏輯和電氣程序的目的，極大節(jié)省現(xiàn)場調試時間。

虛擬調試是在連接仿真模型與物理的PLC、HMI和機器人等自動化設備的基礎上，實現(xiàn)控制邏輯與機械設備的虛實通信，對生產系統(tǒng)進行預調試；

目前，通過在多個項目中應用虛擬調試技術實現(xiàn)如下效益：

1、構建、優(yōu)化虛擬集成工作流程，攻克多項虛擬集成技術難題；

2、制定多項數(shù)字化虛擬集成相關標準；

3、在集成前發(fā)現(xiàn)問題并解決，極大程度上解決了虛擬集成技術現(xiàn)場的集成隱患，節(jié)省現(xiàn)場調試時間近1/3。

虛擬現(xiàn)實

利用Process Simulate VR模塊功能，把VR技術與數(shù)字化仿真模型進行虛實互聯(lián)，模擬虛擬現(xiàn)實分析的過程，可以為虛擬實現(xiàn)車間機器人及自動化設備等加載過程模擬研究，并通過虛擬現(xiàn)實眼鏡對場景進行分析和驗證。

通過虛擬現(xiàn)實技術在虛擬環(huán)境中可實現(xiàn)：

1、控制三維動態(tài)仿真模型的運行，并對運行軌跡、可達性等進行分析；

2、對仿真模型的機器人及自動化設備進行移動、搬運等操作；

3、對仿真模型的機器人及自動化設備進行標注、測量、分析；

4、多角度、不同細節(jié)進行評審。

點云技術

結合Tecnomatix軟件可以將工廠激光掃描的點云和仿真技術緊密地融合，利用掃描設備將對象掃描成點云，可直接導入到Process Simulate中，從而更緊密地將顯示工廠與虛擬工廠結合，不斷地優(yōu)化和仿真確認得到最佳的工廠設計方案。

通過點云技術我們可以縮短傳統(tǒng)的資源建模時間和對資源位置、外形進行快速校準和響應，通過導入的點云數(shù)據(jù)PS可進行仿真驗證模擬，避免了由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)缺失或者不準確導致的重建數(shù)模而拉長周期和仿真源頭錯誤。

利用掃描技術能夠根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)來規(guī)劃制造廠的布局，同時考慮工廠的結構、現(xiàn)有資源等，并避免出現(xiàn)問題，對工廠改造具有及其重要的作用。

結束語： 基于Tecnomatix平臺的數(shù)字化工廠解決方案提供了從工藝方案規(guī)劃到制造過程驗證的完整解決方案。

通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)生產線、裝配單元以及工藝過程的設計、規(guī)劃、方案驗證及詳細的設計和仿真、優(yōu)化，并保證信息及時更新、交流和共享。

數(shù)字化工廠技術會為未來制造行業(yè)帶來新的生命與活力。