数字化工厂的技术集成分析

随着全球化竞争的加剧，产品的更新换代和设计制造周期缩短以及客户化定制生产方式的形成，迫切要求企业采取全新的产品研发及生产模式，以快速响应市场的需求和满足制造伙伴的协作要求。当前，解决企业的技术支撑，为企业的发展提供源动力，数字化工厂的建设已经成为企业发展的第一需要。

1、数字化工厂的整体框架

“十五”期间，国家提出制造业信息化的发展战略，制造业信息化是将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新，企业管理模式的创新，企业间协作关系的创新，实现产品设计制造和企业管理的信息化，生产过程控制的智能化，制造装备的数控化，咨询服务的网络化。

CAD技术是产品创新设计的重要工具和核心技术，也是企业信息化工程的切人点。作为数字化工厂建设的第一期工程，CAD建设必须从企业整体数字化全局来考虑，以建设CAD、PDM、ERP集成系统为目标，围绕设计数字化、制造数字化和管理数字化来制订整体解决方案，实现以产品为核心的技术集成和以企业经营流程为核心的宏观集成，都需要CAD、PDM、ERP集成系统的支持。

在产品的全生命周期中，CAD系统用于产品的设计和分析.PDM系统用于管理与产品有关的数据和过程，ERP系统管理企业的人、财、物、信息等企业资源。

1)CAD系统主要用子产品的几何设计和几何分析，主要功能有线架、曲面、实体造型、运动机构、特征造型、数控、有限元分析等。

2)DPM系统将所有与产品有关的信息和过程集成在一起进行管理。它研究的对象是产品，主要功能有:文档管理、产品结构管理、工程修改管理、工作流程的设计与管理以及与C人D系统的集成。

3)ERP是把企业作为一个有机整体。从整体优化的角度出发，运用科学的方法，对企业各种制造资源和生产、供应、销售、财务等各个环节进行合理有效的计划、组织、控制和调整，使它们在生产过程中协调有序，并充分发挥作用从而提高企业的管理水平和经济效益。

对离散型机械制造企业来说，数字化工厂建设主要在于三个方面:

1)以CAD为代表的设计数字化;
2)以数控设备为代表的制造装备数字化;
3)以ERP为代表的企业管理数字化。

以上架构采用CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM集成技术，实现机械制造企业真正的全数字化设计，而利用CAM技术，将实现数字化制造。在设计过程中。企业利用PDhl技术实现并行工程思想的应用，将大大提高产品的设计效率和质量。

以CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM集成技术和ERP、SCM、CRM的应用，形成了企业信息化的总体框架。这些技术的集成，将由内而外地整合企业的管理，建立从企业的供应商到企业内部各部门，再到用户之间的信息集成。

2、数字化工厂的总体建设步骤

1)CAD、CAM、CAE建设

实现数字化、网络化设计和制造，提高工艺规程设计效率和设计质量，缩短技术准备周期;实现工艺设计的一致性、规范化，推进工艺的标准化;为企业数据信息的集成打下坚实的基础，为企业物资采购、生产计划调度、组织生产、物资平衡、成本核算等提供重要依据。

2)PDM建设

实现与以D系统的集成，实现刘文档、文件夹、产品结构和构型、管理工程更改和工作流程设计等的有效管理和控制。

3)EPR建设

实现以D、PDM正RP系统的集成，实现对生产计划、物料需求计划、能力需求计划、库存管理、车间作业管理、财务管理、成本管理、项目管理、质量管理进行有效的组织、控制和调整。

3、数字化工厂的应用

目前许多企业已经建立了以CAD、CAM、CAPP、FMS等集成系统。这些系统属于微观集成，较难发挥企业的整体效益。随着集成技术的发展，企业的集成已发展成为以产品为核心的中观集成和以企业经营流程为核心的宏观集成.这需要CAD、PDM、ERP集成系统的支持。据统计，在我国大型企业中已经实施ERP的占25%，正在实施的占9%，准备实施的占46%，中小企业已经实施或准备实施约3000家，从总体上来说我国ERP应用还处于起步阶段。在已经实施ERP的企业中，各公司的经济效益、规范化管理、提升管理思维和企业形象以及提高员工积极性等方面均取得了显著的效果。

在国外许多先进的企业都用工业工程的思想来管理企业，并应用以CAD、PDM、ERP集成系统作为实施工业工程的支持系统。国外软件无论在管理思想、行业特色和实施经验等方面均优于国内产品。但是，国外ERP软件存在本地化程度不够。管理思想的差异以及服务能力欠缺等问题;其次，其软件不完全符合中国的制度和文化，费用昂贵;另外，国外ERP产品在国内的实施人员，几乎都是在国内招聘的人员，这些人员无法深人了解产品的内部结构和功能结构，更无法深人了解产品的设计思想及其所体现的管理理念和管理模式，从而使其解决方案和实施方案与企业现实要求产生较大差距。

大多数企业选择国产的CAD、DPM、EPR软件，这些产品各有特点.功能各有千秋。由于厂情不同、产品结构和生产工艺不同、企业规模、企业性质和组织机构不同，买回来的软件都必须在用户现场进行修改、二次开发和界面个性化定制。

当前大多数应用CAD、PDM、ERP集成系统的企业，尤其是实行得比较好的企业，都是采取委托开发的形式建设适合本厂实情和行业特色的CAD、PDM、ERP集成系统。

4、数字化工厂建设的意义

4.1建设数字化工厂

数字化建设基于智能化、网络化、集成化、可视化思想，通过吸收当今先进技术和自主研发，将使企业实现包括CAD、CAM、CAE、CIMS、CAPP、PDM、ERP等技术在内的设计数字化、制造装备数字化、生产过程数字化、管理数字化和企业数字化，从而能做到:

1)产品从设计到制造、销售，一直到服务整个生命周期的数据都用计算机进行管理，实现无纸设计和无纸制造;
2)企业的工作过程实现并行工程;
3)实现多场地协调工作;
4)保证产品数据的一致性、完整性、惟一性、最新性及共享性;
5)保证计划的一致性和可行性;
6)使管理具有动态应变性、系统性和模拟预见性;
7)保证物流信息和资金流信息的统一。

4.2建设数字化工厂的意义

通过本项目的建设，将使企业在以下几个方面受益:

1)缩短新产品的上市周期;
2)减少新产品的开发成本;
3)优化产品设计以利于加工;
4)优化生产线配置和布局，减少生产线准备和停机时间;
5)增加生产线设备生产力，提高生产效率;
6)改善工人的劳动强度，提高产品质量。

同时本项目的建设能使企业适应全球虚拟制造技术的发展，全面提升企业的生产管理水平，实现由粗放型管理到精细管理，由经验管理为主到科学管理为主的根本性转变。ERP的应用也可为电子商务准备软、硬件平台和企业数据，并进一步可在销售、采购、客户关系、商务办公自动化等管理中支持电子商务模式。

5、结束语

以上就数字化工厂的整体框架及其建设模块作了详细的介绍，并分析了当前数字化工厂在国内外的应用情况，为需要进行数宇化建设的企业提供了借鉴。

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