1 引言
数字化制造是指将信息技术用于产品设计、制造以及管理等产品全生命周期中，以达到提高制造效率和质量、降低制造成本、实现快速响应市场需求的目的，所涉及的一系列活动的总称。数字化制造的提出是根据虚拟制造的原理，通过提供虚拟产品开发环境，利用计算机技术和网络技术，实现产品生命周期中的设计、制造、装配、质量控制和检测等各个阶段的功能，达到缩短新产品上市的时间、降低成本、优化设计、提高生产效率和产品的质量。
在传统的机械加工过程中，机械的生产往往以流程为核心，不同的加工流程在不同的设备上运行，流程之间区分明确。但在市场经济的新形势与新技术的冲击之下，功能单一的传统设备正在被具有复合加工能力的加工中心逐渐取代。高速化、复合化、自动化、数字化的机械加工是未来加工行业的发展趋势。
我国的数字化制造技术目前处于快速发展阶段，国内一系列较大型数字化工厂已经建成或处于规划建设阶段，如长春奥迪数字化汽车生产中心，成都西门子工业自动化产品生产及研发基地，北京石油机械厂新厂区等。本文以宁夏某机床数字化制造工厂为例，旨在说明数字化制造技术在现代化工厂中的实际应用。
2 数字化制造的要素
在数字化制造中，通过建模与仿真技术模拟制造、生产和装配过程，设计者可以在计算机中“制造”出产品，通过揭示制造工艺过程的本质，获得知识及进行制造工艺自主设计和优化控制的能力。而数字化制造实现需要四个要素：数字化生产设备，数字化产品数据，网络化工作环境与智能化管理软件(见图1)。
图1 数字化工厂的构成
2.1 数字化生产设备
生产设备的数字化至关重要：即使有再好的环境网络，没有生产设备的实时信息，其信息化管理的程度也会大打折扣。管理者必须尽可能实时掌握生产的动态，并及时做出反应，所以对现场的生产设备进行实时的掌控，就成为了数字化工厂管理的一个前提条件。
2.2 数字化产品数据
数字化的产品数据，并不是简单的将企业产品图纸、工艺文件、技术资料的管理记录转换成电子表格，而是要建立起一个关系型的数学模型，以数据流作为不同模块之间的沟通渠道。从产品的设计开始，就做好与PDM数据管理系统集成、建立数据共享。数字化的产品结构是数字化制造的前端，这部分的核心在于CAD、PDM软件和技术的应用，解决“做什么”的问题，一切的生产经营活动都是围绕其进行的。
整个的生产经营活动是围绕产品展开的，管理的对象自然也是产品，所以产品数据是—切经营活动的源头和基础。如果所有的产品数据全部停留在纸面上，那么当需要的时候查找相关数据的工作，无疑会非常困难—一因为关系型的数据关系很难建立起来，所有的数据无疑成为了若干个信息孤岛，缺乏信息流动。比如，在上万种零件中找到一张图纸，但仅凭图纸的编号我们很难找到这张图纸是在哪里使用的，这样的搜索方法无疑会降低信息搜索的效率和准确性。而如果是在关系型的数据库中，查找某个特定产品的相关数据，是件非常容易办到的事情。所以，数字化制造需要把产品的数据建立起关系型数据库，并用智能的软件去管理他们。
以宁夏某机床数字化制造工厂为例，该数字化工厂技术部采用了自主研发的产品数据管理软件与PDM系统。这套系统采用BS构架，独创的NVS-通知书验证系统+ICE智能编号管理引擎系统，非常高效和严谨地将工厂的产品系统地组织起来，并全部实现了数字化管理，工厂的生产活动全部以其为根据进行。由于这套系统是企业为自己量身定做，在生产过程中，PDM系统与实际生产活动的配合准确、快捷，在提高了整个数字化工厂的工作效率的同时，也节省了大量人工成本。
2.3 网络化工作环境
在数字化制造进程中，企业各处的信息都是通过信息网络化来进行的，工作环境的网络化是数据得以流动的大前提。通过互联网的信息共享，设计制造各个环节的信息与知识在数字化描述的基础上得到流通与集成。企业的管理者必须尽可能实时掌握生产的动态，并及时做出反应，所以对现场的生产设备进行实时的掌控，就成为了数字化工厂管理的一个前提条件。
目前，我国的工厂中，办公室内的生产管理部门、营业销售部门、设计开发部门之间的联网通常很容易实现，但这些部门与生产现场设备之间联网与信息流通情况，多半是不够完善的。若无法实现管理部门与生产部门双向数据流动，网络化的效用将会大打折扣，数字化工厂的障碍也多在于此。与之相比，宁夏某机床数字化制造工厂生产的数控机床，联网、监控等功能是标准的配置，通过数字化监控软件CyberMonitor，管理人员可以直观地看到各台机床的运行状态，包括各种状态下运行的时间和百分比，从而了解每台设备的开动率、辅助时间等信息，为设备的管理提供了可靠的依据。
2.4 数字化管理软件
数字化管理是利用计算机技术，包括数据库系统、编程语言、信息技术包括GS、GIS、GPS等对管理对象和内容，进行统一深入的管理。透过个人电脑数据库与现代化的信息管理软件的连接，将传统的复杂的手工操作流程在电脑上进行数字化的整合，将结果以直观、形象的用户界面形式表现给用户。
传统的管理模式中，工作人员往往需要对采集到的数据进行大量的脑力处理，不仅工作负担很重，而且工作效率低，从而影响到企业的整体运营效率。而现代化的数字化管理通过程序软件的设计，将繁琐的数据处理过程运用计算机来进行处理，不仅效率高，而且极大地减轻了工作人员的负担。
以宁夏某机床数字化制造工厂为例，该工厂的营业部门使用空中办公室：其核心为BS结构，构建在该公司网络平台上，营业部的人员可以随时随地进行网上办公。营业的项目管理、售后数据库、售后人员工作与数据交换平台服务都可以通过网络。此外，其管理系统中各个子系统中软件程序对数据处理的方式是可变的，不是静态的。随着数字化工厂体系应用环境的变化，各个子系统之间的关系可以做出适当的调整，重新应用到相应的领域中去，这就为数字化管理系统的广泛应用创造了条件。
3 数字化制造的优势
与传统的制造工业相比，应用了数字化制造技术的工厂有着明显的优势。
传统工厂存在的问题之一在于，公司管理人员无法掌握控制实时的生产状态，对一段时间内各设备的运转状况的掌握也缺乏时效性。而数字化制造工厂，管理人员则可以准确、高效地了解每一台设备的工作情况。以宁夏某机床数字化制造工厂为例，工厂采用了可视化的智能监控软件，管理人员可以通过软件，直接看到各台机床的运行状态，包括各种状态下运行的时间和百分比，从而了解每台设备的开动率、辅助时间等信息，为设备的管理提供了可靠的依据。
传统工厂机械加工的另一个问题在于，接到零件图纸后，需要占用大量本可用于切削加工的时间进行编程试切，这样无形中就降低了机床的开动率。而且，正式生产加工的时候，无法提前展开加工所需的刀具和卡具等作业准备信息，需要额外的时间进行准备好相关的作业准备信息。而数字化制造工厂则可以通过Camware系统，直接将DXF格式的CAD图纸转化为数控机床可以识别的加工命令，并同时准备好所需的刀具、卡具等作业相关信息，省略了由CAD图纸编程再输入的繁琐步骤，从而节约了大量时间，提高了机床的开动率，也就降低了每件产品的实际成本，提高了企业效益。
在传统的以流程为主体的机械加工系统中，实际生产量往往需要根据过去的历史记录进行预估，而预估的需求量与实际订货量往往会产生较大差别，容易产生两种状态：要么产能不足，要么库存增多。采用了数字化制造技术的新型制造商，告别过去预估的生产方式，采取以客户为中心的以销定产的生产模式。整个生产过程由于采用了智能生产中心管理，可以大大缩短产品的在制总需时间。在未接到订单前，即可计算出来产品准确的交货期，并且模拟整个生产过程。
此外，在传统的制造工厂，以流程为核心，采取从上至下的二维内部组织结构，带来的弊端之一是所有的信息网络是单向流通的，各部门的负责人与顾客的距离会有所差别，而高层管理人员与客户的距离往往较远，难以准确快速了解最新的客户需求。采用了数字化制造技术的生产商，则可以更为便捷地将公司的中枢机构设置于离顾客最近的地方，能够有效地获得从营业生产中传递来的第一手信息，促使生产营业部忠实地为客户服务，以市场信息为中心展开经营活动。公司全员将客户作为生产活动的中心，以最短距离开展工作，从而取得更强的市场竞争力。
4 结语
数字化技术的成功应用可以极大地提高生产效率，而数字化的制造模式也将会是今后制造业发展的大趋势。制造模式的改变，对制造装备本身提出了新的要求。仅仅是设备本身性能的提高，为提高生产效率所带来的贡献是非常有限的，只有制造模式和管理模式的变革，才能让生产效率得到飞跃式的提高。数字化技术必将对未来制造业发挥巨大的推动作用。
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本文标题：数字化制造技术在工厂中的应用
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