文档介绍：数字化工厂技术发展与展望
张浩 樊留群 朱志浩 陆剑峰 马玉敏 严隽薇 王坚 吴启迪
方正辉 陆幸泽 关锡友
关键词：数字化工厂 虚拟制造 果。数字化工厂技术
对生产工程的各个环节，在不同的层次，小到操作步骤，大到生产单
元、生产线乃至整个工厂进行设计、仿真、分析和优化。它从并行工
程的基本观点出发，在产品设计阶段就同时考虑和解决生产工程的问题，包括工艺过程设计、工艺装备、机床设备、***、生产线或加工
单元的布局、人体工程学、生产调度、物料管理等，实现数字化的制
造。其结果用于真实工厂的生产制造，如可生成PLC、机器人和数控
机床等的程序，控制相关设备完成生产制造。
数字化工厂的关键技术如下：
(1)数字化建模技术：通常研究的制造系统是非线性离散化系统，需
要建立产品模型、资源模型(制造设备、原材料、能源、工夹具、生
产人员和制造环境等)、工艺模型(工艺规则、制造路线等)以及生产
管理模型(系统的限制和约束关系)。数字化工厂是建立在模型基础上
的优化仿真系统，所以数字化建模技术是数字化工厂的基础。
(2)优化仿真技术：很早就开展起来了，随着虚拟设计技术的发展，
在计算机中进行产品零件的三维造型、装配分析和数控加工模拟技术
以及CAE工程分析技术不断发展和完善，这种技术进一步向制造过程
领域发展。在数字化建模的基础上，对制造系统进行运动学、动力
学、加工能力等各方面进行动态仿真和优化。
(3)虚拟现实技术：文本信息很难满足制造业的需求，随着三维造型
技术发展，三维实体造型技术已得到普遍的应用。具有沉浸性的虚拟
现实技术，使用户能身临其境地感受产品的设计过程和制造过程，使
仿真的旁观者成为虚拟环境的组成部分；
(4)软件之间的重组和集成：数字化工厂软件模块之间以及和其他软
件模块之间的信息交换和集成。
(5)应用工具：产生虚拟环境的工具集、各种数据转换工具、设备控
制程序的生成器、各种报表的输出工具等。
三 数字化工厂技术的研究与应用
数字化工厂技术已成为国内外研究的一个热点，这个概念处在逐渐被
接受的阶段，而虚拟制造技术可以说是数字化工厂技术的前身和基
础。目前基于虚拟制造技术的研究很多，如美国国家标准及技术局
(NIST)制造工程实验室()、美国Michigan大学虚拟
现实实验室(www-. edu)、美国政府能源部TEAM(技术使能
的敏捷制造)计划、Purdue大学工学院协同制造研究中心
(. )、日本大坂大学机械工程系制造工程及
系统研究室、清华大学CIMS工程研究中心虚拟制造研究室、上海交通
大学CIM研究所和同济大学CIMS研究中心都开展了数字化工厂相关技
术的研究。
美国Tecnomatix技术公司和美国Delmia公司等长期致力于虚拟制造的
研究，开发出满足虚拟制造要求的数字化工厂软件，这些公司都是经
过重新重组将许多小的专业软件公司组合起来，形成数字化工厂的成
套系列软件。如工厂及生产线规划仿真、工艺规划、质量控制和生产工具等软件模块，可以满足不同需求