从波音航天工具研发看“数字化”制造

二 理解数字化制造

可以从不同角度理解数字化制造。在航空工业领域，经常是将数字化设计和数字化制造分开来研究的。本文则是站在制造现场这个物理产品形成的基地和产品价值增殖的摇篮的立场上讨论数字化制造的，目的是促进数字制造在制造现场落地。因此，先从数字化工厂说起。

1 关于“数字化工厂”

界定数字化是决定我们在数字化领域里应该做些什么和怎样去做的出发点。本文认为：数字化工厂DigITalized Factory 是一种全新的制造能力或制造模式。数字化工厂利用产品的三维数字模型来定义和优化产品的制造过程，并向制造作业的各类操作者提供数字化的制造指令和作业指导信息；在制造作业中，操作者也用数字化的手段和装置向上层业务过程反馈数字化的作业状态信息。

对数字化工厂的情景描述是：制造过程中传递和采集的信息是数字的、3D的，因而也必然是无纸化的。分布在各个作业点上的微电脑、移动终端、RFID/条码设备、软件PLC、数字化测量设备和无线工业以太网是工厂现场配备的基本装置。而实现制造作业的设备，大部分是数字控制的。

数字化工厂最直接和最大限度的简化了制造全生命周期中信息传递的转换过程，使制造过程的效率和效能最大化。数字化工厂前所未有的将制造的全过程，包括思维的、作业的、物流的浪费降低到最小程度，是全新的生产方式。对数字化工厂的这个描述，要害是：将数字工厂从虚拟世界拉回到现实世界中来。

识别数字化工厂的要点是：

◆一个基础：数字化的3D产品模型和定义

◆三个要素

工艺过程、工艺装备、工厂布置和作业指导书的数字化定义和优化，即是所谓“数字工厂digITal factory”，这些是完全在虚拟世界里进行的

数字化的生产指令和作业指导书向操作者传递和交流，是虚拟的信息向现实世界的转换，是数字化工厂里的人机交互界面之一

制造作业现实状态的数字化采集和反馈，是现实世界信息向虚拟世界的传递和转换，是数字化工厂里的人机交互的第二个界面。

2 数字工厂、数字化工厂和传统工厂相比较

在大量的讨论数字制造的文献和著作中，区分“数字工厂”和“数字化工厂”的几乎是凤毛麟角。最清晰的说明出自于一本德国人写的关于MES的书 。作者  Jürgen Kletti 分别使用了“digITal factory”和“digitized factory”两个不同的词来表达2个不同含义的“数字工厂”

数字工厂digITal factory是现实工厂的虚拟模型。其主要目的是通过虚拟模型的数字模拟，优化产品设计和制造过程，提高制造的柔性和应变能力。

数字化工厂digITized factory没有止步于数字工厂digital factory的虚拟世界中，而是穿越了人机界面，将虚拟的产品和制造过程的信息传递到作业工人。而作业工人又采用数字化装备将生产状态用数字的形式，反馈给虚拟的工厂数字模型。形成了从虚拟到现实再回到虚拟的完整的数字化信息的传递链。数字工厂是虚的，数字化工厂是实实在在的。它们分别是产品全生命周期信息的全数字化的一部分。

这里绝不是咬文嚼字。作者认为，在大量的研究数字制造的文献中，太多的止步于虚拟世界的制造模拟。也有的作者仅仅在最终产品的飞机交付时才回到现实世界中来。而我们则强调，制造数据在虚拟环境和现实环境中不断地交替着。数字化加速了“工程”领域的效率，我们同样需要的是数字化在“真刀真枪”的加工制造过程中，显现它的优势。从数字工厂到数字化工厂是从虚到实的数字化“落地”的过程。数字化不落地，物料永远变不成产品。

3 数字化制造与数字化工厂

数字化制造的概念与数字化工厂相同。但是数字化制造是一个更加宏大的概念，它的范围概括了产品整个生命周期的全过程：从工程设计、工艺设计、制造到使用、服务和维修。数字化制造不仅仅在企业的四面大墙之内，还包括了所有的供应商和合作伙伴，最终形成了“数字化供应链”的壮丽前景。而数字化工厂则仅仅局限在与实际产品形成有关的过程，即工艺设计、现场制造等范围之内。数字化制造和数字化工厂没有本质的差异，区分它们仅仅可以将实现数字化运作划分阶段和进行实施的分工，便于加速制造整体数字化的实现。

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