数字化虚拟仿真技术

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数字化虚拟仿真技术范文第1篇

【关键词】船舶制造；数字化设计；信息一体化

一、引言

数字化造船是以造船过程的知识融合为基础，以数字化建模仿真与优化为特征，将信息技术全面应用于船舶的产品开发、设计、制造、管理、经营和决策的全过程，最终达到快速设计、快速建造、快速检测、快速响应和快速重组的目的。数字化造船技术涵盖的范围非常广泛。本文就目前较为流行的部分数字化技术进行简要分析。

二、行业背景

在经济全球化的今天，国际造船业已发展成为全球一体化市场，世界各国造船企业在全球范围内展开了技术、性能、质量和服务等全方位的角逐。随着全球船舶市场占有率的竞争日趋激烈，世界造船业在技术、体制上发生了重大改革，其中造船技术的发展尤为突出，从最初的焊接技术到大型生产流水线等新技术的成功应用，到现阶段信息集成系统、并行工程、敏捷造船、先进制造模式等先进技术或理念在船舶制造业中广泛应用，使船舶行业凸显成为信息密集、技术密集和资金密集的现代新型产业。

自二十世纪七十年代开始，我国造船业开始快速发展，至今已经历了特征鲜明的三个阶段。从最初的打开国门走向世界，到规模不断壮大超越日韩，我国造船业在几经沉浮后实现了蜕变，造船技术的发展也实现了飞跃。尤其是数字化造船技术的发展，完成了船舶设计、制造、管理手段的革新。

中国船舶工业发展历程

三、技术分析及应用

数字化造船要求以数据处理、虚拟现实、数据库、网络通讯等数字化技术为基础，将数字化技术全面应用于船舶的开发、设计、制造、管理的全过程中。数字化技术所包含的内容非常广泛，如何将船舶设计、生产、管理的相关理论和方法与特定数字化技术相融合将是数字化技术应用的关键所在。下面列举部分船舶行业中应用的重点/难点技术，并结合NACKS的现状进行了简要的分析。

（一）虚拟仿真技术

船舶建造虚拟仿真技术作为一种新型技术，旨在利用数字模型替代物理原型，对船舶的设计、制造及生产系统等进行仿真，以提高设计水平、建造质量，缩短产品研制周期。船舶建造虚拟仿真技术是基于计算机和信息技术的一种新的先进造船技术，是船舶数字化建造的具体体现，对船舶产业的科技发展具有重要意义。

造船发达国家纷纷利用信息技术给造船业带来的各种机遇，积极开展船舶虚拟设计和建造仿真技术的研究。韩国和日本的造船业，虚拟设计与制造仿真技术研究开展得比较早，并取得较好的研究成果。对于首制高附加值船舶和船舶的设计和建造，在实际建造之前都要利用虚拟仿真技术对设计结果、建造工艺和建造流程进行预先仿真，能够及时发现并纠正设计中存在的问题。由于虚拟现实技术可将仍处于概念阶段的设计方案以逼近于现实的形式呈现出来，从而可以及早发现并纠正设计问题。

虚拟仿真在船舶行业的应用范畴，主要包含四部分内容：船舶虚拟设计评估与优化技术、船舶建造工艺仿真与优化技术、船厂物流仿真与能力评估技术与作业、运行保障仿真技术。国内船舶行业在前三个方向都开展了一些工作，基本突破了常用异构系统数据转换、船舶产品虚拟评估技术、船舶工艺自动建造技术、船舶焊接工艺智能设计与统计技术等关键技术，并开展多型船舶的建造工艺仿真，船厂建造资源能力评估等工作。然后，在建造工艺深化应用、船厂物流仿真、运行保障领域的应用较少，深度也较浅，将是未来发展重点。

（二）物联网技术

物联网技术即通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网技术是在近十年开速发展的一项网络技术，在不知不觉间已经充斥在我们身边每一个角落，比如打卡考勤系统和条形码扫描系统。

船舶行业属于劳动力密集型、多品种、小批量、按订单生产的离线制造行业，因其行业信息化量大、管理复杂，物联网技术的快速发展给船舶行业注入了新鲜的血液。通过物联网技术的应用，可在生产建造、物流、设备管理、能源控制、安全管理、质量管理等多领域实现信息的实时采集、统计分析，实现过程控制、状态跟踪、统计分析、平衡优化的目的。

物联网技术在最近几年发展迅速，但其在船舶行业的普及还存在一定难度，首先最重要的一点就是成本问题。电子标签、读写设备价格较高，在没有大规模应用的情况下，收益预期与投入难以平衡。其次，物联网的应用还存在一定的技术难点：技术标准还存在较多不统一的部分；数据采集频繁，信息安全需重点考虑；物联网的协议栈需要统一；IPV4资源存在耗尽风险。另外，造船现场的条件较差，这对物联网的应用提出了挑战，潮湿、高温、电磁屏蔽等也是阻碍物联网普及的障碍物。

（三）企业信息集成技术

在船舶企业中，由于作业内容的不同，往往有多个异构的、运行在不同的软硬件平台上的信息系统同时运行，这些系统的数据源彼此独立、相互封闭，使得数据难以在系统之间交流、共享和融合，从而形成了"信息孤岛"。随着数字化应用的不断深入，企业内部、企业与外部信息交互的需求日益强烈，急切需要对已有的信息进行整合，联通“信息孤岛”，共享信息。

企业信息集成是指企业在不同应用系统之间实现数据共享，即实现数据在不同格式和存储方式之间的转化，来源不同、形态不一、内容不等的信息资源进行系统分析、辨清正误、消除冗余、合并同类，进而产生具有统一数据形式的有价值信息的过程。

对船舶企业而言，企业的信息集成可实现各部门、各应用系统之间的协调运作，实现业务流程的定制、改造和优化，为企业的各种应用和系统提供一个统一的运行协作平台，实现流程协作和信息共享。信息的共享又会间接的降低企业的运营成本。

（四）CAD/CAE一体化技术

船舶设计是一个涉及多个专业、多个系统、规模庞大的协同工作过程。其周期较长、过程较复杂，且在船舶设计过程中，不同专业使用不同的计算机辅助设计（CAD）及计算机辅助分析（CAE）软件，从而造成缺乏一体化、集成化的设计系统，信息交流不通畅，存在“信息孤岛”问题。CAD/CAE技术的相互融合、相互渗透已成为了一种自发的有效需求，在CAD/CAE一体化技术的帮助下，船舶研发、设计将实现从经验设计到计算机辅助设计的转变，可大大缩短产品周期，提高产品质量。

通过对比可以看出，CAD注重产品的外形特征，以提供图形图像、数字化模型为主，而CAE更注重的是产品物理特征问题。在实际作业中，将研发和设计相互割裂开来会产生重复性投入，同时会降低作业流程的效率。

FEM与TRIBON建立的船体模型对比

数字化虚拟仿真技术范文第2篇

中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9416（2012）04-0000-00

1、论文研究背景及意义

近多年来，由于计算机及网络相关技术的迅猛发展，世界经济发展的必然趋势就是数字化，数字城市也逐渐引起了人们的注意。那么怎样应用计算机技术来构建数字城市，近而实现城市的数字化已经引起城市规划及管理人员和城市居民的共同关注。城市仿真技术在构造数字城市过程中发挥着非常重要的作用，因此成为当前一个新的研究热点。仿真(Simulation)技术是利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术，以模拟的方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的三维图形界面，使之在感知行为的逼真体验中获得直接参与和探索仿真技术对象在所处环境中的作用和变化。城市仿真(Urban Simulation)技术就是仿真技术在城市规划、建筑设计等领域中的应用，表现为人机交互、真实建筑空间感与大面积三维地形仿真，即交互式实时三维(Interactive Realtime 3D)。采用虚拟现实技术构造出来的城市视景仿真系统是数字地球的重要组成部分和支撑手段，已经被广泛应用在城市的规划、建设以及管理当中，对于城市发展规划的各个方面都具有相当重要的意义。

2、国内、外的视景仿真工具

MultiGen-Paradigm公司的MultiGen Creator的各版本三维建模软件是世界上流行的实时三维数据库生成系统的软件环境，在仿真系统中得到广泛的应用。Vega Prime是MultiGen-Paradigm公司应用于实时视景仿真、声音仿真和虚拟现实等领域的世界领先的软件环境。Urbansim是基于城市交通需求模拟分析和城市土地综合分析的新型城市发展仿真软件。MagicCity属于WinTel架构基础上的虚拟现实和视景仿真系统。我国在视景仿真系统开发的同时，也在进行仿真系统软件平台的开发。TrueSim v2.0 三维实时仿真软件平台是深圳市创想科技发展有限公司在综合了国内外多项最新三维仿真技术的研究成果以及多年来从事三维仿真研究所积累的多种经验的基础之上推出的具有自主知识产权的仿真平台。神州视景信息技术有限公司自主研发了“基于普通PC和Internet的大规模场景实时漫游引擎系统――SCVR”。 Virtools是一个实时三维虚拟现实编辑软件，可将多种常用文件格式（三维模型、二维图表、声音等）整合到一起，并具备交互功能，能够开发出电脑游戏、建筑仿真、交互娱乐等多种3D产品。

3、本文的研究目的及重要内容

本文通过研究虚拟现实视景仿真技术的相关知识，实现以我们学院校园为虚拟环境的视景漫游系统。通过对虚拟场景的构建，能够实现视景漫游中的自动漫游和交互漫游等效果。本系统应用建筑草图大师Sketchup和MultiGen Creator软件工具来构建虚拟场景中地形及建筑物的三维模型，并建立道路、树木、路灯等虚拟景物，借助Vega Prime软件平台和工具集对校园虚拟场景进行仿真，在VC++开发平台下实现三维景观及模型的交互式（以鼠标、键盘等交互方式）控制，实现了虚拟校园景观的视景仿真漫游系统。

本文主要研究内容和所做工作总结如下：

(1)了解视景漫游技术以及虚拟现实的发展，对国内外虚拟现实技术应用现状进行调研。

(2)对黑龙江农垦科技职业学院的视景环境数据进行搜集和整理，包括地形数据的获取、建筑物数据的获取、纹理数据的获取等等。

(3)研究用虚拟现实建模软件Sketchup、Creator以及三维建模技术、模型真实感技术以及模型优化技术等对地形、道路、教学楼和图书馆等建筑以及校园之中的花草树木等进行建模，构建出虚拟场景模型库，然后用视景漫游软件Vega Prime和VC++对虚拟场景进行漫游和交互控制。

(4)研究模型数据库建模和优化技术问题，模型数据库的建构、调整和优化对提高实时仿真系统中运行的速度和流畅性起着至关重要的作用，成为目前重要的研究课题。

(5)碰撞检测技术。开发虚拟现实仿真系统有一个主要目标就是能够让用户以尽可能接近自然的方式与构建的虚拟场景中的物体直接进行交互。要实现自然的、精确的人机交互功能首先要解决的是碰撞检测的问题。碰撞检测是虚拟场景中动态物体与静态物体之间或动态物体与动态物体之间进行交互的基础。在碰撞检测中有两个问题需要解决，一是检测到碰撞的发生和碰撞的位置，二是计算碰撞后的反应。而碰撞检测是计算碰撞反应的先决条件，因此，碰撞检测是虚拟环境中一个必不可少的部分。

(6)为保证虚拟场景的真实性、生动性及其对用户的感染力，对基于粒子系统的虚拟场景环境特效技术进行研究。

校园视景仿真就是在计算机环境中对真实校园的景观进行虚拟再现，采用虚拟现实相关技术，生成一个实时的、能给用户各种真实感受的三维虚拟环境。利用计算机软硬件及其相关输入输出设备，使用户可以在虚拟的校园场景中进行浏览和交互漫游，感受校园中的风景。利用这种方法可以让更多的人来了解我们的学校，对本校园的环境及交通现状等方面有更深刻的认识。

参考文献

数字化虚拟仿真技术范文第3篇

1虚拟仿真技术在基础医学教育中的应用

基础医学教育中的教学方式一般分为理论授课和实验操作两部分。其中理论教学的方式是课堂讲授加传统医学插图，学生大多感觉学习过程枯燥、不好理解、不好记忆。而利用虚拟仿真技术可以在虚拟的环境下，将人体各器官的解剖、生理学、病理学的数学模型存在数据库中，利用计算机显示屏上有意识地显示某些细节，学生可以将病人的各种病变部位分开或合在一起观察病变情况，同时可以利用此技术培养学生的人体解剖理论的认知能力。举例来说，目前解剖教学上应用的虚拟仿真人体解剖图的数字化的解剖图谱，利用这一图谱，学习者在虚拟的环境中可以自由地选择、观察、移动虚拟对象，并且虚拟的组织器官还能及时给予学习者感官上的反馈，这样就更容易理解和掌握解剖结构。比较典型的应用实例就是利用“虚拟人”数字化数据集进行三维重建，即“人体数字化解剖学”研究，创立虚拟仿真解剖学，同时提供CT、MRI及PET等方面的断层图像，进行一系列医学临床、教学及研究的虚拟模拟。具体步骤就是利用一台人体虚拟解剖电脑，教师可以讲授人体各部分结构的解剖知识，学生也可以在虚拟的组织和器官间的模拟操作感受触觉反馈，使学生更快地掌握手术要领和技术。学生在课堂上能以三维的形式看到人体数千个解剖结构的形状、位置及器官间的相互空间关系等，学习兴趣和效果显著提高。

2虚拟仿真技术在临床医学教育中的应用

在临床医学教育中，临床实践是重要的教学方式，临床实践是对医学学生动手能力培养的重要环节，加强实践技能训练已成为医学教育改革的重点。虚拟仿真技术引入医学临床实践教学是非常行之有效的教学方式。虚拟仿真技术在临床医学教育中最显著的应用是虚拟手术教学，即通过虚拟临床手术技术让学生在手术之前学习新的手术方法和流程，练习所制定的手术计划，在虚拟仿真手术之后，也能让学生温习或重复全部手术过程，并且能够对学生的临床技能进行一个客观的评定。现今医学院校的学生和教师都不能只是局限于书本的知识，必须不断地学习和提高自己的临床技能，而在实践中常会遇到教育资源有限的问题，解决这一问题行之有效的手段就是利用虚拟仿真技术模拟复制手术场景，让学生不断在虚拟现实场景中进行实践训练。这种应用虚拟仿真技术的临床实践教育方式不仅可以让教师在教学中演示不同策略的手术流程，教授学生应对各种突况、避免手术失误、降低手术风险、减少病人损伤、提高手术成功率，而且同时还节约了教育资源，具有零风险、可反复操作等优势，学生可利用它完成手术的各个操作步骤，并对操作的过程和结果进行分析和总结，达到更多地积累临床实践技巧和经验的目的。虚拟仿真技术应用于医学临床实践教学能使学生有更多接触临床的经验，可以提高学生临床技能操作的能力、临床综合诊断思维能力，还可以激发学生的学习热情和潜力，使他们能够运用课堂上所学的临床理论知识较快地掌握临床诊疗实践规律，还有利于学生职业道德和行为规范的养成。

3虚拟仿真技术在远程医学教育中的应用

在远程医学教学中，经常会由于教学设备、试验场地或教学经费等方面的原因，使得一些应该开设的教学内容无法进行。利用虚拟仿真技术可以弥补这些方面的不足，学生足不出户便可以学习各种各样的知识，获得与现场学习一样的效果，从而加深对教学内容的理解。以往对于一些医学实验，在远程医学教学过程中一般采用电视录像的方式来取代实验课程，学生无法直接参与实验，利用虚拟仿真技术进行虚拟远程医学实验，则可以增加学生动手学习的机会。虚拟仿真技术应用于远程医学教育的基础是基于远程医疗的分支网真医学，即远程呈现医学，它把专家的知识通过通讯网络传输到需要的远程位置，在远程医疗应用领域发挥其独特的优势。网真医学是虚拟仿真技术的一个全新领域，它结合了高清视频、音频和交互式组件（计算机软件和硬件），在网络上创建独特的“面对面”体验的新型技术。使用者可以进入某个共享网络空间的图形环境，以远程控制操作或观察为目的的进行人机通信和交互，用这个方法帮助医生有效地进行手术和诊疗。网真医学应用与远程教育可以确保医学生以更有效的方式进行培训，例如记录操作过程、让学生探讨操作细节并拥有沉浸于运作房间的感觉。医学学生可以进入虚拟的手术是或实验室，在虚拟环境下激励一个完整的操作过程，教师也可以将操作中常见问题反馈给学生，从而提高每个人对某个问题的训练。利用虚拟仿真技术可以创建大量的三维人体组织结构，用于医学教学。随着网络技术的飞速发展，把创建的三维医学教学资源应用与远程医学教育，可以使学习者随时随地的学习，是资源得到充分利用。虚拟仿真技术应用于远程医学教育可以将生动的动态三维场景展现给学习者，提高了教学的质量和效果。

4虚拟仿真技术在医学教育中应用的意义

医学教育注重的是直观、形象、生动，传统的医学教学往往不够生动，难以具体化，难以直接展示人体的结构，疾病发生及发展过程等教学内容，同时又存在着医学教学成本大，不可重复执行的问题，这些弊端对学生更好的掌握医学知识极为不利。为了改善原有医学教学模式中存在的这些问题，使虚拟仿真技术应用于医学教学中的教学模式意义重大，该教学模式不仅调动了学生的学习兴趣，而且将抽象的内容具体化、形象化，给学生留下深刻的记忆，也给教师在教学中提供方便，从而达到提高教学水平和科研水平的目的。

作者:姜燕 李亢 单位:湖北医药学院

参考文献:

[1]赵群,娄岩主编.医学虚拟现实技术及应用[M].北京:人民邮电出版社,2014:200-203

[2]王晓,姜燕.计算机技术在医学领域中的应用[J].科技世界,2013(18):15,30

[3]张晗.虚拟现实技术在医学教育中的应用研[D].济南:山东师范大学,2011:39-43

[4]范敏,戴培山.人体解剖生理学课程引入虚拟现实技术的教改探索[J].科技文汇,2014(10):103-104,111

数字化虚拟仿真技术范文第4篇

引入数字化舞台技术后，未来的戏剧舞台将呈现出多元化的发展趋势。

自2009年以来，以《阿凡达》为代表的国际三维数字影视，逐渐打入了中国市场。随着《爱丽丝漫游奇境》、《功夫熊猫》、《变形金刚3》等电影在国内的大热卖座，传统的文化产业人似乎也觉察到了，文化产品与科技融合已经逐渐成为国际主流趋势。

有备而来的国际数字化技术资本，在给观众带来意想不到的酣畅视听体验的同时，也给我国的文化创意领域带来了严峻的历史挑战。数百亿的国内文化产业市场也因此面临着被国外科技资本瓜分的危险。

在这样的情况下，中国的传统文化产业，有必要从智能创意、虚拟世界、高效实施交互等技术体系入手，整合提升自身的发展能力，这已被证明是文化产业可持续发展的必然之路。

中央歌剧院正在进行这样的尝试。今年5月，他们与北京理工大学成立了“数字化舞合实验室”，共同展开推进舞美艺术科技工作，并承担了文化部科技创新项目“数字化舞台技术研究”。

在传统的戏剧舞台上，中国一直存在着舞台布景创意、制作、表演艺术与高新技术结合不够的问题。舞台不够绚丽多彩，也妨碍着戏剧艺术的表现力。而与国外百老汇等歌剧院相比，我国多数的戏剧舞台上，传统的布景制作工艺笨重，运输装卸拆装耗工耗时、浪费资源、破坏环境、成本高企、效果不佳，严重制约了戏剧艺术的普及与推广，更谈不上发展。

如今，电视、电影、PC、手机，连电冰箱、洗衣机都已智能化，人们的生活已发生质的变化，反映精神生活的戏剧舞台，理应追随新技术的发展，采用更加智能化的手段将声、光、电、形、影、音、高端科技融入一体，将数字化科技成果转化为现实互动模式，将动漫、网络游戏虚拟的舞台场景与传统舞台实景结合。

中央歌剧院是目前亚洲最大的艺术院团，拥有丰富的艺术实践经验，和众多的保留剧目，还拥有庞大的编导、创意、优秀演职员在内的艺术家群体。然而，这些优势只是囿于传统的传承，仍然迫切需要更新颖、更大胆和具前瞻性的科技力量帮助。

在这点上，中央歌剧院与北京理工大学达成了共识，在未来将整合双方的优势，在舞台表演上引入数字化高科技。这在过去并非没有先例，北京理工大学拥有国家唯一的数字表演与仿真技术实验室，重点研究立体影像呈现技术在戏剧舞台上的应用。这些技术的探索与应用，已经为国内当今的舞台提供了新的极佳的艺术效果。

“奥运会开闭幕式”上的全景式智能仿真系统、国庆60周年游行的仿真设计和国庆60周年天安门广场联欢晚会数字仿真都出自他们的手笔。2011年，中央电视台春节晚会全景的数字仿真工作，也是由北京理工大学的实验室提供技术支援。

现在，中央歌剧院和北京理工大学合作，将数字化高科技在戏剧舞台上的应用拓展到了更大的范畴。包括歌剧、话剧、戏曲等艺术形式与现代数字表演技术相融合，利用虚拟现实等技术，针对文艺表演生产流程的创意、编排、演出、推广、评估等环节，实现数字化的创意，从而提升文化产业社会服务能力与文化创意产业国际竞争力。

数字化虚拟仿真技术范文第5篇

【关键词】数字化工厂；仿真；虚拟制造

1.引言

在市场竞争日趋激烈，新产品上市周期越来越短，生产设备和制造系统日趋复杂、昂贵的情况下，为了获取最佳利润和保持市场占有率，制造企业必须从传统制造模式向数字化制造模式转变，实现产品的多元化，缩短产品上市时间，缩短生产准备时间，并进一步提高产品的质量。由此，数字化工厂作为优化生产过程的解决方案也越来越成为研究的热点。

2.数字化工厂含义

数字化工厂（Digital Factory，简称DF）是基于仿真技术和虚拟现实技术的发展而产生的，是以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式，通过对生产过程进行分析和优化，保证产品在可制造的前提下，实现快速、低成本和高质量的制造，从而实现柔性制造和并行工程[1]。

3.数字化工厂平台架构

数字化工厂软件是虚拟制造平台，对于缩短新产品的开发周期、提高产品质量、减少制造成本和降低项目决策风险都具有重大意义。

数字化工厂软件还是实现并行工程的工具。产品设计部门和制造工艺部门可以在产品的制造特征（焊点、定位点、装配位置等）领域紧密协作，在产品设计的早期阶段进行工程制造的仿真，在新产品的制造中尽量对标准化的工艺和工装卡具重复利用，从而实现产品设计和产品制造的并行互动的工作方式，缩短新产品的开发周期、降低制造成本和加快新产品投放市场[2]。

数字化工厂在工艺层面的主要应用包括工厂布局仿真优化、工艺流程规划及仿真验证、虚拟装配设计与验证、物流仿真。工厂布局仿真优化是建立车间厂房、物流通道、制造资源等的三维数字模型，为工艺、装配、物流仿真建立基础。是工艺流程规划及仿真验证在三维数字环境下对产品的工艺进行规划，制定工艺路线，如NC编程、流程排序、资源分配、工时定额，成本核算等，并对加工工艺过程进行三维仿真，仿真工艺路线，刀具切换，装夹过程等。虚拟装配设计与验证是提供一个虚拟制造环境来规划验证和评价产品的装配制造过程和装配制造方法，检验装配过程是否存在错误，零件装配时是否存在碰撞。它把产品、资源和工艺操作结合起来来分析产品装配的顺序和工序的流程，并且在装配制造模型下进行装配工装的验证、仿真夹具的动作、仿真产品的装配流程，验证产品装配的工艺性，达到尽早发现问题、解决问题的目的。物流仿真是工厂布局规划与仿真的辅助工具之一，在三维环境下对物流仿真逻辑进行建模，主要分析工位装配任务分配的合理性，物流路径规划的合理性，物流设备的分配以及利用率等，从而评价和优化物流规划方案；基于建立的物流仿真模型，可以调整参数和物流方案，实时获得仿真结果。

数字化工厂平台在制造层面的主要应用为MES系统，包括制造数据管理、计划排程、生产调度执行、现场数据采集及归档、产品跟踪等功能。

4.数字化工厂收益

一个制造企业完善的企业信息平台应由三大块构成，即：PDM/CAD系统，为企业提品数据结构和数学模型，进行产品数据管理；ERP系统，为企业提供物质资源、资金资源和信息资源集成信息，进行企业资源管理；数字化工厂平台，即制造过程管理系统，为企业提供数字化的制造信息平台，进行制造工艺规划设计，工程仿真和生产过程管理。成为数字化工厂，首先要做到柔性制造，即通过自动化的理念把产品的工艺设计与自动化设计集成到一个平台上。系统能够根据加工对象的变化或原材料的变化而确定相应的工艺流程。第二点，也是比较关键的部分，即虚拟投产，即借助虚拟化过程来检验整个生产过程，验证产品。

国内制造企业通过利用数字化工厂技术能够带来的收益包括：

（1）在3D的环境下进行制造工艺过程的设计，提高工艺设计、现场工人、数控测量的效率；

（2）用数字化的手段验证产品的制造工艺可行性，避免工艺制造与设计脱节，提高工艺设计质量；

（3）现场的工艺问题在数字化仿真环境下提前得到分析，避免在后期对产品和流程进行改变返工，避免规划的失误，对风险可进行精确掌控；

（4）掌握产品和流程的复杂性，提高产品的变种及对流程影响的透明度，建立典型工艺，经验库，减少重复工作；

（5）缩短产品工艺准备周期，缩短新产品投放市场时间（6）结合MES现场数据的及时采集、反馈，实现成本的及时统计、工艺的持续改进，支持产品的后期维修。

5.实施关键因素

数字化工厂平台涉及多层仿真层次，不同仿真目的，需要对物流，装配，加工等进行独立仿真，并在统一的可视化环境下进行结果分析。数字化工厂贯穿整个工艺设计、规划、验证、直至车间生产工艺整个制造过程，不是一个独立的系统，需要与设计部门的CAD/PDM系统进行数据交换，并对设计产品进行可制造性验证（工艺评审），同时，所有规划还需要考虑工厂资源情况数字化工厂与设计系统CAD/PDM和企业资源管理系统ERP的集成是必须的。同时，数字化工厂还有必要把企业已有的规划知识（如工时卡、焊接规范等）集成起来，整个集成的底部是PLM构架。所以，需要与其他部门的信息系统进行数据交换，并在PLM体系框架的指引下开展实施工作。

6.小结

数字化工厂涉及生产，设计，工艺、物流，管理，IT部门等业务单位以及多领域的技术人员，需要相关专业部门的全力配合，需要对整个生产链的数据进行整理和整合（包括产品，工艺，车间等）。对企业各方面的影响巨大，可能需要流程重组。因此，企业在具体的实施过程中，需根据自己的生产制造的实际过程和企业资源条件来决定，即需要在设计、工艺规划、加工、装配、物流的哪一部分加强，进而采取先点后面、循序渐进的实施策略，不要一下铺得太大。

参考文献

[1]张浩，樊留群，马玉敏，等.数字化工厂技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2003：5-12.