数字化虚拟技术将领航新一代智能工业制造

　　随着网络信息技术的不断融合，三维数字设计已经不再仅仅是制造的工具和手段。它取代了规模、效率、设备、工艺等旧的核心元素，成为制造企业本身的核心资源，催生和建立了新的生产方式和组织方式，成为制造业新的灵魂。

　　事实上，3D打印的产业链条正在形成，DIY、创客、云设计、云制造……使得制造业的形态和全球格局正在改变。并非每个人都能使用3D软件进行产品设计，也并非每个人都要拥有价格不菲的3D打印机，但随着“开源”和“社交”等互联网理念和平台的日渐成熟，这些问题很快就可以迎刃而解。

　　中国制造业急需转型升级

　　数据表明，在现代工业制造中，70%的错误都产生于设计阶段，而80%的错误往往在生产或是更后续的阶段，才被发现并进行修正。“中国设计亟待变革升级！在目前中国处于工业化、信息化、全球化、城市化和市场化‘五化’结合的独特形势下，要推动产业转型升级，从‘中国制造’走向‘中国创造’，中国创新设计必须实现从科学技术创新、文化艺术创新到用户服务创新与产业模式创新的集成创新变革。”中国工程院常务副院长潘云鹤说。

　　在他看来，有别于以往的工业设计，创新设计要充分发挥设计者的创造力，利用已有的科技成果进行创新构思，融合信息技术、材料技术、色彩造型、制造工艺等多种学科，设计出具有科学性、创造性、新颖性及实用性的成果。这样的创新设计将成为制造业转型升级的最有效抓手。[page]

    然而，当前的中国制造业普遍存在对设计研发与创新的重视与投入不够，缺乏新型高水平创新设计人才，大学教育方式和课程设置错位等问题，严重制约了设计创新的发展。杨海成说：“当前的中国企业发展很不平衡，差距主要是对技术和人才的认识不足和准备不够。认识不足主要表现在重研究开发、轻工业应用；准备不够主要表现在新技术的应用推广不够，新型应用人才不足，人才培养的方式亟待变革。”

　　他认为，创新设计引领制造业升级需要社会各界的参与和推广。多年来，中国科协组织了各种活动，通过科普推广宣传，有效提升了公众创新设计与转型升级的意识。同时，国家制造业信息化科技工程、两化融合发展研究院、3D动力、中国图学学会与光华设计基金会等共同组织的全国三维数字化创新设计大赛也进行得如火如荼，极大地激发和释放了高校师生、年轻技术人员和设计从业人员的学习兴趣和创造潜能，有力促进了全民创新。

　　潘云鹤表示，创新设计要从中国新型工业化舞台的边缘走向中央，不紧要成为中国经济结构调整升级的利器，还要成为世界设计界的先锋。通过组织创新设计大赛和论坛结合等形式，促进设计切磋，交流设计思想，把理论研究和人才培养很好地结合起来。

　　流水线的生产模式正在遭遇挑战

　　工业时代，当一双黑乎乎的挖煤工人的手，也能造出“神秘的汽车”时，就意味着一个最普通的体力劳动者的工作效率，被提高到了技术工人的水平之上。体力劳动者的生产效率因流水线这一生产方式而得到体现。但在知识经济时代，流水线的生产模式开始显得落伍—当社会进入了一个市场需求向多样化发展的新阶段，相应地要求工业生产向多品种、小批量的方向发展，单品种、大批量的流水生产方式的弱点日渐明显。[page]

    为此，汽车行业的研制模式正在流水线的基础上发生改变，“平台化生产”、“柔性生产”都是近年炙手可热的创新理念。

　　在汽车行业，大众是第一个使用“平台化生产”的巨头。“平台化生产”这一概念是指车厂将可以共用大部分零件、有着相似车身结构和生产工艺的车型研发模板归类为一个“平台”。同一“平台”上诞生的车型拥有共同的“平台基因”，但并不意味着不能拥有自己的个性。实际上，基于同一平台的不同车型，往往会根据自身的特点和需求会不同的设定，非常灵活。上海通用相关人士也表示，随着近几年汽车发动机、变速箱技术的突飞猛进，体积更小、重量更轻、性能更强的产品不断涌现，这给了底盘设计更大的空间，使得一个平台的衍化能力更强。

　　福特表示，到2017年，福特全球“柔性生产”的产能将进一步扩大，全球平均每一家福特工厂能生产四款不同的车型，从而更加灵活地应对消费者的需求变化。届时，福特目前拥有的15个核心平台将削减为9个，而未来所有的车型均衍生自这9个平台。

　　未来制造工厂将走向数字化

　　数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。计算机技术的发展，使人类第一次可以利用极为简洁的“0”和“1”编码技术，来实现对一切声音、文字、图像和数据的编码、解码。

　　各类信息的采集、处理、贮存和传输实现了标准化和高速处理。数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势，其内涵包括三个层面：以设计为中心的数字化制造技术、以控制为中心的数字化制造技术、以管理为中心的数字化制造技术。[page]

    在数字化技术和制造技术融合的背景下，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。

　　数字化制造中“制造”有两种理解，一种是狭义的数字化制造，即是指应用CAX、PDM/PLM、DFX等系统，围绕产品，从设计开始（包括概念设计、详细设计）到整个加工制造过程（如工厂布局、生产线平衡安排，工厂生产过程如何与产品设计阶段集成等）。另一种理解是广义的制造，还包括企业经营管理活动，即是围绕着产品的全生命周期开展的活动。

　　在这个活动中包括两条主线，一条是围绕产品设计、研发、加工制造等过程，一条是从管理的角度，包括从经营管理、生产计划、生产调度、车间布局、财务等方面。因此，广义的数字化制造是通过信息技术来改善和提升制造企业的工业信息化水平，所以我认为数字化制造可以说是工业信息化的代名词。

　　虚拟制造与数字化制造涉及的对象相同，主要区别在于侧重点不一样。虚拟制造以数字化为基础，是在计算机上实现实际制造的本质过程，着眼于认识制造的本质规律。虚拟制造强调的是对制造活动进行建模，进而通过对模型的仿真以支持和提高制造活动的决策与预测水平。数字化制造则是强调将制造过程的信息转变成计算机能够识别的信息并进而进行加工和处理，以支持制造过程的各种活动。相比虚拟制造，数字化制造的内容更广泛。

　　无论提到的两化融合、数字化制造还是智慧工厂、工业4.0，它们都是当今工厂发展的潮流和趋势，他们有着共同的核心理念：信息化数字化贯通各个环节，打破了产品设计和制造之间的“鸿沟”，实现产品生命周期中的设计、制造、装配、物流等各个方面的功能，降低设计到生产制造之间的不确定性，从而缩短产品设计到生产的转化的时间，并且提高产品的可靠性与成功率。数字智造是现代工厂信息化发展的另一个新阶段，更是智慧工厂的高度概括。除了信息化数字化的生产，数字智造更进一步强调设备与设备之间的智能感应，实现自动分析、推理、决策、控制的功能。[page]

    通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。数字智造这一概念更是直观地反映出工厂生产发展的两大趋势——数字化和智能化，这和工业4.0所指引的工业方向是一致的。

　　实际上数字化制造所涉及的领域很广，特别是从工业化与信息化融合的角度来看，任何制造企业都在应用数字化制造技术。在应用的过程中遇到困难也比较多，从大的方向来讲，一方面来自企业自身的困难，即对数字化制造重要性的认识不够。从工业化向信息化推进过程中，数字化制造是企业的必由之路，是企业应对激烈市场竞争的武器。

　　如果制造企业从高层领导到技术人员到操作人员都能够充分认识到这一点，就能以一种积极主动的态度应用数字化制造技术，并将其作为自己必须掌握的一种手段，那么就会大大加速数字化制造的推进。

　　另一方面数字化制造技术的适应性，企业需要相对成熟的数字化制造解决方案，但信息化尚处在一个不断发展的阶段，且信息化的核心技术和产品大部分是被国外掌握，具有自主知识产权或符合中国国情的信息化产品难以抗衡。

　　许多企业在发展过程中不得不对信息化重复投资，以适应版本的升级、换型，甚至推倒重来。在围饶加速“中国创造”的理念下，如何在数字化制造、虚拟制造等领域充分发挥我们的“后发优势”，包括如何提高信息化技术应用的水平，需要大家共同努力。