2022年从管理视角看数字化制造 .pdf

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1、从管理视角看数字化制造美国波音公司在 Boeing777787 和洛克希德马丁公司在JFS(F35) 研制过程中，采用数字 制造缩短了研制周期至 1/3，降低研制成本 50%，开创了航空数字化制造的先河。 最近，在数字化制造的第二次浪潮中，波音公司在新一代战神 航天运载工具的研制和 C130 的航空电子升级中， 采用 MBD/MBI( 基于模型的定义和作业指导书 )缩短装配工期 57%，将数字化制造推向制造现场的更深层次。历史上掉队加上研制 发展速度的差距， 给我国航空制造业以严重的压力，甚至威胁着国防安全和 商用飞机 市场的发展。跟上世界航空工业数字化制造发展的步伐，使航空 企业迅速实现由传

2、统生产方式向数字化生产方式的转变，成为我们刻不容缓的任务。我国航空工业早些年已经开始了实施“ 飞机制造业数字化 工程” 规划的工作。近年来，中国 航空工业在数字化制造的设计、模拟等环节， 已经得到了长足的发展。某些技术已经比较成熟， 在最近的一大批新 型号的研制中，发挥着重要作用。我国航空工业特别是飞机制造企业的数字化进程正在沿着这一规划快步前行。数字化制造涵盖了产品的生命周期的全过程，但是目前有关文献涉及数字化设计和数字模拟较多， 而从制造 管理 和数字化在生产车间 “落地”的角度推动数字化制造更快的发展， 则显得比较薄弱。 本文将结合某个数字化应用的课题，以数字化工厂为中心，试图讨论数字化

3、制造在制造车间均衡发展的问题。11下面将讨论的内容是：一数字化是一场深刻的技术革命二理解数字化制造三当前数字化工厂应用研究的重点四界定数字化制造的几个关系五结束语任务、挑战和机遇一 数字化是一场深刻的技术革命以两院院士顾颂芬为首的几位航空工业的专家指出：“数字化为制造业开创了一种新型的生产方式”。他们认为：“数字化是一场深刻的技术革命。”，“数字化正在改变着世界， 数字化的生产方式正在从根本上动摇着传统制造业的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 20 页 -

4、- - - - - - - - 基础，催生着一场制造业的技术革命”。的确，从波音和空客两大家航空制造的技术竞争的重点看出，“制造业的竞争已经体现为数字化这一核心能力的竞争”。浏览相关的文献和资料， 多数人仅仅将数字化作为一项技术手段的进步，并且将信息化和数字化混为一谈。 所以必须首先理解顾颂芬等专家们将设计和制造数字化置于技术革命高度的意义。1 工程师自己的工具的发展缓慢现代的人类社会，工程和产品的发展是惊人的。而与之形成极大反差的是，工程界自己精确地描述产品、传递产品制造信息的手段的发展却是缓慢的。从1795 年发明画法几何、 1840 年发明蓝图以来， 人们一直用二维平面工程视图来描述产品

5、。这种大约沿用了200 多年的二维工程图纸曾经是表现制品信息的唯一办法。但是，在绘制这种二维图纸的时候，首先存在着人力的巨大的浪费。人的思维是多维的， 工程师们在创意新产品时， 首先涌现的是多维的实体形象而不是一个个的平面视图。 为了向制造它的人传递产品的信息，必须将这个活生生的实体变成为复杂的、 但为工程界所共识的平面图形。 这当中的浪费不仅仅是投影图的绘制，还包括了从实体形象向抽象的视图表达方式的转换的思维，在转换过程中出现的表达不清和错误。 制造工程师在接到这种平面图形以后，又要用想象恢复它的立体形状，以编制工艺过程。这又是一番思维、脑力和时间的浪费。并且对平面图形的理解程度往往是能否设

6、计出好的制造过程的关键，对图纸理解的错误又经常出现。 工人拿到这种用平面图形描述的作业指导书以后，同样必须将它理解为三维的实体， 浪费和错误更容易发生。 百年来， 制造业为这种平面图形的转换付出了巨大的代价。此外，二维图纸对产品的表现是模拟的、非精确的，表现能力是有限的。如飞机机翼的形状是根据空气动力学计算和实验得到的复杂型面,而在图纸上只能用多个剖面逐点进行描述。 用二维图纸表达这些复杂形状， 造成了从连续的精确形状到不连续的近似形状的转换。这个过程同样既浪费了时间和精力，又带来了误差。 数控机床的出现，局部的解决了这类科学曲线（面）形状的信息传递问题。但多数零件的加工程序还是从平面图形转换

7、来的。在飞机制造中， 从产品的图形到制造它们的模具的凸凹模线、模板、装配型架、各级检验样板，需要多次传递和转移。在没有数字化制造的年代，这些工作全是手工描绘，在放大镜下用精细刀具磨出来的。效率和精度受着严重的制约。2 传统 CAD 的功劳信息技术的发展，出现了计算机辅助设计CAD 软件， 上个世纪末的 CAD 仅仅帮助人们绘制 2 维图纸。“ 甩掉图板 ” 大大地加快了出2 维图纸的速度，解放了名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 20 页 - - - - -

8、- - - - 工程师们的体力劳动， 也使很多描图员们下了岗。 但是甩掉图板并没有甩掉图纸，也没有触及头脑浪费和转换错误的根本问题。3 实体造型的 CAD 的出现和数字化的意义随着计算机技术进步，出现了新一代CAD 软件，在计算机的虚拟环境中，可以按照设计员的思维， 直接构造出产品和零件的实体模型。给这种虚拟的 3 维实体模型赋予必要的特征和属性以后，可以直接、直观地表达出设计员的创意，零件的形象精确的描述并存在计算机中而不是平面图纸上。设计信息直接从网上传递到世界各地为它加工的地方，依据3 维模型编制制造过程、 NC 程序，传递到 NC 机床上进行加工。 从此彻底的改变了工程设计的方式和设计

9、信息的传递方式。过去的研制过程， 必须做出真正的产品样机以后， 才能发现设计的错误或不协调，真实的进行负载、 空气动力的试验， 按照试验结果进行修正， 这样的反复，增加了研制周期， 大量的物资和实验设备建设的资金消耗。而利用数字化的产品模型，可以进行原来必须靠实物进行的模拟和试验，节省了大量的人力、物力、财力特别是时间的消耗。 将精益制造推进到产品设计和减少工程师们自己的脑力浪费的领域。所以说，产品信息的描述和在制造各个环节之间的传递，从模拟的、 二维平面的模式向三维的、 数字的模式转换， 成为人类制造工程历史上的一次重大的革命。它免除了大量的3D 与 2D 的转换，避免了大量的必须靠实物进行

10、判别、评估和确认的工作。 可以预先精确的定义， 进行模拟和优化， 将可能发生的错误提前解决。将实体世界的事，放在虚拟世界中解决，从而大大的降低了成本、减少了生产周期。 在 3D 的数字化模型基础上的一系列应用所释放出的效能是过去任何时期的任何技术进度所不可比拟的。4 对数字化制造全景的描述近几年来， 美国航空工业又取得长足的进步。下图是美国战神航天飞行器数字化制造全过程的示意图。可以看出，在这个实例中，突破了由3D 实体模型向可用于制造和向车间转移的几个很现实的转折：1）3D 模型的可制造化2）3D 设计向 3D 工艺的转换3）将 3D 的产品和工艺信息向制造作业的工人传递4）制造作业现场的数

11、字化数据采集和反馈5）数字化质量和依从性文档的管理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 20 页 - - - - - - - - - 在长长的制造数字化信息链中， 以 2D 为基础的庞大而根深蒂固的传统方法向新的 3D 为基础的新生产模式的过渡，是一个严重的、长期的任务。从传统制造向数字制造转移是动摇制造工厂所有现行流程的、严重的“再造”过程，涉及技术、管理、质量、法规要求、企业文化、工厂的硬件配置、职工教育等方面的深刻重构。 在向数字化制造发展的道路上，甚至还

12、有些未能预料的困扰。中国的航空制造业目前还必须快速的贯通数字化的信息链的各个环节。这是目前我们尚待努力的突破领域，也是我们面临的挑战、机遇和商机。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

13、产品的三维数字模型来定义和优化产品的制造过程，并向制造作名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 20 页 - - - - - - - - - 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

14、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，最要害的是：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，生产指令和作业指导书向操作者

15、的数字化传递和交流，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21。作者J rgen 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”。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - -

16、- - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 20 页 - - - - - - - - - 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

17、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。 而我们则认为， 在制造过程中不得不强调虚拟环境和现实环境是在不断地交替着。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。

18、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。产品的 3D 数字化模型是数字工厂的基础，但是把它当作已知条件被划在了数字化工厂之外， 这也符合我国设计制造分家的组织现实。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。三 当前数字化工厂应用研究的重点我

19、们抽象出数字化工厂的3D 信息传递模型是： 以物料转变现场的工人制造作业为核心，描述数字化的3D 信息的传递和转换过程。这些过程是：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 20 页 - - - - - - - - - 但是，我们发现，在数字化3D 信息传递的这几个环节之间，目前都存在断点，尚未形成流畅的数字化数据链。我们的任务就是逐步的将这些断点弥合，届时才能构建成可以运作的数字化工厂。1 3D 设计模型中可制造信息的定义尽管有了 3 维 CAD 和 PDM，解决

20、了产品的 3 维设计造型和数据管理和协同问题，但仅靠 3 维模型往往难以进行产品的生产和检验。三维模型上没有与生产技术、模具设计与生产、零部件加工与装配、检验检测所必须的数据，生产人员不能从三维模型上直观的了解制造该产品必须的设计意图。具体来说，过去的三维模型的优势是对零件形状的描述，它包括了二维图纸所不具备的详细形状信息。不过三维数据中却不包括尺寸和几何形状的公差、表面粗糙度、 表面处理要求、热处理要求、一致材质、连接方式、间隙或过盈配合的规定、润滑、颜色、要求符合的规格与标准等等仅靠形状而无法表达的非形状信息。另外过去的三维模型对形状中必要提示的注释、 关键部位的放大图、 剖面图等更为灵活

21、和合理的传达设计意图的手段，也大大逊色于二维图纸。为此，过去很长的时期， 所采用的折中方式是不同程度的三维模型和二维图纸配合使用。但是始终抛弃不掉二维图纸，向数字制造的过渡就不能完成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 20 页 - - - - - - - - - 当前，“基于模型的定义 (Model Based Definition ,MBD)”弥合了三维模型直接用于制造的技术。实际上，MBD 是一种基于 3D 的产品数字化标注技术，它采用三维数字化模型对产

22、品数字化信息的完整描述，如：对三维空间实体模型的尺寸、几何形状、公差、注释的标注。对产品的非几何信息进行标注（产品物理特征、制造特征、数据管理特征、状态特征的属性）和零件表的描述。非几何信息定义在“规范树”上。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 20 页 - - - - - - - - - MBD 是产品设计技术的重大进步：在三维模型上用简明直接的方式加入了产品的制造信息，进一步实现了CAD 到 CAM（加工、装配、测量、检测）的集成，为彻底取消二维图纸创造了

23、可能定义了非几何信息（包括BOM）数字化和结构化的。给制造管理系统的数字化创造了条件！为并行工程创造信息并行和共享的基础！可以直接进入制造，减少NC 编程时间 50%！目前 MBD 已经相对成熟 。 美国制造工程师协会与2003 年发布了 “ 数字化产品定义数据实践ASME Y14.42-2003 ” 各个 CAD 软件（ CATIA ，SIMENS ，PTC）都对 ASME Y14.41 标准支持。波音等航空制造商制订自己的3D 开发标准，与 CATIA 、Delimia 软件集成，在产品中应用，众多的二级供应商和伙伴也制订自己的 3D 开发标准开始应用。名师资料总结 - - -精品资料欢迎

24、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 20 页 - - - - - - - - - 2 MBI 基于模型的制造技术但是， MBD 解决的仍旧是制造“什么What? ”或者制造要求的标注问题，尽管 MBD 可以直接编制 NC 程序，检验程序。但它并不是针对“如何How?”制造问题的解决方案。 对于多工序和复杂的装配作业，指导零件制造过程的 “作业指导书”（或工艺路线和工艺规程）仍然是需要的。于是出现了“三维工艺”的问题。因此，“基于模型的作业指导书(Model-Based Instructions,

25、 MBI) ”应运而生。MBI 是由 3D 设计模型生成的车间工作指导书。MBI 技术的出现，在车间现场消除了纸质的二维作业文档，直接使用3D 图形。MBI 是当今制造科学成就的顶尖成果。 使用 MBI 通过减少对作业说明的解释和因理解错误造成的损失、更高的可装配性、 和缩短学习曲线，缩短生产周期。波音公司的MBI，包括 4 个方面的内容：从数字模型到 3D 工作指导书的生成效率和人机环境改进的分析通过分布式联机网络实时的提供工程数据和发布以减少对图纸的解释工作量为目标的、基于MBI 的电子采购说明。MBI 和现场的制造执行系统集成在一起。相关人员可以在物流中心、库房、装配现场、飞机上、机舱内

26、部用各种便携式电脑通过无线网络实时的访问这些作业指导书。在 MBI 的主屏幕上，设置人机交互功能，可以采集及时发生的问题，并加入到数字模型中以进行未来的改进和版本管理。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 20 页 - - - - - - - - - MBI 是在制造过程管理 (Manufacturing Process Management，MPM) 系统中生成和管理的。 MPM 是将产品数字化模型变为数字化制造过程的重要方法。 MPM 原本是一种作用在扩展

27、企业上的协同开发和优化制造过程的业务策略，它与 PDM 集成在一起，成为编制、模拟和管理制造过程的协同工作环境。MPM 解决方案提供一个开放的平台和一组应用系统，用于工艺过程的原理规划、设计、优化和管理，直至提供给生产现场。有些解决方案还包括工艺过程的联机执行。 MPM 提供“如何制造”的能力，包括从装配顺序、车间布置规划、生产线的平衡和成本计算到电子作业指导书。据称，DELMIA V5R18 数字化软件可以直接参与 CATIA V5 建立的 MBD 模型和几何尺寸形位公差生成3D 装配作业指导书。其它各个PLM 软件都扩充了 MPM 制造过程管理系统创建工艺过程和作业指导书。名师资料总结 -

28、 - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 20 页 - - - - - - - - - 目前网络上可以做到的MBI 应用是美国战神运载工具的研制和波音对C130运输机电子系统改造项目。他们采用MBD/MBI ，通过降低学习曲线和减少与设计员的交流。仅采用MBI 工艺一项就减少装配工时57%，成为通过信息化直接大幅度减少作业工时的新案例。 在中国的航空工业， 设备和车间布置状态的更新较慢，造成了分散的多步骤加工还会存在相当长的时期。而从目前的势头看，MBD 的推广会很快，加上承担波

29、音的外包生产的需要，同样造成了对“三维工艺”的需求压力。3 向作业工人的数字化信息的传递即便是解决了工艺规程设计中的3D 表现问题，在现场的应用，又出现一个断层：某些企业在努力打印3D 的工艺规程或工作指导书，数字化设计工艺信息直接向最终的操作者的传递始终阻力重重。3D 的 MBI 发布给工人，工人怎样来看？这似乎是个简单的买几台电脑的事。但是简单问题也有它的复杂性， 其中有两个瓶颈：需要有中立、便宜的、安全的显示MBD/MBI 的软件，目前 Adobe? Acrobat ?3D成为开放的 3D 显示软件名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

30、- - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 20 页 - - - - - - - - - 涉及目前车间的布置和网络的设置。当前多数车间的布置是没有电脑的位置的 。现场特别是在机舱中作业时对网络的需求，使得车间里无线以太网大行其道。但是，无线网络的涉及的信息安全问题，制度和技术问题都必须及早提出解决方案来。4 现场作业数据采集和信息反馈的数字化各个企业的管理信息化已经取得较好的进展，进展较快的企业， 数字化的管理信息通过 ERPMES 传递到制造现场，如今现场的网络计算机终端也已经成为管理者和作业工人交互的平台， 但是如果现场作业反馈信息的数字化手段不充分

31、， 缺少现场信息直接数字化的手段， 数字化信息链就会出现又一个严重的断点。数字化反馈信息的要害是数据采集，除了使用条码 /RFID 等方法以外， 大量的是质量数据采集。 解决方案首先是限制记录的数量和范围，尽量少的采集数据。 其次则是使用数字化测量器具和无接触测量。模拟式的测量仪器、 尺表要通过人的输入才能进入数字世界中去， 这是实现现场数字化最大的投入和工作量。也成为目前制造执行系统MES 推行的严重阻力。新型的现场测量器具， 较好的解决了采集数据和反馈问题。测量装置直接将MBD/MBI 对尺寸公差检验和注释 (GD&T) 读入，经过软件的转换， 提取需要检查的 GD&T 要求形成检验的三维

32、简图，自动的或手动的逐点进行测量，实时的显示和记录度量的结果。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 20 页 - - - - - - - - - 新型的测量方法在MBD/MBI 与测量器具、测量软件三者集成起来。硬件上采用了轻便的坐标测量机摇臂和激光跟踪系统，为现场精确测量创造条件， 消除了阅读文件和理解的错误，大幅度的提高测量效率。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

33、- - - - - - - 第 14 页，共 20 页 - - - - - - - - - 5 现场例外信息的数字化例外信息的数字化传递是一个不可回避的问题。产品复杂、 工艺复杂、 管理复杂和零件价值昂贵是航空制造的特点。也正因为如此， 较少的零件是一次装夹加工或者单工序制造完成的、多数装配也不能分解为多个简单操作的流水作业。传统制造中， 投产时，按产品的批次要求验明需用的工艺版本，确定本批次的工作指导书， 流转卡等纸质文档。 这些文档随着零件， 一个工序接一个工序的在车间里流转。 这些文档在国外被戏称为 “ 车间旅行者 ” 。零件完工后，“车间旅行者”被置于专门库房编号保存， 作为质量跟踪和

34、依从性审计的依据。这是常规的制造过程。航空制造的复杂环境中， 在严格的质量监控的意义上说，任何产品， 只要一经投产，就有例外发生。每批以至每个产品零件的个体，在车间流转过程中，经常产生工艺路线替代、工序顺序的颠倒、规定设备或工具的代用、质量的超越、返修返工等等例外。 这样就造成了批与批、 个体与个体之间的工艺和质量状态的差异。应变的调配资源、不合格品的超越等等“现场例外”必然是层出不穷的，数字化工厂中可以大量的减少例外的发生，但没有人肯定会杜绝这些例外。 并且在一个时期内，还是改变不了的。航空制造受法规依从性的约束，对所有与理论工艺路线和作业指导书的偏离，都必须有“更改单”“工艺通知单”“质量

35、超越单”“返修工艺单”等“补充指令”对作业工人进行指导。补充指令也加入到“车间旅行者”的文档夹中。不及时和不准确的工艺造成错误和遗漏工序、返修返工，带来严重的质量隐患、延误进度等后果。“ 车间旅行者 ” 成为不可替代的、指导工人作业的基本文件，又是车间管理低效率和混乱的制造者。这种针对以开工零件的工艺规程的编辑多数在制造车间基层进行，并且会贯穿在整个制造过程之中，而不是传统的理解，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 20 页 - - - - - - - -

36、- 工艺编辑仅仅是在工艺部门一次性的工作。完工后作为零件的技术文档保存到产品生命周期结束。因此， 在实现数字化制造时， 现场信息的传递除了常规的正常信息途径以外，解决例外信息的数字化传递是一个重要的问题。工艺和设备的临时替代和超越、质量例外的处理超越过程、 工程更改的贯彻等， 是现场技术信息的重要内容，这些信息的数字化产生、 传递和落实是数字化工厂的重要内容之一。在向数字化工厂过渡的过程中，必须注意到这一工作的严重性。但是，目前Boeing 的做法是限制轻量级 MPM/MBI 发布以后的更改， 这显示出， 这里不仅仅是一个技术的应用问题，还涉及目前文化、业务流程，工艺人员的配置和职责问题。6

37、质量和依从性信息的数字化质量和依从性要求， 给现场信息的数字化采集增加了难度和工作量。大量的质量和依从性数据的数字化的采集是数字化信息链的瓶颈。如果依从性数据的采集不完整，就没有下游的维护和客户服务过程的数字化信息源。所谓全生命周期的数字化制造的信息链就此嘎然而止。这几个数字化信息流的断点必须贯通才能实现真正的制造数字化。这会涉及大量的软件和硬件以及企业文化的投入，需要时间，需要坚持和毅力。但是，目前很多制造数字化的研究课题、 数字化生产线课题的重点仍旧放在产品数字化信息向工艺设计和刀具轨迹定义的转化和传递过程。这些课题是基础， 第一步，很重要。但是终究需要将眼光放远一点，技术的突破是容易的，

38、一旦突破，下一个断点就在阻拦着我们的进程。 因此，当前重要的任务是贯通数字化信息链，将几个严重影响全盘数字化的断点连接起来。四 界定几个关系1 数字化与传统的信息化和任何新技术及管理理念一样，当前出现了“ 数字化花车 ” 现象， “ 数字” 和“ 数字化” 成为信息技术领域的热门词语。现在，企业蜂拥而上，又将数字化当成一阵风，几乎什么东西都要冠以“ 数字” 。甚至有人认为，企业用上了电脑就数字化了。数字化是从信息化发展来的，但是并不是信息化就等于数字化。在很多场合下，没有必要过分强调数字化和信息化的差异，但是在工程与和制造现场， 信息化和数字化的差距却是明显的。 传统的工厂信息化尽管在信息传递

39、过程采用了数字计算机和计算机图形界面的显示， 但主要的产品和工艺信息的传递仍旧采用非数字化的、模拟的、二维2D 的平面视图表现，或者仍旧将出纸质图和打印纸质名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 20 页 - - - - - - - - - 的报表看得头等重要。 现场信息的采集手段也是模拟的，要靠人工输入计算机中才能实现向数字化的转变。传统信息化就事论事的解决了现有信息模式的“ 计算机化” 的问题，但是并没有触及制造信息传递过程中，复杂的3D2D3D 的变换过程

40、中的低效率和出错问题。 而数字化工厂的信息表现和传递都是数字的，产品和制造过程信息的形式是3D 的。在区分数字化和信息化时， 我们不主张使用 “定性”与“定量化”这种比对。不要给人以数字化就是定量化加计算机的感觉。即使冠以“数字化定量”的帽子，也不能弥补数字化与传统信息化之间的本质差异。在传统的信息化系统中， 可以分析处理的结构化信息， 都是数字的， 而哪些只能用文字识别搜索处理的都不是数字的。例如，在传统 CAPP 中，以 2D 图为基础的工艺指导文件、大量的文本性质的工艺过程描述，连同设备、工具、检验要求等都混在文本中解析不出来，目前的知识管理系统的知识库中，不能用OLAP 处理的整篇的报

41、告和总结材料，在 ERP 或 MES 中用图片或扫描保存的检验记录单、质量审理报告等等，它们只能是信息化的，而不是“数字化”的。因此，目前信息化、信息化的供应商就面临着一项新的、严重的任务信息系统自身“数字化”的需求。2 制造企业的数字化不能止步于办公室这里有必要回顾制造业信息化的教训。制造业信息化先于其它行业开始，但普及和应用远远落后于其它行业， 甚至远远落后于金融、 商业、医疗和公共事业。因为制造业信息化犯了重上轻下， 重虚轻实的毛病。制造业的信息化干了几十年，电脑一直停留在少数工程人员或管理人员手中，始终下不到占企业人数50%以上的一线现场工人手上。 除了部分以信息化孤岛形式存在的数控设

42、备（即便是以FMS、DNC 的形式出现）以外，工人的信息化手段几乎一无所有。在产品生命周期中，人们忽视产品真正的形成过程和作业的“人”。有些学者们维持着100年前、将工人看作是完成简单作业的机器的观点，根本忽视了工人还需要产品的信息、制造的信息、订单指令的信息的基本事实。在设计信息链时，总是缺少工人这个环节，缺少“机人”、“人机”两个界面。这种盲目性直到有些企业在实施 MES 时处处遭遇碰壁后，才开始有所觉醒。制造企业中的信息化，不走到制造现场中来、 不在制造现场这个企业矛盾的 “缔结” 上进行检验是不能说它是成功的。 现在的数字制造的研究， 也和过去的制造信息化过程一样，还没有走下来，没有形

43、成闭环。 为了将数字化制造进行到底， 区分数字工厂和数字化工厂、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 20 页 - - - - - - - - - 重视实在的数字化工厂的建设，是非常重要的。所以本文特别强调“digitized factory 数字化工厂”的概念。3 数字化工厂和 MES制造执行系统 MES 是为制造企业在其核心业务产品形成过程的所有活动所建立的集成的信息技术平台。制造企业利用MES 可以对它的产品形成过程实现透视现状、协同管理、快速准确应变决

44、策，达到提高资源利用、加快在制品流转、降低成本、提高质量，保证交付的效果。MES 作为生产现场集成的信息技术平台，为数字化设施的集成和互联提供基础。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都被集成的连接在MES 系统中。因此， MES是数字化工厂的脊柱。数字工厂的虚拟模型一方面来自3D 的产品和工艺设计，另一方面需要 MES提供订单、计划、设备、控制、生产状态的数字模型和数据。特别是进行数字化工厂布置和流转的模拟优化时，缺少MES 提供制造环境的数字化信息是不可能进行的。所以， MES 又是虚拟数字工厂的基础之一。这样，MES 成

45、为实现数字化工厂的必须条件。但同样，不是所有 MES 都是数字的。很多 MES 没有可以向数字制造提供的结构化数据。特别是多数MES在现场还保留着纸质的、2D 形式的产品信息和作业指导书。所以不要随便的在MES 或其它信息系统中，冠以“数字化”的术语。数字化工厂和 MES 都是作用在制造现场的信息化概念，但是它们分别从两个不同角度出发。 MES 作用在产品实体的形成过程，是针对制造企业生产管理的专业化软件系统。而数字化工厂则更多的关注技术和信息的模式、传递的方式。它们的内容有区别也有交叉，两个概念又是相互支持的，最终是会“殊途同归”出现完全支持产生和传递数字化信息的新型的“数字化MES”。4

46、数字化工厂和无纸化工厂数字化和无纸化又是一对相交而不相等的概念。现场的“纸”主要有几种：（1）技术指令：飞机工厂通常采用装配指令和加工指令AO/FO 、在发动机工厂常常使用工作指导书或者工艺规程来指导工人的作业。某些行业或企业还有图纸名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 20 页 - - - - - - - - - 直接下到现场的习惯。（2）现场临时性作业指导文件：技术更改、质量和工艺的超越文件，（ 3）作业记录：包括流程卡等等，生产作业、质量检测记录，是依从

47、性审计的依据。现场文件和档案管理在航空制造现场中，有很大的工作量。工艺指导文件将引导所有的作业执行，不同形式的文档管理也决定了制造现场的信息化程度， 随着现场计算机的应用程度的提高，现场文档的电子化和无纸化的地位将越来越重要。在非数字化环境中， 同时突破这三关才能实现真正的无纸化。目前美国航空工业的MES 中，加入了 CAPP 之类的现场编制工艺文件， 以图实现无纸化。而在数字化工厂中，MBI 为彻底的无纸化创造了条件。5 数字化与自动化数字化更多的是强调制造过程中信息的形式是数字的，描述产品的模式是3D 的。而自动化制造所强调的是生产过程的无人参与，如美国航空工业在80年代企图发展的“无人工

48、厂”等。因为在多数复杂制造领域内，实现全自动化的成本效益未见得比带有一定手工作业的方式更高。所以，目前会出现带有部分手工作业的数字化工厂， 如装配作业、复合材料作业和部分手动的金属切削机床等。当然技术的发展的远景是不会排斥实现数字化与自动化的统一的。五 结束语任务、挑战和机遇航空制造向数字化方向发展是必然趋势，是将所谓“制造”和“创造”融合起来开创未来的“大制造”的基础，是一场新的制造技术革命。但是数字化的道路还长的很。我们当前的紧迫任务是：加快自主数字化支撑软件的发展管理软件自身的数字化加速基于模型的定义和作业指导书MBD/MBI 的应用在信息技术领域中强调发展业务管理、工程技术和工程管理的

49、协同抓紧制造现场支撑数字化制造的硬件、器具、包括网络技术引进开发，它们已经成为数字化的瓶颈企业文化和应用数字化技术的管理制度的配套的研究。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 20 页 - - - - - - - - - 加速应用，跟上世界航空工业数字化制造发展的步伐，使航空企业迅速实现由传统生产方式向数字化生产方式的转变，成为中国航空信息化团队刻不容缓的任务和挑战，也是我们向先进制造机遇和商机名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 20 页 - - - - - - - - -