數(shù)字化工廠主要是將整個(gè)生產(chǎn)的信息總結(jié)為三類對(duì)象。這三類對(duì)象分別為：產(chǎn)品、工藝及資源。詳細(xì)地講，產(chǎn)品主要是指汽車的零件信息，其中包含車身件、裝配件及標(biāo)準(zhǔn)件。工藝是指描述如何安裝零件的方法，以及零件安裝的后質(zhì)量特性，一般汽車廠都會(huì)以工藝卡的形式體現(xiàn)整個(gè)裝配的工藝。資源是指為生產(chǎn)提供的全部的設(shè)備以及人員，就拿一個(gè)普通的工位舉例，可能包含擰緊槍、輸送設(shè)備、物料箱、工裝夾具以及操作者等。那么數(shù)字化工廠技術(shù)的主旨實(shí)際上就是將產(chǎn)品、工藝及資源三者有機(jī)地結(jié)合起來，在3D技術(shù)、模擬技術(shù)的渲染條件下，直觀地觀察每個(gè)工位所包含的全部信息。這樣可以使工藝規(guī)劃人員很容易地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的問題所在，可以及時(shí)地反饋到設(shè)計(jì)部門，然后再做相應(yīng)的調(diào)整，將制造成本降低到最小。

　　下面筆者就按步驟分析數(shù)字化工廠的工作內(nèi)容。數(shù)字化工廠技術(shù)在裝配工藝的運(yùn)用實(shí)際上包含以下幾個(gè)階段：(1)產(chǎn)品的輸入及管理；(2)工藝的建立；(3)資源的建立；(4)產(chǎn)品、工藝、資源的關(guān)系搭建。

一、產(chǎn)品的輸入及管理

　　在設(shè)計(jì)第一次與工藝在新產(chǎn)品的交流中，實(shí)際上有如下幾種交付資料：一是產(chǎn)品零件的明細(xì)表，我們稱之為BOM(BillofMaterials)表，主要的內(nèi)容是汽車零件的清單；二是產(chǎn)品的3D數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都是以車身坐標(biāo)系下體現(xiàn)的，而且BOM表上的零件清單與產(chǎn)品的3D數(shù)據(jù)應(yīng)該是一一對(duì)應(yīng)的；三是整車的產(chǎn)品質(zhì)量特性，主要描述產(chǎn)品在安裝完成后的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在從研發(fā)部門接收到這三方面資料后，就可以將產(chǎn)品數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)字化工廠的軟件中，導(dǎo)入軟件后，將獲得一個(gè)產(chǎn)品庫(kù)和一個(gè)產(chǎn)品樹，產(chǎn)品庫(kù)包含了汽車上所有的零件(包括車身)，它的表現(xiàn)形式是零件的ID與零件的3D數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并且自動(dòng)生成零件的預(yù)覽圖，方便查找。產(chǎn)品樹來源于產(chǎn)品庫(kù)，它反映著產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最新狀態(tài)，并且保持著BOM中產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)關(guān)系，也就是層次關(guān)系。

　　目前在產(chǎn)品導(dǎo)入的階段中，導(dǎo)入零件主要有兩種形式，這主要取決于研發(fā)部門的管理方法。

　　第一種就是類似于Teamcenter的管理形式，在Teamcenter中，產(chǎn)品的ID已經(jīng)與3D結(jié)構(gòu)相互關(guān)聯(lián)，數(shù)字化工廠軟件擁有直接讀取Teamcenter信息的接口，通過這種方式直接將產(chǎn)品數(shù)據(jù)導(dǎo)入。這種方法在數(shù)據(jù)的版本管理以及與研發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)度同步方面都相當(dāng)?shù)厝菀缀头奖?。?yīng)該說這樣方法是比較科學(xué)也是比較方便的。但是，由于一些公司還沒有搭建這樣設(shè)計(jì)信息平臺(tái)。那么只能按照第二種方法，對(duì)軟件進(jìn)行二次開發(fā)，使得產(chǎn)品的BOM與3D數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后再將其導(dǎo)入。這種方法只能夠?qū)朐O(shè)計(jì)階段中的一個(gè)版本。對(duì)于產(chǎn)品數(shù)據(jù)后續(xù)的版本維護(hù)只能靠人為完成，那樣在操作中難免會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，影響項(xiàng)目的工作質(zhì)量。實(shí)際上，目前很少公司能夠達(dá)到協(xié)同的設(shè)計(jì)及制造環(huán)境。所謂協(xié)同的開發(fā)環(huán)境應(yīng)該是，整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)在同一個(gè)平臺(tái)內(nèi)完成設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，每個(gè)零件在完成一個(gè)階段的設(shè)計(jì)后分別建立新的版本號(hào)，這樣會(huì)使得項(xiàng)目組所有的人都能夠觀察到每個(gè)人的工作進(jìn)度，以及對(duì)自己設(shè)計(jì)范圍的影響。同樣，生產(chǎn)部門也可以將這個(gè)平臺(tái)與自己的數(shù)字化工廠做出接口，實(shí)時(shí)地觀察及跟進(jìn)項(xiàng)目的進(jìn)度，對(duì)與生產(chǎn)制造成本關(guān)系較大的設(shè)計(jì)問題給予及時(shí)的反饋，縮短產(chǎn)品實(shí)體驗(yàn)證的時(shí)間，做到真正意義上研發(fā)部門與工藝部門的同步工程

　　另外，數(shù)字化工廠中所需要的產(chǎn)品數(shù)據(jù)都還要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。由于設(shè)計(jì)部門完成的3D文件包含信息過多，導(dǎo)致在打開多個(gè)文件時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求很高，而生產(chǎn)工程師實(shí)際上更多關(guān)心的是產(chǎn)品的安裝結(jié)構(gòu)及在整車中的位置。所以為了更好更輕便地瀏覽3D圖樣，對(duì)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行輕量化處理。目前，國(guó)際上數(shù)字化工廠軟件應(yīng)用得較為廣泛的是西門子公司的Tecnomitix及達(dá)索公司Delmia，Tecnomitix公司是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為JT文件，而Delmia轉(zhuǎn)化的格式為CGR。轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)減少了很多沉贅的數(shù)據(jù)信息，對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存及顯卡的要求都大大的降低。

二、工藝的建立

　　在工藝規(guī)劃的工作中，主要有三個(gè)任務(wù)，(1)根據(jù)質(zhì)量特性文件，分析每個(gè)零件的安裝方法；(2)工時(shí)分析，計(jì)算安裝零件時(shí)，每個(gè)工步的安裝工時(shí)；(3)工藝流程規(guī)劃，對(duì)每個(gè)單步操作進(jìn)行安裝順序分析，并分配到每個(gè)工位。

1. 分析安裝方法

　　在分析零件的安裝方法時(shí)，數(shù)字化工廠可對(duì)零件的安裝進(jìn)行仿真，方法是給出零件的安裝路徑，然后根據(jù)路徑進(jìn)行仿真，仿真過程中使用干涉驗(yàn)證的方法檢查裝配方法是否合理，最后會(huì)給出檢測(cè)的報(bào)告。圖1為對(duì)儀表板合裝工位的仿真案例。一般來講，零件的安裝方法都會(huì)以工藝卡片的文件形式來體現(xiàn)。在數(shù)字化工廠軟件中，并沒有對(duì)工藝卡片等進(jìn)行集成，原因是考慮到每個(gè)主機(jī)廠的工藝卡片的內(nèi)容和排版形式都不同。所以如果要完成與工藝文件的集成，一般來講都需要對(duì)軟件進(jìn)行二次開發(fā)，也就是對(duì)軟件進(jìn)行客戶化處理。要使軟件更好地應(yīng)用到實(shí)際工作中，一些客戶化的定制是十分必要的。同時(shí)，數(shù)字化工廠支持e-Bop的功能，也就是以工藝部門為服務(wù)器，以生產(chǎn)車間、質(zhì)量等相關(guān)部門為客戶端，工藝部門直接在軟件中發(fā)布新產(chǎn)品或者新版本的工藝文件，車間直接通過訪問服務(wù)器了解文件的更改情況。使用這種方式代替原有的工藝文件打印后下發(fā)的模式，可以節(jié)約成本，而且更便于的管理。

2.工時(shí)分析

　　工時(shí)分析主要是對(duì)零件的安裝時(shí)間進(jìn)行仿真計(jì)算。汽車的裝配主要是人的操作，所以工時(shí)主要是計(jì)算操作者對(duì)每個(gè)零件的工作時(shí)間。

　　數(shù)字化工廠技術(shù)的工時(shí)分析是以MTM(MethodsofTimeMeasurement)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)計(jì)算法則為核心基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算。MTM的計(jì)算方法是將工作或工作單元分解成基本動(dòng)作。分解的動(dòng)作主要包括：移動(dòng)、放下、定向、裝配、使用、拆卸和精神準(zhǔn)備等動(dòng)作要素，每個(gè)要素有多個(gè)值，通過調(diào)節(jié)因素，以便選擇合適的表格值。調(diào)節(jié)因素包括：重量、距離、物體尺寸，以及動(dòng)作的難度等。然后合計(jì)動(dòng)作的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，得出工作的正常時(shí)間，最后在正常時(shí)間上加上寬放時(shí)間，得出標(biāo)準(zhǔn)工作時(shí)間。不過由于這種工時(shí)的計(jì)算方法比較繁瑣，比較不適宜在工作中使用，一般來講，每個(gè)汽車主機(jī)廠都該應(yīng)根據(jù)自己公司的工作實(shí)際情況，制訂一套工時(shí)的計(jì)算方法，用來簡(jiǎn)化計(jì)算工時(shí)的工作量。同樣，數(shù)字化工廠軟件可以將每個(gè)公司自己的工時(shí)計(jì)算方法與軟件結(jié)合起來，這也屬于對(duì)軟件的客戶化處理。另外，數(shù)字化工廠軟件中會(huì)有一個(gè)工藝庫(kù)的概念，主要是儲(chǔ)存一些比較典型的安裝樣板。如，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，安裝一個(gè)需要使用四個(gè)螺栓緊固的零件，它的工時(shí)為20秒。那么把這個(gè)工藝過程加入到工藝庫(kù)中，待有同樣的案例出現(xiàn)時(shí)，可以直接使用這個(gè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。

3.工藝流程分析

　　資源的建立是組建數(shù)字化工廠過程中工作量最大的部分。由于是使用3D仿真技術(shù)，那么對(duì)于所有的設(shè)備都必須有3D的模型。在完成模型的建立后，就需要將所有的設(shè)備按照?qǐng)D紙進(jìn)行布局。規(guī)劃員可以將規(guī)劃圖紙導(dǎo)入系統(tǒng)，將平面布置圖作為背景，將資源中包含的設(shè)備、人員、工具、工裝、夾具、鋼結(jié)構(gòu)和物料箱等相關(guān)資源布置到工廠相應(yīng)的位置。并且數(shù)字化工廠技術(shù)支持協(xié)同工作，每個(gè)工程師可以負(fù)責(zé)完成自己的生產(chǎn)區(qū)域的布局，最后再將所有的資源匯總。圖2為資源布局圖。

　　目前在工業(yè)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家，3D技術(shù)基本已經(jīng)成熟，設(shè)備供應(yīng)商基本都有能力提供3D圖樣。國(guó)內(nèi)的大多數(shù)設(shè)備供應(yīng)商廠家對(duì)這方面的能力還不夠成熟，但有很多公司已經(jīng)認(rèn)識(shí)到3D圖樣的重要性，隨著工業(yè)水平的發(fā)展，相信在這方面的能力都會(huì)有很大的提升。

　　完成了產(chǎn)品的輸入、工藝的安排和資源的布局，那么下一步就是將工藝、產(chǎn)品與資源整合在一起。以工藝為核心，將產(chǎn)品和資源附在工藝上，做出生產(chǎn)線的裝配樹，從而進(jìn)行裝配仿真模擬。在這一過程中，主要工作內(nèi)容包括裝配順序的規(guī)劃驗(yàn)證、裝配運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證、干涉檢查和裝配工程仿真。裝配仿真模擬能夠清晰地看到每個(gè)工位做什么工作、涉及到什么產(chǎn)品，以及使用什么樣的資源。應(yīng)該說，能夠直觀地觀察到整個(gè)工廠的情況，大大地幫助規(guī)劃人員對(duì)模擬現(xiàn)場(chǎng)的分析從而做出更好的調(diào)整。當(dāng)所有的調(diào)整都結(jié)束后，數(shù)字化工廠軟件輸出整個(gè)工廠的工藝概況表。概況表的信息以工段和工位為單元，涵蓋了產(chǎn)品、工藝和資源全部信息。

四、人機(jī)工程

　　人機(jī)工程仿真模塊主要仿真人體在特定的工作環(huán)境下的一些行為變化，如動(dòng)作的時(shí)間評(píng)估、工作姿態(tài)好壞的評(píng)估和疲勞強(qiáng)度的評(píng)估。系統(tǒng)可提供多種人體模型標(biāo)準(zhǔn)，可以詳細(xì)仿真工人在特定工作環(huán)境下的人機(jī)工程問題。系統(tǒng)提供多種人體建模標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)不同的人體模型輸入不同的參數(shù)，如性別、體重和身高。并且，建立關(guān)于人體模型的數(shù)據(jù)庫(kù)和良好的可視界面，進(jìn)行人體模型主要屬性的設(shè)置，分析人體可觸及范圍。在仿真環(huán)境下，系統(tǒng)自動(dòng)分析人力能夠包羅到的空間，分析人體可以觸及的范圍和動(dòng)作時(shí)間，系統(tǒng)支持MTM工時(shí)定額評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，快速分析動(dòng)作時(shí)間。同時(shí)，人體動(dòng)作的控制由宏命令編譯。在仿真環(huán)境下，系統(tǒng)自動(dòng)分析人雙眼包羅空間，分析人可以看見的范圍，提供多種的人體工程評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)支持包括：OWAS(工作姿態(tài)分析)、Burandt-Scheultets(抓取力分析)和NIOSH81/91(疲勞評(píng)估標(biāo)準(zhǔn))。實(shí)際上，數(shù)字化工廠的構(gòu)建如同建立一個(gè)實(shí)際工廠一樣，在建立初期需要投入大量的人力和物理，需要構(gòu)建工廠、車間、生產(chǎn)線以及設(shè)備的數(shù)字模型，一旦建立完成，就可以長(zhǎng)期使用進(jìn)行仿真。尤其對(duì)于驗(yàn)證新車型是否在原有生產(chǎn)線生產(chǎn)的可行性分析，有極大地幫助。數(shù)字化工廠系統(tǒng)通過工藝規(guī)劃部門、產(chǎn)品研發(fā)部門、生產(chǎn)工程部門和生產(chǎn)車間的高度信息共享，實(shí)現(xiàn)各部門間的并行協(xié)同作業(yè)。同時(shí)，可以在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、規(guī)劃階段就預(yù)測(cè)整個(gè)產(chǎn)品的全生命周期的本質(zhì)行為，把潛在的問題解決在設(shè)計(jì)階段，從而避免時(shí)間和資金的問題。相信不久以后，數(shù)字化制造技術(shù)會(huì)成為提高企業(yè)和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。