1.建立企业智能制造系统架构

（1）梳理企业生产过程中的痛点，确定发展目标。

首先，明确企业的类型属于离散型制造、流水线型制造还是项目型制造。

其次，调研、分析和梳理在制造过程中出现的痛点，这项工作需要由各方面专家（工艺、技术）、最终客户、方案解决商进行会诊，梳理生产计划，对设备管理、信息传递、报表管理、生产跟踪、过程控制、质量管理、能源管理等进行全面系统的调研。

再次，围绕企业发展的不同阶段、不同的目标，以及现阶段的制造水平，设定各阶段应该实现的发展目标以及实现过程、实现方法，使其可以有序进行。

最后，建立完善的智能制造推进机制，建立信息系统内部控制体系，加强IT管控，提高信息化执行力，加强智能制造绩效考核。

（2）基于工业互联网理念进行智能制造系统架构设计。

虽然智能制造非常好，智能工厂给企业带来的经济效益也非常可观，但是，目前我国绝大多数企业还处在部分使用应用软件的阶段，少数企业也只是实现了信息集成，也就是可以达到数字化工厂的水平，极少数企业能够实现人机的有效交互，拥有智能化特征和功能，即达到智能工厂的初级水平，所以，智能工厂不是一蹴而就的，三个维度不是一朝一夕能够实现的。抓住企业的核心痛点，从架构中的某一点出发，做好对企业提质增效有帮助的业务才是正道，高效、绿色、智能始终是企业的最终追求。

2.基于智能制造系统架构的虚拟工厂

正如产品设计需要参数化一样，工厂布局设计也需要一种可视化、参数化的手段，可以配置生产线三维模型、工装夹具三维模型、生产线人因模型以及整个工厂模型，使用虚拟工厂可以快速实现生产线布局设计，并能快速直接基于二维图形进行三维模型设计。虚拟工厂系统内置大量的智能工厂模块对象，包括工厂中所用的各种资源：从地面和高架输送线、通道和起重机，到物料集装箱、机器人、设备、器件等。借助这些对象，可以“拼装”出工厂布局模型，而不用再花大量的时间绘制生产设施，能够极大降低虚拟工厂设计的时间。使用智能对象技术，模型存储量比较小，比二维文件还要小，能够避免大数据量所造成的运行性能差的问题，适用于整个工程的三维布局设计。虚拟工厂模型可以直接提供给物流分析、离散事件仿真等软件使用，开展工厂整体仿真分析。虚拟工厂如图8.1所示。

图8.1　虚拟工厂

3.基于智能制造系统架构的企业数字化过程

1）智能制造的企业数字化平台软件体系架构

智能制造系统架构涵盖软件体系架构和硬件体系架构。本书主要介绍企业数字化平台软件体系架构。

2）智能制造的数字化技术路线与实现路径

（1）技术路线。

在数字化世界中进行产品的虚拟设计与制造，在物理世界中进行虚拟与现实的融合，企业数字化平台的作用就是通过将虚拟与现实融合，实现智能制造。在数字化世界中，通过虚拟产品的设计和制造，进行产品分析，尽最大可能发现产品设计与制造缺陷，从而降低产品的研发成本，缩短产品的上市周期，提高产品的制造质量。

（2）实现路径。

实现智能制造是一个长期的过程，不同企业的不同基础条件决定了过程的长期性和建设的复杂性。总体来说，必须坚持按两个步骤和四个阶段进行推进。

①两个步骤：

第一步，向“工业3.x”迈进。

a.开展生产过程自动化，进行柔性生产线横向网络集成、纵向网络集成。

b.改善质量，推行六西格玛管理，控制成本、安全和环境，建设透明化工厂，发展精益数字化。

第二步，向“工业4.0”迈进。

a.基于信息物理系统，个性化大规模生产。

b.推行自组织和自优化的动态生产模式，基于大数据的智能决策实施生产过程的优化。

c.应用云计算服务管理复杂生产，应用智能辅助系统。(www.daowen.com)

②四个阶段：

第一阶段：开展三维产品设计，推进数字化产品协同设计。

第二阶段：实施数字化产品设计与工艺一体化系统，推进数字化制造工艺管理。

第三阶段：实施数字化设计到制造的一体化系统，使横向网络和纵向网络高度集成。

第四阶段：实施信息物理系统。

3）数字化制造系统总体架构

数字化制造由工艺与设计协同、零件制造工艺、装配工艺、仿真、车间作业指导、系统集成等组成，具体业务包括基于PR模型的工艺数据与过程的管理，零件制造工艺规划，装配工艺规划，工艺仿真，人因工程仿真，工装设计，电子作业指导，工厂与物流仿真，机器人仿真以及与企业资源规划系统、制造执行系统的集成等。

4）零件制造工艺规划与设计

基于PR模型的零件制造工艺解决方案包括产品设计数据获取，工艺设计，工装设计，工艺仿真，工艺卡片以及统一报表，制造执行系统、企业资源规划系统集成，知识与资源管理等核心功能，可以实现从产品设计到工艺、制造的业务集成。零件制造工艺的主要特点是可以利用三维工序模型及标注信息说明制造过程和操作要求检验项的目的。

5）数控编程管理与分布式数控

数控加工及其编程是制造工程信息化的核心元素，是零件制造工艺规划的工作内容之一，根据零件在工序中确定的加工内容来创建数控加工所需的数控程序，基于数控机床建立数控机床虚拟模型。在此基础上，进行数控程序发出之前的刀路轨迹和G代码全过程仿真，并通过分布式数控系统组网，在研制系统中对数控程序进行点对点的发放；同时，管理和控制数控程序的版本和变更，通过在企业数字化平台中建立的数控机床点对点的管理形式，实现数控机床编程精益管理。

6）数字化装配工艺验证

装配过程仿真提供了一个三维虚拟装配制造环境来验证和评价制造过程和制造方法，包括装配仿真、人机工程仿真、检验拆装过程仿真等。装配过程仿真评价工装、设备、人员等影响下的装备工艺和装配方法，检验装备过程是否存在错误及零件装配时是否存在干涉碰撞，如有问题可直接在装配过程仿真环境中进行调整，结果会反馈到工艺设计环境中更新原工艺数据。装备过程仿真把产品资源和工艺操作结合起来分析产品装配的顺序和工艺顺序，并在装备制造模型下进行装配工装、夹具动作、产品装配流程、产品装配工艺性的验证，以尽早发现问题，解决问题。

7）基于模型的人因工程仿真

人因工程仿真能详细评估人体在产品制造过程中的一些行为表现，如动作时间、工作姿态和疲劳强度等，可快速分析人体可触及范围和人体视野，从而分析装配时人体的可操作性和装配操作的可达性，以降低劳动强度，保护工人的人身安全和健康。人因工程仿真如图8.2所示。

4.基于智能制造系统架构的数字化车间

1）数字化车间是智能工厂的具体表现形式

数字化车间是以产品生命周期的相关数据为基础，根据虚拟制造原理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。

数字化车间是数字化制造技术在生产制造领域的重要应用，已成为先进制造技术在实际制造过程中的实现基础，其优越性主要体现在以下几个方面：

（1）时间：减少工艺规划时间和试生产时间，缩短生产准备周期。

（2）质量：提高规划质量，优化生产线的配置。

（3）成本：减少物理原型的使用，减少工程更改量，降低设备人员的投入。

图8.2　人因工程仿真

2）数字化车间的建设目标

建设数字化车间时，应当充分发挥信息技术、工业控制技术的优势，以建设高度自动化和高度智能化，尽可能减少人工参与的自动运转的制造车间为目标。通过智能设备、数控机床、自动化技术、自动识别技术等的应用，实现实体设备的自动控制和运转；通过信息技术在数据采集、智能分析、信息传递、指令下达、监控和广播等方面的应用，实现对实体设备的控制及各个业务环节的联动，进而将整个车间建设成结构合理、动力充沛的自动运转的数字化车间。