現代工業經歷了機械化、電氣化革命，未來的第三次工業革命必然是以機、電、信息相結合的智能化制造革命。《經濟學人》曾發表的《第三次工業革命：制造業與創新》專題報道中闡述了目前由技術創新引發的制造業深刻變化，其中，數字化與智能化的制造技術是“第三次工業革命”的核心技術。

作為數字化與智能化制造的關鍵技術之一，數字化工廠是現代工業化與信息化融合的應用體現，也是實現智能化制造的必經之路。數字化工廠借助于信息化和數字化技術，通過集成、仿真、分析、控制等手段，可為制造工廠的生產全過程提供全面管控的一種整體解決方案。

早在2000年前后，上汽、海爾、華為和成飛等制造企業均已開始著手建立自己的數字化工廠。今年來，隨著國際競爭的不斷加劇和我國制造業勞動力成本的不斷上升，對設備效率、制造成本、產品質量等環節的要求不斷提高，離散制造業中以汽車、工程機械、航空航天、造船為代表的大型企業已越來越重視數字化工廠的建設。

1 數字化工廠的若干關注點

根據在范圍、階段、視角上的關注點存在差異，對于數字化工廠也有不同提法，比如可視化工廠(Visual Factory)、智慧工廠(Smart Factory)、智能工廠(Intelligence Factory)、數字化制造(Digital Manufacturing)、虛擬工廠(Virtual Factory)等。各個概念在關注點上也存在不同程度的交集，如智能工廠和數字化制造的交集就是以智能裝備為核心的制造工藝過程智能化，特別是對制造裝備本身的智能化。而上述各種提法之間除明顯的交集之外也各有側重，比如可視化工廠側重于數字化工廠實現前期的數據采集和透明化，而智能工廠更側重于后階段的數據分析與決策。

上述提法中比較典型的有3類：基于三維模型的數字化協同研制，基于虛擬仿真技術的數字化模擬工廠和基于制造過程管控與優化的數字化車間。從制造管理的層次和從設計到制造的過程2個維度來看，它們涉及的業務范圍大致如圖1所示。

圖1 典型數字化工廠提法的主要業務范圍

在設計部分，三維CAD系統的應用已相當普及。1997年，美國機械工程師協會ASME就開始了全三維設計相關標準的研究制定工作，并于2003年頒布了“Y14.41(Digital Product Definition Data Practices)”標準，把三維模型和尺寸公差及制造要求統一在一個模型中表達。在生產部分，各類數控設備在加工精度和智能控制水平上近年來都得到飛速發展。基于三維模型的單一數據源和數控設備的廣泛應用使得從設計端到制造端的一體化成為可能。

基于三維模型的數字化協同研制應用的嘗試始于航空航天制造領域。由于在產品設計、材料成本、成型技術和制造精度方面具有相對更苛刻的要求，航空航天領域在加工和裝配制造工藝上整體領先于其他行業，這為基于三維模型的數字化協同研制奠定了基礎。

當前，世界先進的飛機制造商已逐步利用數字化技術實現了飛機的“無紙化”設計和生產，美國波音公司在波音777和洛克希德•馬丁公司在F35的研制過程中，基于三維模型的數字化協同研制和虛擬制造技術，縮短了2/3的研制周期，降低研制成本50%。波音公司在研制X-32飛機時也是如此，借助于統一模型，輔助裝配系統能把裝配順序和裝配好的部件狀態投射到正在裝配部件的上方，讓工人方便直觀地進行裝配工作，無需再細讀圖紙和翻閱工藝文件，使裝配周期縮短50%，成本降低30%～40%。

在飛機總裝線上，在機身與機身還是機翼與機身都實現了高度自動化的校準和對接，波音和空客兩大航空制造公司生產的波音737/787、A320/A380系列飛機無一例外地采用全數字化樣機進行協調和輔助裝配，如空客A380采用4臺Leica激光跟蹤儀可完成數字化裝配。數字化產品的數據從研制工作的上游暢通地向下游傳遞，還有助于大幅減少飛機裝配所需的標準工裝和生產工裝。借助于飛機的數字化模型，法國達索公司在裝配小型公務機Falcon時，其傳統的工裝已減到零，對降低新機研制成本，縮短研制周期起到了難以估量的作用。該技術還能夠大幅度提高產品的裝配質量，如波音747機翼裝配精度由原來10.16mm提高到0.25mm。

在國內，中航工業第一飛機設計研究院2000年在“飛豹”飛機研制中已全面采用了數字化設計、制造和管理技術。航天科技211廠通過普及基于單一數據源的三維模型，制定了“三維到工藝”、“三維到現場”、“三維到設備”的步驟發展策略，重點解決了基于三維模型的設計工藝協同工作模式和三維設計文件的信息傳遞、生產現場無紙化和航天產品的加工、裝配、檢測等裝備的數控化問題。新支線飛機ARJ21的研制100%采用三維數字化定義、數字化預裝配和數字化樣機。上海商飛公司利用數字化設計、分析、仿真等技術手段，實現了設計、零件制造以及裝配一次成功。上述應用目前已開始推廣至工程機械、造船等其他領域。