摘 要：数字化工厂依据既定工艺进行运动仿真，克服了传统生产系统设计存在困难和问题，将成为生产系统规划的重要辅助手段之一，已在重机、汽车、船舶等多个行业得到应用。
关键词：数字化工厂；车间布局；生产仿真
引言
虚拟工厂技术为产品设计、制造、管理等多个环节中的仿真与分析提供了支持，成为企业信息化的基础技术之一，近年来以数字化技术支撑的虚拟仿真技术则给虚拟工厂仿真提供了更为有效的技术和工具。
它不但表现在产品及工艺设计过程的数字化，还表现在实际制造过程的数字化、实体与虚拟生产系统的一体化。为今后的虚实生产系统融合和一体化提供了技术基础。
1 数字化工厂技术
数字化工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，根据虚拟制造原理，在虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、优化和重组的新的生产组织方式。广义的数字化工厂系统的架构如图1所示。
从图1可以看到，数字化工厂技术在规划领域的应用主要包括工艺规划、物流规划和布局规划3大模块。
a.工艺规划主要用于分析产品的加工工艺和装配工艺，将所有工艺数据数字化集成，实现人机互动，以三维工艺资源库取代现有的二维CAPP系统，目前仅处于探索应用阶段[1]。
b.物流规划是指在三维环境下对物流仿真逻辑进行建模，以分析工位设置和物流路径 的合理性，计算物流设备的利用率，为物流系统的优化提供建议。
c.工厂布局规划包括现有厂房的布局优化以及新建厂房的布局规划，它在虚拟环境中以三维交互式的方式直观展现厂房实景，并作为布局评估与优化的工具。
目前，布局规划模块是数字化工厂的应用重点，它以静态工厂布局仿真为表现形式。许多优秀企业的实施经验表明，这种先进的规划理念能很好地辅助改造现有车间布局和规划新建厂房[2]。
2 基于数字化工厂的车间规划
数字化工厂中的规划是基于数字化工厂技术实现的，数字化工厂技术是利用计算机和网络实现产品生命周期中的设计、制造、装配、质量控制和检验等功能，可在计算机虚拟环境中对整个生产过程进行仿真、评估和优化，从而解决由产品的设计到制造现实的转化过程，并大大缩短从设计到生产的转换时间[3]。
布局仿真的实施思路为：将二维工艺布局图输入至三维布局工具，或直接根据设计者已有思路进行三维布局；已有的模型直接从数字模型库中提取，然后按照布局约束关系，进行落位，并在仿真平台中展示。在实施的过程中需不断完善、充实三维数字化模型库。
3 基于数字化工厂的车间布局
3.1 工艺布局图
数字化工厂是对二维工艺布局的三维展现，因此，工艺布局图是数字化布局规划实施的基础；同时，工艺布局图的定稿是一个反复修改的过程，它需要借助于数字化平台进行评审 和改善，因而，它又是数字化布局规划改善的对象。
3.2 三维数字模型库
三维模型是静态工厂仿真的基础，其最大优势在于可以直观呈现三维造型，便于交互式访问。实施数字化工厂，有大量的三维数字模型需要调用和处理，因此，应首先建立所有元 素（厂房、外景、设备、工装、货架和6S等）的数字模型库。
3.3 布局落位
完成工艺布局图的输出和数字模型库的建立后，便可着手在Creator中进行布局落位，将分散的单个模型集成到一个文件中，得到三维视景文件，整体呈现厂房的三维场景。
3.4 仿真平台
实施数字化工厂布局的主要目的，是为工艺人员、厂房设计人员提供一个能实现三维交互式漫游的仿真平台。
仿真平台是一款虚拟现实软件，它将单个视景文件集成到一起，结合其自身的控制逻 辑，实现漫游。
4 结束语
现代制造企业面临着诸如生产线规划、制造工艺规划、物流规划等方面问题的挑战，数字化工厂作为现代制造领域新的研究方向，提供了产品从设计规划到产品下线整个过程，是对整个项目各项性能评估分析的有效工具。但是数字化工厂在国内的研究还有很多局限，与国外的差距还很大，另外数字化工厂是一个复杂而且庞大的系统，本文探讨的内容只是在基础应用层面上的沧海一粟，还有更多的问题值得去探讨。
参考文献
[1]赵荣泳，张浩，樊留群，等.数字化工厂与虚拟制造的关系研究[J].计算机集成制造系统，2004，10：46-50.
[2]王莹，张浩，马玉敏.数字化工厂工艺规划系统的研究与开发[J].组合机床与自动化加工技术，2005（9）：88-89.
[3]季金花，陆剑峰，朱志浩，等.数字化工厂技术在汽车制造企业布 局 规 划 中 的 应 用研究[J].汽 车 工 程，2009，31（11）：1104-1107.
（作者單位：沈阳工学院）
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