数字化工厂以产品全生命周期的相关数据为基础，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，并进一步扩展到整个产品全生命周期的新型生产组织方式，是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物。

在数字化工厂进程中，首先是产品设计要镜像地进行仿真，同时生产资源也要镜像到数据库中，包括传感器、控制器、数控机床、机器人、物流装备和测试等，生产的管理和技术体系都要纳入虚拟的数字世界中。然后在一个平面上，设计和生产资源进行流转。目前，很多企业存在信息孤岛问题，因为不同时期采购了不同的系统，造成CAD和CAPP不通，MES和ERP不通等诸多问题，数据无法在一个平面上进行快速的流转。产品设计与生产过程无法无缝集成。

（1）转型升级的内容。

数字化工厂转型升级，不但包括装备、信息控制和通信这些子系统的数字化，还包括生产系统仿真数字化、产品和工艺设计的数字化。

数字化装备是指将传统的机电设备中，融入传感器、集成电路、软件和其他信息元器件，从而形成机械、电气、信息技术深度融合的设备。具体包括控制程序化、接口标准化、管理网络化等内容，典型的如数控机床、工业机器人等。

数字化传感是指原来模拟传感器和仪表升级成数字传感器和仪表，并输出数字信号以利于存储、传输和后期处理。这导致了和这些仪表、传感器或设备通信的可编程逻辑控制器（PLC）或网关的IO接口类型的变化，即模拟接口越来越少、数字化接口比例越来越高甚至直接基于以太网传输。

控制和通信系统在数字化进程中则面临的是架构变化，从早期的基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统，演进到集中式数字控制系统和集散式控制系统（DCS），并进而发展成全分散、全数字化的现场总线控制系统（FCS），并继续朝着采用工业以太网、OPC-UA、TSN等数字通信技术以及边缘计算、工业云、工业大数据等智能赋能技术的方向发展。

生产系统仿真是指对工厂（或其他层级生产系统）的布局、生产设备、生产过程、生产条件、仓储物流进行仿真，建立结构层次清晰的3D模型。例如，我们可以逼真地在虚拟世界里建立一个完整的工厂或一个复杂的配送中心，然后在虚拟环境下通过对产量、存储面积和交付周期等关键指标进行分析，可以及早发现工厂布局中的不足和瓶颈因素，有效提高工厂布局规划的效率和效果。

数字化产品和工艺设计主要是指利用软件完成产品设计以及在3D虚拟环境中的制造过程的规划、设计、分析、仿真和优化。数字化产品和工艺设计不仅仅可以提升产品设计和工艺的效率、降低生产成本，同时也是基于数字化的产品全生命周期管理的重要组成部分。

（2）转型升级的途径。(www.daowen.com)

数字化工厂是在信息集成的基础上，对研发、制造、管理等各个环节进行全面的过程集成，构建数字化工厂是一项艰巨并且复杂的系统工程。而任何复杂系统工程的实施都离不了系统建模、系统仿真、系统分析和优化，同样数字化工厂也不能例外。

针对企业的数字化转型框架模型如图2.1-6所示。其重点是根据当前企业现状从管理咨询维度和IT信息化维度，分解智能制造时代数字化车间、数字化工厂和数字化企业的层级关系，面向落地和实施。

图2.1-6　企业数字化转型框架模型

随着现代制造对产品开发的要求不断提高，以及产品逐步转向多品种、小批量的订单模式，企业内各系统之间的统一性与有效整合问题就逐渐浮出水面。

目前，大多数企业面临的是对原来工厂从基础信息化与自动化向数字化改造的问题。无论是建新厂还是改造老厂，首先要面对的问题就是数字化工厂的规划，而每一家企业所处的阶段都不尽相同，这就需要梳理企业现状，量身剪裁出合身的数字化工厂规划蓝图。数字化工厂实施路径如图2.1-7所示。横轴代表技术水平，纵轴代表管理水平。管理水平从基础管理、标准化管理一直到集成化管理、智能化管理。技术水平从基础IT与自动化，到业务流程变革，再到系统集成，最后实现信息化理融合系统（CPS）。企业可以根据自身所处的阶段，关注本阶段需要重点去推进的事情，做到工业2.0补课，工业3.0普及，工业4.0为目标。

在数字化工厂建设的过程中，有了细致周密的数字化规划蓝图，就拥有了数字化工厂建设的基点和指南针。接下来就应该选择最合适的技术，这里特别注意不是指最先进的技术，先进的技术并不一定能在企业数字化建设中发挥最大的效用，需要根据企业自身功能和用途需求合理决策。在信息化程度还比较低的企业，RFID技术的使用不见得比条码技术更实用。

图2.1-7　数字化工厂实施路径