基于新一代信息技術，提出了虛擬工廠建設框架。將虛擬現(xiàn)實技術引入智能制造，用數(shù)據(jù)將虛擬與現(xiàn)實連接，這或許是實現(xiàn)中國制造2025的創(chuàng)新路徑。

全球未來工業(yè)的發(fā)展

工業(yè)4．0、中國制造2025是全世界各個國家針對未來工業(yè)的發(fā)展，都提出了各自的戰(zhàn)略規(guī)劃，智能制造是其中的核心。然而如何打通制造企業(yè)各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)設計、生產(chǎn)、銷售、售后等多部門的快速協(xié)作，依然是世界性難題。

而虛擬現(xiàn)實技術在制造企業(yè)中打造出的“虛擬工廠”，讓任何人都可以利用移動終端，通過互聯(lián)網(wǎng)，進入“工廠”，查看準確、完整、實時的信息，快速協(xié)作，這也許會為全世界的先進制造業(yè)發(fā)展提供新的路徑。

虛擬工廠是實現(xiàn)智能工廠的第一步

構建虛擬工廠則是實現(xiàn)智能工廠目標的基礎。所謂虛擬工廠，是把“現(xiàn)實制造”和“虛擬呈現(xiàn)”融合在一起，通過遍布全廠的海量傳感器采集現(xiàn)實生產(chǎn)制造過程中的所有實時數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)數(shù)量非常巨大，可實時、快速地反映生產(chǎn)中的任何細節(jié)。

基于這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)，在計算機虛擬環(huán)境中，應用數(shù)字化模型、大數(shù)據(jù)分析、3D虛擬仿真等方法，可對整個生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化，使虛擬世界中的生產(chǎn)仿真與現(xiàn)實世界中的生產(chǎn)無縫融合，利用虛擬工廠的靈活可變優(yōu)勢，來促進現(xiàn)實生產(chǎn)。

構建虛擬工廠是一個多學科交叉與融合的過程。虛擬工廠劃分為基礎包和技術包：其中基礎包有基于數(shù)字化制造、基于模型的系統(tǒng)工程、知識挖掘等技術；技術包包括工廠建模中信息模型、仿真模型，工藝設計，生產(chǎn)線設計，物流設計，邊緣計算、機器智能和虛擬現(xiàn)實或是增強現(xiàn)實與系統(tǒng)集成技術。通過系統(tǒng)集成，它們與企業(yè)其它不同的異構系統(tǒng)集成，例如企業(yè)資源計劃（ERP）、供應鏈管理（SCM）、高級計劃與排程（APS）、產(chǎn)品生命周期管理（PLM）與制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等。

虛擬工廠關鍵點

第一是物理工廠與虛擬工廠同步運行，物理工廠生產(chǎn)時的數(shù)據(jù)參數(shù)、生產(chǎn)環(huán)境等都會通過虛擬工廠反映出來，這需要采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時可用，并通過連續(xù)、不中斷的數(shù)據(jù)通道交互。

第二是虛擬與現(xiàn)實結合，利用三維可視化技術將生產(chǎn)場景真實展現(xiàn)出來，生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時驅動三維場景中的設備，使其狀態(tài)與真實生產(chǎn)場景一致，從而讓管理者充分了解整個生產(chǎn)場景中各設備的運行狀況，達到監(jiān)測、查看、分析的目的。

第三是通過大數(shù)據(jù)與分析平臺，將云端中匯集的海量數(shù)據(jù)轉化、分析、挖掘，幫助工廠制定更明智的決策，快速提高生產(chǎn)效率、降低成本和改善質量等目標。

建立虛擬工廠三大技術支撐

一是基于建模和仿真方法的虛擬生產(chǎn)技術，通過構建基于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的人機交互方式，實現(xiàn)人與虛擬世界的互動。

二是物理工廠獲取信息的技術，它基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析來展示相關結論和洞察力。

三是虛擬世界控制現(xiàn)實的技術，虛擬工廠是信息系統(tǒng)整體的有機結合。在虛擬世界，基于數(shù)據(jù)和模型驅動仿真模型，應用各種機器學習、深度學習等新一代人工智能下的高級算法，為工廠調度和控制、訂單處理、任務排隊、設備預防維護等方面的應用得到最優(yōu)解。

在現(xiàn)實空間，通過決策推理、知識挖掘等自學習的工業(yè)大數(shù)據(jù)，把由仿真模型驗證的數(shù)據(jù)和加工指令送給生產(chǎn)現(xiàn)場設備或生產(chǎn)線，調度器根據(jù)生產(chǎn)計劃準確無誤地進行生產(chǎn)，現(xiàn)場設備或生產(chǎn)線的控制采用了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術，由直接與仿真模型的仿真器相連的遙控操作完成。

虛擬數(shù)字化工廠與傳統(tǒng)工廠的差異

傳統(tǒng)工廠：人工統(tǒng)計，效率低且不準確

在傳統(tǒng)的中小型工廠中，對于設備生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，幾乎完全依靠人工完成。流動的人員、散落的數(shù)據(jù)，導致數(shù)據(jù)的保存成了一個巨大的問題。同時人工統(tǒng)計的效率也非常的低，不能進行實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)更新。

此外，數(shù)據(jù)對于設備而言有著時效性和歷史數(shù)據(jù)參考性的關鍵作用，從底層操作工的數(shù)據(jù)記錄－數(shù)據(jù)分析－數(shù)據(jù)反饋－管理者的決策，中間的環(huán)節(jié)讓數(shù)據(jù)的時效性大大降低，同時人工的記錄統(tǒng)計也會造成數(shù)據(jù)不準確等問題，而且龐大的數(shù)據(jù)計算分析，對于人力是一個非常大的耗損。

數(shù)字化工廠：設備聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)自動上傳反饋

而在數(shù)字化工廠中，物聯(lián)網(wǎng)的概念就被運用到每一臺設備上。設備與設備之間，早也不是信息孤島，而是將人、設備，通過數(shù)據(jù)建立緊密聯(lián)系。一個工廠管理者可以在手機或者PC終端觀測到每一臺設備的實時數(shù)據(jù)，而且可以隨時收到設備的狀態(tài)提醒。

除了收集、計算、反饋等“去工人化”的功能，設備聯(lián)網(wǎng)之后，還有一大好處就是數(shù)據(jù)的存儲。大量歷史數(shù)據(jù)，包括設備損失數(shù)據(jù)，也給后期工廠設備的很多操作都提供了參考意義。之后，再遇到工廠的人員流動，這些數(shù)據(jù)依然可以隨時調用并完善保存。

傳統(tǒng)工廠：設備意外停機頻發(fā)，造成大量損失

除了數(shù)據(jù)的管理問題，傳統(tǒng)工廠還有一大痛點，那就是經(jīng)常遭遇意外停機。意外停機不僅造成了生產(chǎn)的停滯，而且對于設備造成的隱性破壞不可估量。

為了預防設備的意外停機，工廠通常安排了24小時的輪班工人巡檢，造成了工廠人力耗損嚴重。每時每刻的巡檢也并不能全面檢測到可能導致設備意外停機的各種因素。

由于害怕意外停機帶來的嚴重損失，很多工廠也會購買大量的備用零部件，以防止意外停機的維修需要，而現(xiàn)實情況又是一些設備的意外停機故障周期很長，導致大量的備用零部件并沒有派上用場，造成成本浪費。

數(shù)字化工廠：設備意外停機預警通知，讓設備時刻保持最佳運行狀態(tài)

數(shù)字化工廠的運轉過程中，設備的一切都被隨時監(jiān)控反饋，而意外停機發(fā)生之前，設備的某些參數(shù)會發(fā)生變化，此時設備就能在參數(shù)發(fā)生變化時及時進行預警通知，讓設備故障在發(fā)生之前被發(fā)現(xiàn)及運維。從而保證工廠設備時刻處于最佳運行狀態(tài)。

即使是故障已經(jīng)發(fā)生了，也能在過去的設備故障統(tǒng)計里立即找到合適的解決方案，把損失降到最低。這也就是數(shù)字化工廠實現(xiàn)的重要一步，讓預知未來成為智能工廠的一部分。

結尾：

智能工廠虛擬仿真技術對于智能制造非常重要。智能制造從數(shù)字化、智能化技術和裝備將貫穿產(chǎn)品的全生命周期，推動產(chǎn)品的生產(chǎn)過程產(chǎn)生了重大變革，從而努力實現(xiàn)中國制造2025的創(chuàng)新路徑。