首先，我們來看一下現代制造業(yè)發(fā)展的趨勢。智能制造是新一代信息技術與制造業(yè)的深度融合，隨著像大數據、云計算、物聯網、3D打印等新興IT技術的出現和交叉使用，我們的制造業(yè)正在發(fā)生巨大的變化，可以這么說，現代的制造業(yè)正在發(fā)展成為某種意義上的信息產業(yè)。對于智能制造，同時還強調了一大主題，那就是智能服務，我們的制造業(yè)企業(yè)正在從傳統(tǒng)的生產型制造向服務型制造轉變，從賣產品賣制造向賣服務轉變，始終保持以客戶為中心，因此，現代的制造業(yè)正在發(fā)展成為某種意義上的服務業(yè)。過去，企業(yè)強調規(guī)模，強調大而全的生產組織模式，什么事情都想自己搞，現在，隨著市場和客戶的需求變化越來越快，越來越多樣化，企業(yè)的分工越來越細，專業(yè)化程度越來越高，傳統(tǒng)的組織模式已經跟不上節(jié)奏，整合全球化制造資源、建立全球化企業(yè)聯盟成為一種趨勢，這就好比天下為我所用，由此可見，傳統(tǒng)大而全的企業(yè)組織模式正在向全球化企業(yè)聯盟模式發(fā)展。
下面，我們引用國際數據公司IDC2016全球制造趨勢預測中的兩組數據來看看未來幾年制造業(yè)的動態(tài)和發(fā)展方向。其中一組數據是關于“用數字化手段進行制造工藝過程規(guī)劃”，這里面提到：到2017年，40%的大型制造商將會使用虛擬仿真對他們的產品、制造工藝過程和服務交付進行建模，以優(yōu)化產品和服務創(chuàng)新。另一組數據是關于“生產車間創(chuàng)新”，這里面提到：到2017年，50%的制造商將利用云計算、移動和高級分析的協同效應促進生產車間創(chuàng)新的、集成的工作方式。
數字化將對中國制造業(yè)帶來哪些挑戰(zhàn)呢？首先，來自產品質量。客觀講，我國產品整體合格率不高，質量也不太穩(wěn)定，對于裝配類產品，零部件之間間隙比較大，外觀也相對粗糙，產品的使用壽命相對較短，特別是在使用環(huán)境較為嚴酷的情況下，容易失效，使用者的體驗感不是太好。其次，來自試制周期。我國制造企業(yè)通常是通過試生產的方式來驗證生產工藝，很多時候都是憑借工藝及作業(yè)人員的個人能力來進行工藝規(guī)劃和設計，因此對于那些復雜的零部件，其工藝穩(wěn)定周期很長，這樣就嚴重影響產品的上市周期。再次，來自產品的可制造性。我國大部分制造企業(yè)依然采用以文字描述為主的二維工藝卡片進行工藝設計，工藝信息采用非結構化的方式表達，難以傳播重用和數據統(tǒng)計分析，在進行工藝設計時難以直觀了解現有機器設備的情況，工藝設計結果難以進行仿真分析，只有在實際加工時才能進行工藝合理性驗證。最后，來自制造工藝知識管理。我國部分制造企業(yè)，其制造工藝知識主要存在于個人腦海中，由于人員的流動而產生流失，缺乏對制造工藝知識的有效積累和傳承，工藝的規(guī)范性和標準化程度較低。
那么，針對以上提出的中國制造業(yè)所面臨的制造瓶頸挑戰(zhàn)，對于中國制造企業(yè)來說又能夠通過什么樣的方式或途徑來提升制造能力呢？我們認為，數字化制造是中國制造業(yè)提升制造能力的關鍵途徑之一。數字化制造技術可以幫助企業(yè)用結構化、虛擬化、可視化的方式進行工藝規(guī)劃、設計、驗證和管理。數字化制造技術可以幫助工藝人員在虛擬的環(huán)境中構建一個三維可視化的工廠，結合工藝規(guī)劃、設計、仿真功能，可以模擬物料在車間的流轉路線，幫助工藝人員優(yōu)化工廠布局和工藝路線，使得工廠的生產線效率更高。數字化制造可以將產品的公差、加工過程、裝配過程用可視化的方式展現在設計人員面前，讓設計人員在產品生產之前就可以對產品的可制造性進行調整，真正實現面向制造的設計，這樣可以使得設計質量水平得以提升。數字化制造技術可以將存在于個人腦海中的工藝知識抽取并積累到知識庫中，實現工藝的規(guī)范化和標準化，并且可以通過對標準工藝、工序、工步的總結，形成典型的工藝模板，實現工藝知識的重用，提高工藝設計效率。
那到底什么是數字化制造？我們來看一下CIMdata對數字化制造的定義：數字化制造是用來支持工程學科之間（如設計和制造）有效的、協同的制造工藝過程規(guī)劃。數字化制造是產品生命周期管理中一個關鍵的組成部分?？赡艽蠹疫€是有點不清楚，我們再來看另外一條對數字化制造的定義：數字化制造是連接數字化設計和實際制造的橋梁，通過一系列工藝、工廠的數字化設計和管理工具，在實物產品被制造出來前，用數字化、虛擬化、結構化、可視化的方式進行制造工藝規(guī)劃、設計、仿真和管理，以優(yōu)化產品的制造工藝方案與過程。
我們解釋了什么是數字化制造，那么為什么需要數字化制造？從一個調查數據顯示，在產品的研制周期中，約有40%-60%的時間是消耗在生產準備階段，而該階段最主要的工作又是制造工藝的規(guī)劃和設計，從目前中國制造企業(yè)來看，大多數企業(yè)在產品的研發(fā)部門都實現了產品CAD設計，同時，很多企業(yè)在生產現場也大量的采用了自動化設備，但是，普遍存在的現象就是對于工程工藝部門，其工藝規(guī)劃和設計的手段卻相對最為落后，多數企業(yè)往往會忽視這一塊，這一點是我們在長期的實踐中體會較深的。而數字化制造系統(tǒng)正是為了提升工程工藝部門的核心能力，連接數字化設計和實際制造之間的橋梁.
我們在前面引用IDC2016全球制造趨勢預測中第一組數據時，涉及到了一個概念，那就是DigtalTwin，我們稱之為數字雙胞胎或者數字孿生或者數字鏡像。對于DigtalTwin我們可以理解成利用虛擬制造和數字樣機等技術，在虛擬的數字世界里按照真實的物理產品或者工廠產線建立的一套對應的數字化表達，在虛擬空間中完成對真實物理產品或工廠產線的映射，就好像鏡子中的影像。通過傳感器等手段收集真實物理產品的數據，并反饋到虛擬空間中的數字化鏡像，對其進行仿真模擬，通過仿真模擬得到的真實參數又反饋給實際的產品。這樣我們就能及時分析評估產品是否需要維修，做到預測性維護，并且能夠不斷的對產品和服務進行優(yōu)化。同時，我們也可以在實際廠房沒有建造之前，建立對應的數字化模型，在虛擬空間中對工廠進行仿真和模擬，并將真實參數傳遞給實際的工廠建設，實現兩者之間的信息交互。所有的這些都是一種從虛擬到現實的演進過程，數字化制造正是打通虛擬與現實、數字與物理世界的橋梁。
我們提到數字化制造是連接數字化設計和實際制造的橋梁，從產品生命周期以及業(yè)務的關聯性角度，對于制造企業(yè)而言，我們應該打造的是一體化的設計制造管理平臺，如圖1所示。在這個平臺中還應加入對于維護服務的支持，實現從產品研發(fā)設計到工藝規(guī)劃到生產制造再到維護服務，貫穿產品的生命周期價值鏈。在該平臺中，企業(yè)級BOM作為核心，貫穿整個生命周期，從設計BOM到工藝BOM到制造BOM到試驗BOM最后到維護BOM，建立了一條以BOM為中心的主干。在這個一體化的平臺中把虛擬世界同物理世界有機的融合在了一起。
一體化設計制造強調設計與制造的協同和并行，如圖2所示，在產品設計的早期階段就要考慮產品的工藝性，及早發(fā)現問題，而不是等到實際產品生產出來后再發(fā)現問題。同時，利用數字化手段，建立DigitalTwin，實現實際產品同數字化鏡像之間的信息交互，從而不斷的優(yōu)化產品和服務。在數字化制造技術的幫助下，設計人員和工藝人員可以在一個統(tǒng)一的虛擬平臺上對自己設計的產品及工藝進行設計和驗證，使得企業(yè)的設計、工藝、制造能力相互匹配相互驗證。