中国数字化制造白皮书White Paper of Digital Manufacturing in China2011年3月目录摘要 (3)1中国制造业面临的制造之“惑” (4)1.1中国制造业的发展与变迁 (4)1.2中国制造业面临的制造瓶颈问题 (6)1.3中国制造业提升制造能力的关键途径 (8)2数字化制造的内涵及关键技术 (10)2.1数字化制造的定义 (10)2.2数字化制造关键技术 (12)2.3数字化制造的价值 (23)3数字化制造行业应用分析 (26)3.1数字化制造技术在航空/航天/船舶行业的应用 (26)3.2数字化制造技术在装备制造业的应用 (28)3.3数字化制造技术在汽车行业的应用 (29)3.4数字化制造技术在高科技电子行业的应用 (32)4数字化制造应用路线图 (35)4.1应用数字化制造的误区 (35)4.2应用数字化制造的步骤 (36)5数字化制造主要产品与解决方案概览 (37)5.1数字化制造系统解决方案 (37)5.2国内外数字化制造解决方案分析 (41)6数字化制造技术在中国的应用前景展望 (43)6.1行业应用工具越来越丰富 (43)6.2系统的易用性增强 (44)6.3与其它信息系统的集成越来越紧密 (44)6.4应用行业迅速扩展 (45)摘要中国制造业企业正处于调整和转型的关键时期。

由‘中国制造’转向‘中国创造’已上升为国家战略。

但除了对核心技术的渴求外，制造企业的制造能力也需要进一步提升。

提升制造企业的制造能力的关键途径就是利用数字化制造技术提升工艺规划、设计、仿真能力、工艺性布局和物流路线的设计和规划能力，提升质量设计水平。

本报告是e-works Research在深入分析制造企业对工艺规划、设计和仿真需求，并对目前主流的数字化制造解决方案进行深入了解后撰写而成。

本报告第一章阐述了中国制造企业正处于大规模制造向大规模定制生产方式的转型过程中，面临的诸如产品质量、交付周期、工艺设计和验证等诸多瓶颈问题，剖析了中国制造业的制造之“惑”。

在第二章中，e-works Research根据制造企业工艺规划、工艺设计和工艺仿真的需求对“数字化制造”这一概念进行了定义，详细分析了数字化制造中的关键技术以及制造企业应用数字化制造技术能够产生的价值。

第三章则重点阐述了数字化制造在航空/航天/船舶、装备制造、汽车以及高科技电子行业的应用重点以及应用价值，并分别介绍了在这四个行业中成功应用数字化制造技术的企业案例。

数字化制造技术并非高不可攀的技术，数字化制造技术从被提出到日臻成熟，其核心目的都是利用信息技术在计算机上规划、设计和仿真整个生产加工过程，从而在实际产品被生产出来之前验证企业的工艺流程、物流布局、操作性能等信息，它并不受到企业规模、产品复杂程度的限制。

在第四章中，e-works Research重点阐述了数字化制造技术的应用误区以及成功应用数字化制造技术的步骤。

在第五章中，报告重点对目前市场中主流的数字化制造领域的软件以及解决方案进行了分析和比较。

在众多的数字化制造软件及解决方案中，Siemens PLM Software是唯一具有全面解决方案的供应商。

最后，报告对数字化制造技术在中国的应用前景进行了展望。

报告认为，数字化制造技术能够帮助中国制造企业解决困扰数十年的工艺规划、工艺设计、工艺管理的瓶颈问题，可以有效帮助制造企业提升制造能力。

e-works Research衷心希望，本报告能够对中国制造业提升制造能力、制造质量和制造效率，带来实实在在的价值。

1 中国制造业面临的制造之“惑”根据中国国家统计局公布的相关数字，2010年中国GDP增长达到10.3%，依然是全球经济增长最快的国家。

而在这其中，工业增加值累计增长15.8%，其中轻工业增长13.6、重工业增长16.7%。

这组统计数字表明：虽然经历了“金融危机”，但中国制造业仍然保持了稳步发展。

在经历了金融危机之后，全球各国都更加重视实体经济的发展，而这其中的重中之重就是制造业。

在这样的背景下，高速发展的中国制造业，如何迅速实现转型升级，建立差异化竞争优势，成为每个制造企业都必须面对的问题。

以往，“中国制造”往往在国外被贴上“低质、低价、高能耗”的标签，随着近几年国家强调“自主创新”、“由‘中国制造’转变为‘中国创造’”，中国制造业的形象开始逐步改观。

但是由于中国制造企业的制造模式没有发生本质性变化，‘中国创造’的产品，依然面临制造效率低、制造工艺粗糙、制造成本高等问题，与国外先进企业相比，仍然有不小的差距。

1.1 中国制造业的发展与变迁手工作业模式•从设计到制造均由个人完成•高度灵活•效率低下•对人技能依赖强大量生产模式•专业化分行工机械化和电气化加工•生产效率大大提高•灵活性不足•对人技能依赖减弱大规模定制生产模式•多品种、小批量、短周期•跨企业、跨地域合作•设备自动化程度高•高度数字化•人技能依赖进一步减弱图1 制造模式的变迁随着世界从农业文明向工业文明发展，制造模式经过了三个阶段的发展变迁，分别是：手工作业模式：这种作业模式的特点是规模小，参与人员少，从产品设计、制造、检验等环节都是个人完成。

这种作业模式机动灵活，可以完全根据客户的要求定制，但生产效率极低，对作业人员的作业水平要求非常高，很难满足大规模生产的需要。

大量生产模式：随着蒸汽机的发明，大量生产模式开始逐步占据主导地位。

这种作业模式的特点是，规模大，参与人员多，专业化分工明显，在机械和电气技术的支持下，劳动效率得到极大的提升，产品可以大量生产，同时降低对人员作业水平的要求。

但这种生产模式不够灵活，难以满足客户的个性化要求。

大规模定制生产模式：进入到20世纪，随着制造业竞争的加剧，产品生产朝多品种、变批量，短生产周期方向演变，制造企业的生产模式开始逐步向“大规模定制”1的方向发展。

这种制造模式的特点是：根据客户的需求利用模块化技术设计和制造产品，生产线具有一定的柔性，可以适应多个不同的产品在同一生产线制造，设备的自动化程度提高，借助信息技术进行管理。

近些年国外先后提出的计算机集成制造、精益生产和敏捷制造等就是先进生产模式的典型代表。

在历史上，中国曾经是手工作业模式最为发达的国家，但随着西方国家在制造模式上不断地革新，特别是蒸汽机的发明和流水线的应用，西方国家的制造业水平开始赶超中国并领先至今。

总体而言，中国目前大部分制造企业正处于大量生产模式向大规模定制生产模式过渡的阶段，西方主流先进企业则已经进入到了大规模定制生产模式的时代。

20世纪90年代，为了加快工业化进程，国内制造业大量引进国外“先进”生产设备和产品，客观上极大的推动了中国制造业的发展。

随着中国制造业的发展，中国制造企业开始逐步缩短与国外先进企业之间的差距，有些领域的企业甚至已经成为了世界领先，总体而言中国制造企业可以分为三级：图 2 中国制造企业的三级1大规模定制（Mass Customization，MC）是一种集企业、客户、供应商、员工和环境于一体，在系统思想指导下，用整体优化的观点。

充分利用企业已有的各种资源，在标准技术、现代设计方法、信息技术和先进制造技术的支持下，根据客户的个性化需求，以大批量生产的低成本、高质量和效率提供定制产品和服务的生产方式。

第一级：也是数量最多的成长型企业。

这些企业以民营资本为主，在许多领域获得了长足的发展，但普遍规模较小，缺乏自主创新能力，核心竞争能力表现在廉价的资源和劳动力成本。

第二级：跟随型企业。

这些企业有的规模已经非常大，但是自主创新能力依旧不足，主要是跟随在国外先进企业之后，依靠更为低廉的价格提供类似的产品或者服务。

由于缺乏核心技术，它们还不具备与国外先进企业相抗衡的能力。

第三级：先进型制造企业。

这些企业已经成为世界领先的制造企业。

它们拥有自己的核心技术，同时拥有先进的管理理念和管理技术，可以与国外先进企业相抗衡。

1.2 中国制造业面临的制造瓶颈问题在刚刚结束的“十一五”当中，中国工业化进入中期向后期的过渡阶段，整体上已经从一个农业经济大国，转变为工业经济大国。

中国形成了庞大的工业生产能力，工业经济在整个国民经济中占有绝对主体地位。

工业总量规模不断壮大，我国工业品产量居世界前列。

我国已经成为工业对外贸易大国，工业制成品出口占绝大部分，工业化主要产品产量居世界前列。

要真正支撑中国制造企业自主创新，不仅需要能够真正制造出符合客户要求的质量、性能、可靠性和精度要求的产品，而且需要有效控制质量成本。

然而，目前，中国制造业在制造能力方面，还存在诸多不足。

1.1.1 产品质量难以实现精细化管控“中国制造”、“国货”在消费者心理往往被贴上“质量低”的标签。

造成这种印象是因为中国制造业企业的机床设备装备水平较差，产品质量往往靠生产加工人员的技艺和质检人员的能力来保障。

随着中国制造业的不断发展，目前中国不少制造业企业的装备水平已经达到甚至超过国外先进企业，但是所制造的产品质量依然距离国外同行有较大的差距。

这种差距主要体现在：产品合格率与国外先进企业还有相当大的差距，产品质量不稳定；产品零部件间隙大，外观粗糙；产品使用寿命短，在使用环境较为严酷的情况下，容易失效。

机械产品使用噪声大、震动大、使用者体验不佳。

在这样的背景下，制造企业首先通过引入数字化设计手段，利用三维CAD、CAE等手段提高产品的设计质量。

特别是CAE等计算机仿真技术有效地验证CAD设计的效果，全面提高产品设计质量。

但是，制造企业很快便发现在设计质量不断提高的情况下，工艺质量却很难提高，这使得即便使用了先进的机床设备，产品总体质量的提高幅度却不大。

这其中很重的因素就是企业已有的工艺知识不适应设备、加工技术的发展。

工艺人员对新设备的加工能力、精度、速度没有一个明确可视化的认识，对新的加工技术缺乏足够的认识和了解，在缺乏工艺仿真验证的情况下，工艺人员只能“保守”的采用传统工艺，造成“小马拉大车”的情况。

1.1.2 产品试制周期长，制造工艺不稳定在新产品设计完成并开始试制的过程中，企业往往要派驻专门的工艺人员到车间现场，与负责加工的人员共同验证和调整工艺的可行性，遇到难以加工的复杂零件，甚至需要不断的“试错”以摸索最为可行的工艺方案。

新产品设计新产品工艺设计新产品工艺验证新产品工艺修改新产品工艺再验证新产品工艺再修改新产品工艺定图 3 用“试错”设计和验证新产品工艺这种通过“试错”的方式摸索稳定工艺方案的方法，完全凭借工艺及作业人员的个人能力，摸索的周期往往很长，有些企业甚至花费几年时间才能形成稳定的工艺方案，这势必影响产品的上市周期。

1.1.3 产品的可制造性难以评估, 工艺设计和验证手段落后目前，很多制造业企业都投入大量的人力物力财力进行产品创新。