总装虚拟工厂的概念
虚拟工厂是以还原总装工厂生产线平台和产品全生命周期的相关数据为基础，在虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、测算和优化，并进一步发展到整个产品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，它的存在是企业缩短产品开发周期、提升规划质量和盈利能力的新突破，为企业未来发展的道路占据优先的跑道。
虚拟工厂是在建模阶段，建立全面、详实的信息，包括产线、工艺和设备运行等全生命周期的信息档案数据库，利用标准化管理提供数据基础平台，通过虚拟环境中仿真产线生产全过程，实现总装工厂生产内部数字化信息的有效传递，进而把整个总装车间数字化的物流信息、生产装置状态信息、生产效率信息、生产能力信息以及总装车间所必需的控制目标都实时、准确、全面、系统地提供给决策者和管理者，帮助企业在预研阶段，决策者和管理者提高决策的实时性和准确性以及管理者的效率，从而实现管理和控制数字化、一体化的目标。

总装虚拟工厂建设的必要性
总装虚拟工厂技术，能够对产品设计、机械化通过性及生产过程等进行严格把关与统筹安排，减少设计与生产制造之间的不确定性，提升质量规划和质量水平，并且在虚拟环境中提前识别车型导入工厂的一系列问题，减少一些不必要的成本浪费和生产周期。因此建立总装虚拟工厂是非常必要的，且在严酷的市场环境下刻不容缓。总装虚拟工厂利用其虚拟环境中的总装工厂布局、总装工艺规划、总装物流规划和仿真优化等功能手段，改变了传统主机厂生产装配的理念，给现代化生产带来了新的技术革命，其优势作用较为明显。
利用总装虚拟工厂技术，主机厂在产品设计之初就可以对总装现有的工厂布局、产品生产水平与能力等进行初步规划和调研，帮助企业进行成本评估、新车型的导入可行性分析以及平台柔性化分析。同时，总装虚拟工厂技术的应用使得工艺与研发不再是各部门单一地流水作业，各部门成为一个紧密联系的有机整体，在产品装配过程中产生问题后，可以灵活协调并提出整改方案。总装虚拟工厂可以通过市场需求对新产品的生产工艺、装配过程进行模拟仿真与优化，确保了新产品生产装配过程的顺利与产品质量的可靠性，加快产品的上市时间和更新换代的时间，在日益残酷的市场竞争中占得先机。
总装虚拟工厂的建立最大限度地降低了物理原型的生产与产品变更，从而有效地减少资源浪费、降低产品变更成本。同时，充分利用现有的数据资料（产品结构、生产机械化和设备状况等）进行生产仿真与预测，对装配过程进行预先判断与决策，从而提高生产收益与预算使用效益，提升产品质量水平。

总装虚拟工厂建设规划方案
总装虚拟工厂的建设简而言之就是如何将现有的总装生产车间照搬至虚拟环境中，然后在虚拟环境中模拟整个生产过程。
1.掌握测绘技术
由于大部分主机厂建设时间已久，现场的大部分资源并无三维模型，且现场大部分制造资源是通过二维图纸制作的，起初也不存在三维模型。因此我们首要任务就是将不具有三维模型的制造资源通过测量后再建立虚拟三维模型，在虚拟环境中还原现场制造资源，并记录制造资源相对原点坐标位置以方便后期工艺设计、仿真和布局。
2.培养虚拟建模技术人员
虚拟建模技术作为总装虚拟工厂建设技术基础，起到举足轻重的作用，因为后期我们在规划工厂和模拟仿真的过程中，虚拟模型是直接对实际系统的真实反映，其准确性对于以后的产品设计、工艺设计、生产规划以及生产过程的虚拟仿真具有较大的影响。
3.对虚拟模型赋予运动机构
目前总装车间自动化程度相对焊装和冲压较低，因此大部分资源无须赋予运动机构，例如器具、辅具和简易工装等。但是机械化通过性设备以及辅助臂是含有运动机构的，例如升降机、移航和各类助力机械手等。因此虚拟模型建立完之后还要针对相应的虚拟模型赋予运动机构，这样才可以更加真实地反映生产状态，并在这些具有运动机构的模型中发现问题，解决问题并提出优化方案。
4.对虚拟模型进行生产布置
虚拟环境中的布局方案初始状态都是依据工厂平面布置图布置，在建立虚拟工厂的过程中，我们必须同时更新最新的工厂平面布置图才可以在虚拟环境中更加真实地还原现场，若布置图无法保证其精确性，将会影响到后续的工艺设计、生产规划以及流水线装配过程中的仿真状态。
5.模拟仿真技术
模拟仿真技术是总装虚拟工厂建设的价值所在，目前很多主机厂在生产过程中肯定存在各类瓶颈工位以及规划不合理等现象，但是如何更加快捷、节约地提出最佳的改善方案并验证其有效性是我们所追求的。具备虚拟工厂技术的主机厂可以通过虚拟模型与仿真系统给出的仿真结果及其各种预测数据，分析虚拟生产过程中存在的各种问题、可能存在的问题和潜在的优化方案等，进而在虚拟环境中优化生产过程，提高生产的可靠性，从而提高企业的效益。
目前国内可让整个总装虚拟工厂联动的公司屈指可数，所以我们要脚踏实地地从一个工位开始做起，再到多个工位的联动，一个工段的联动，最后到多个工段之间的联动，从而实现一个生产平台的联动。这个过程是漫长且艰辛的，为了更加真实地反映实际生产，不能操之过急。虚拟工厂的建设对精度的要求非常高，其中一个环节精度出现问题，直接影响到后期虚拟仿真得出的预测数据，从而影响到生产规划、工艺设计和优化方案等。
　　
总装虚拟工厂建设应用案例
以某汽车厂为例，在其2016年智能工厂规划蓝图中，提出了总装车间虚拟工厂的建设。在这个工厂中，传统的生产流水线相对来说比较落后和老旧，初期规划的蓝图已渐渐不能满足新车型的混线生产，因此在2016年极力推动总装车间的虚拟工厂建设，希望在新车型的导入预研阶段可提前判断新车型共线的有效性以及可靠性，并且在虚拟环境中对已存在的问题和潜在的问题得出有效的优化方案。

图为总装虚拟数字化工厂系统建立计划。总装虚拟工厂的建设需有计划地实行，而不是杂乱无章地实施。总装工艺比较特殊，车型配置相对来说较多，因此在数据的处理上将会相对困难，总装工艺如何获取最新、准确的数据是非常大的问题。因此在虚拟工厂建设之前解决总装工艺与研发系统的数据接口问题是很有必要的。经过多方讨论以及供应商的支持，我们决定单个零部件分通用件和专用件，每个零部件系统赋予约束符，这样总装在获取单个配置的数据时，不会因为数据配置混乱而导致模拟分析错误所带来的成本上升。
在保证了数据的准确性之后，如何及时获取最新数据是我们接下来的问题。在以往生产过程中，每个部门都是单独的系统和个体，很难交互一起形成一体化，因此为了后期模拟过程中保证数据状态最新，研发部门与工艺部门开发数据接口，已及时在产品数据变更的同时更新至工艺部门。2017年各专项负责人建立相应的数据库，例如工具库、工装库、辅具库、器具库和设备库等，其目的是后期新车型开发的过程中可以及时从数据库调取所需资源作为参考和重新设计的依据。
利用Delmia工艺仿真软件将所有的制造资源在虚拟环境中布局建设。在布局的过程中存在很多坐标错位等问题，因此我们在建立虚拟工厂时如何找准相对原点和绝对坐标是关键，这将影响到我们整个生产过程模拟的精度。Delmia作为虚拟工厂仿真工具并负责几何工艺仿真任务，里面所有的参数可能与现场并不相符，例如人机工程装配时间、设备运行时间等，Delmia里面所有的参数都是标准化的，但是各主机厂总装车间都有各自的运行系统，因此在做仿真的过程中需要针对性地测量或获取相关参数。这样在模拟仿真的过程中才可以更加精确地得到所需的结果。

总装虚拟工厂建设难点及不足
在目前阶段，总装虚拟工厂的建设过程中还是存在很多难点和不足的。首先是人员技能，人员需要掌握测绘、建模、布局和仿真等技术。第二，我们需要投资一整套属于虚拟工厂的单独服务器和配置较高的电脑来运行虚拟工厂的过程建设，由于短期看不到有形的效益，很多企业不愿投巨资来进行虚拟工厂的建设。第三，建设的过程中需要系统地管理及分配任务，由于整个工厂的数据量非常庞大，合理地安排任务和制定详细的计划，按照计划分步骤完成此项工作非常重要。第四，团队建设的必要性，还原总装车间依靠个人能力是无法实现的，我们需要组建一个团队，每个人各司其职，发挥各自的优点，协同工作才可以完成这项艰巨的任务。最后，总装工艺仿真运用过程中与研发存在协同困难，也与其他三大专业之间存在同样的困难。因此我们接下来希望将所有产品研发业务流程整合在一个平台上，使几何设计、CAE分析和四大工艺仿真等任务同步协调与交流，缩短研发的周期，从源头上提升研发能力和降本工作。因此将产品三维建模、仿真分析、工业运营等集成在同一个平台是我们最终需要行走的道路。在未来几年，我们在统一数据源的平台下，促使各团队的业务流程同步进行与快速迭代，避免与减少团队间沟通偏差带来的各种问题。

结语
随着计算机技术、网络技术的飞速发展，虚拟工厂技术不断与现代企业相结合，已成为提升企业竞争力的新动力。在当前企业发展的新形势下，虚拟工厂技术虽然在很多年前被提出，但是真正做好的企业却寥寥可数。希望未来几年，通过不断地学习，能够努力实现总装虚拟仿真与总装车间真实生产的无缝连接，打造真正的智能数字化工厂。