一、数字化工厂的内涵概述
业内对于数字化工厂含义的解读，却是千差万别，至今也没有达成统一的认识。就目前而言，存在两种数字化工厂的定义，一种是广义的，一种是狭义的。
广义数字化工厂以生产产品或提供服务的制造企业为核心企业，以及相关联的成员，包括核心制造企业、供应商、软件系统服务商合作伙伴、协作厂商、客户、分销商、银行等，使其生产与经营过程中所有信息数字化的动态联盟。狭义数字化工厂以制造资源（resource）、生产操作（operation）和产品（product）为核心，以产品生命周期数据为基础，应用仿真技术、虚拟现实技术、实验验证技术等，是产品在生产工位、生产单元、生产线以及整个工厂中的所有真实活动虚拟化，并对加工和装配过程进行仿真、试验、分析、优化的一种集成组织方式。目前，大多倾向并采用的概念为狭义的数字化工厂。如德国工程师协会对于数字化工厂的定义是：数字化工厂（DigitalFactory，DF）是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络，包含仿真和3D/虚拟现实可视化，通过连续的、不中断的数据管理集成在一起。数字化工厂集成了产品、过程和工厂模型数据库，通过先进的可视化、仿真和文档管理，提高产品的质量和生产过程所涉及的质量和动态性能。实际上，这也符合工厂企业的实际认知。数字化工厂将产品信息数字化、过程信息数字化和资源物料信息数字化，并使这三种数字化流进行有效结合，是真实工厂的制造过程（包括设计、性能分析、工艺规划、加工制造、质量检测、生产过程管理和控制），在计算机上的一种映射。但是，数字化工厂和工业4.0之间隔着一个智能工厂的距离。也就是说，要实现工业4.0，必须先构建智能工厂，而要构建智能工厂，必须先打造数字化工厂，数字化工厂是走向智能制造与实现工业4.0愿景的必由之路。实质上，数字化本身其实就是智能的一部分，是一个入口；而智能工厂是在数字化工厂的基础上附加了物联网技术和各种智能系统等新兴技术于一体，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预。数字化工厂是智能工厂的落脚点，而智能工厂又是工业4.0的基础和落脚点。只有实现了数字化工厂，才有可能实现工业4.0。二、数字化工厂的主要环节与关键技术主流市场观点认为：数字化工厂主要涉及产品设计、生产规划与生产执行三大环节，数字化建模、虚拟仿真、虚拟现实/加强现实（VR/AR）等技术包含在其中。
1产品设计环节——三位建模是基础
在产品研发设计环节利用数字化建模技术为产品构建三维模型，能够有效减少物理实体样机制造和人员重复劳动所产生的成本。同时，三维模型涵盖着产品所有的几何信息与非几何制造信息，这些属性信息会通过PDM/cPDM(产品数据管理/协同产品定义管理)这种统一的数据平台，伴随产品整个生命周期，是实现产品协同研制、产品从设计端到制造端一体化的重要保证。
经历了三十余年的发展，数字化建模技术已经相当成熟，至今使用三维CAD设计软件的全三维建模技术在制造业的应用已经相当普及。数字化建模技术的应用始于航空航天领域，由于对产品和零部件的精度、质量、加工工艺有着比其他行业更加苛刻的要求，航空航天工业让数字化建模技术的效用得以充分发挥。
例如，美国波音公司在其-NX和的设计制造中，利用数字化建模技术，不但有效缩短了研制周期，大幅降低了研制成本，而且通过PDM/cPDM，有效实现了产品设计与制造环节的信息协同，从而大幅提高了生产效率。2生产规划环节——工艺仿真是关键
在生产规划环节，基于PDM/cPDM中所同步的产品设计环节的数据，利用虚拟仿真技术，可以对于工厂的生产线布局、设备配置、生产制造工艺路径、物流等进行预规划，并在仿真模型“预演”的基础之上，进行分析、评估、验证，迅速发现系统运行中存在的问题和有待改进之处，并及时进行调整与优化，减少后续生产执行环节对于实体系统的更改与返工次数，从而有效减低成本、缩短工期、提高效率。
虚拟仿真技术广泛应用于汽车、船舶及其他大型设备制造过程中。例如，大众汽车公司旗下斯柯达捷克工厂，即采用西门子的Tecnomatix，利用虚拟仿真工艺路径规划，来减少实际生产线调整改进所需要花费的成本。此外，随着“人”在制造业中的地位和作用逐渐被重新认识，虚拟现实\加强现实（VR/AR）技术的应用也日渐增多，使人能够融入虚拟仿真环境之中，如身临其境一般参与生产规划。
3生产执行环节——数据采集实时通
早期的数字化工厂，其实并不包含生产执行环节，但随着制造业企业具体实践与应用的发展，数字化工厂的概念开始向覆盖产品整个生命周期的全价值链拓展与延伸，作为将产品从设计意图转化为实体产品的关键环节，生产执行无疑应该是数字化工厂的关键一环。
这个环节的数字化，体现在制造执行系统（MES）与其他系统之间的互联互通上。MES与ERP、PDM/cPDM之间的集成，能够保证所有相关产品属性信息从始至终保持同步，并实现实时更新。
如果某一款产品的零部件或原材料发生变化，PDM/cPDM和MES中的数据信息会同步变化，MES会自动调整制造解决方案，有效避免了传统制造企业由于信息无法及时传递和同步所造成的误工。借助RFID（无线射频识别技术），MES还能够对生产线上的产品零配件进行识别和路径规划，从而实现柔性化的混线生产，大幅提高生产效率。
玛莎拉蒂的Bertone工厂即采用上述技术实现Quattroporte与Ghibli两款不同车型的全自动生产与组装，据不完全统计，产能提升幅度高达两倍以上。特别值得一提的是，MES（面向制造企业生产过程执行信息化管理系统）在智能制造领域的作用越来越明显。它既是一个相对独立的软件系统又是企业信息传递路由器，汇集市场与服务、产品设计、MRP/ERP、供应链等信息，并转化为详细的生产作业指令，从而实现复杂产品制造过程生产现场的管理与控制。MES向上承接ERP下达的生产计划以及PLM经过仿真验证的产品BOM，向下衔接车间现场SCADA控制系统，弥补了ERP与车间过程控制之间的真空，实现了工业4.0所强调的垂直方向上的集成以及贯穿价值链的端到端工程数字化集成。三、数字化工厂实施途径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。如下图所示，数字化工厂的建设x轴代表这技术水平，y轴代表着管理水平。▲数字化工厂实施路径图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CPS。企业可以根据自身所处的阶段，重点