數(shù)字化制造與西門子解決方案概覽課件

1、數(shù)字化制造與西門子解決方案概覽制造的概念制造是人類按照市場(chǎng)需求，運(yùn)用主觀掌握的知識(shí)和技能，借助于手工或利用客觀物質(zhì)工具，采用有效的工藝方法和必要的能源，將原材料轉(zhuǎn)化為最終物質(zhì)產(chǎn)品并投放市場(chǎng)的全過程。制造的概念有廣義和狹義之分：狹義的制造是指生產(chǎn)車間與物流有關(guān)的加工和裝配過程；而廣義的制造，則包括市場(chǎng)分析、經(jīng)營(yíng)決策、工程設(shè)計(jì)、加工裝配、質(zhì)量控制、生產(chǎn)過程管理、銷售運(yùn)輸、售后服務(wù)直至產(chǎn)品報(bào)廢處理等整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)一系列相互聯(lián)系的生產(chǎn)活動(dòng)。國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)1990年將制造定義為：制造是一個(gè)涉及制造工業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計(jì)、物料選擇、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)過程、質(zhì)量保證、經(jīng)營(yíng)管理、市場(chǎng)銷售和服務(wù)的一系列相關(guān)活動(dòng)和工作

2、的總稱。中國(guó)制造業(yè)的發(fā)展與變遷現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代制造業(yè)正在發(fā)展成為某種意義上的信息產(chǎn)業(yè)企業(yè)的主要投入已經(jīng)不再是材料或能源，而是知識(shí)或信息。信息技術(shù)的水平對(duì)于制造企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)作模式有著決定性的影響 現(xiàn)代制造業(yè)正在演變成為某種意義上的服務(wù)業(yè)由大批量、低成本生產(chǎn)向用戶最大滿意度為目標(biāo)的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。制造價(jià)值定向正在由面向產(chǎn)品向面向顧客轉(zhuǎn)化，制造業(yè)追求的目標(biāo)正在由追求成本與質(zhì)量基礎(chǔ)上向快速交貨轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)的有效性成為制造業(yè)生存的關(guān)鍵 傳統(tǒng)大而全的企業(yè)組織模式向全球化企業(yè)聯(lián)盟模式發(fā)展傳統(tǒng)大而全的生產(chǎn)組織模式已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)今變化莫測(cè)的市場(chǎng)需求。企業(yè)分工越來越細(xì)，專業(yè)精細(xì)化程度越來越高，跨地域、跨專業(yè)

3、的全球化制造聯(lián)盟逐漸形成現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展帶來的變革由于制造業(yè)市場(chǎng)需求的快速變化和全球性的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)以及高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使制造業(yè)發(fā)生了革命性的深刻變化，極大地拓展了制造活動(dòng)的深度和廣度，推動(dòng)制造業(yè)朝著全球化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、知識(shí)化和服務(wù)化的方向發(fā)展，從而導(dǎo)致了制造信息的表征、存儲(chǔ)、處理、傳遞和加工的深刻變化，使制造業(yè)由傳統(tǒng)的能量驅(qū)動(dòng)型逐步轉(zhuǎn)向?yàn)閿?shù)字信息驅(qū)動(dòng)型 現(xiàn)代制造企業(yè)發(fā)展要求現(xiàn)代制造企業(yè)一方面要追求大規(guī)模生產(chǎn)條件下的高效率和高效益，另一方面又要生產(chǎn)滿足各個(gè)顧客的各種不同要求的產(chǎn)品，以適應(yīng)市場(chǎng)的要求 現(xiàn)代制造企業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)全球化跨地域、跨專業(yè)的全球企業(yè)聯(lián)盟面臨信息交流、共享、存儲(chǔ)、安全等

4、一系列問題網(wǎng)絡(luò)化不同企業(yè)、不同專業(yè)、不同部門構(gòu)成了復(fù)雜和緊密的關(guān)系，如何將這些對(duì)象進(jìn)行 有機(jī)地聯(lián)系并有效管理數(shù)字化傳統(tǒng)的信息表達(dá)、存儲(chǔ)、管理、交換方式已經(jīng)不適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，如何逐步實(shí)現(xiàn) 企業(yè)的全數(shù)字化知識(shí)化如何將有效的企業(yè)信息進(jìn)行抽取、整理、分類、規(guī)范形成企業(yè)知識(shí)，并進(jìn)行進(jìn)一 步加工、存儲(chǔ)、共享并用于新一輪制造過程服務(wù)化從面向產(chǎn)品向面向顧客的轉(zhuǎn)化是的企業(yè)面臨如何快速理解客戶需求、將客戶需求 貫徹到產(chǎn)品整個(gè)制造過程，并將客戶使用滿意度反饋到新一輪的產(chǎn)品制造過程 現(xiàn)代制造企業(yè)發(fā)展帶來的變革 通過信息化推動(dòng)制造技術(shù)與管理的創(chuàng)新，增強(qiáng)制造企業(yè)全球競(jìng)爭(zhēng)力采用現(xiàn)代管理模式，將信息技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，改善

5、制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、管理、研發(fā)和生產(chǎn)等各環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)創(chuàng)新能力，降低消耗，帶動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新、管理模式創(chuàng)新、制造技術(shù)創(chuàng)新以及企業(yè)間協(xié)作關(guān)系創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的數(shù)字化、生產(chǎn)過程的智能化、制造裝備的數(shù)控化以及咨詢服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，全面提升制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)“十一五”發(fā)展規(guī)劃中明確提出了要將我國(guó)建設(shè)成為創(chuàng)新型國(guó)家，強(qiáng)調(diào)我國(guó)制造業(yè)要走自主創(chuàng)新的道路，而以信息化帶動(dòng)工業(yè)化是實(shí)現(xiàn)從制造向創(chuàng)新轉(zhuǎn)變的必由之路。中國(guó)制造企業(yè)的分類先進(jìn)型制造企業(yè)跟隨型制造企業(yè)成長(zhǎng)型制造企業(yè)中國(guó)制造業(yè)面臨的制造瓶頸問題產(chǎn)品質(zhì)量難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管控產(chǎn)品合格率不高，質(zhì)量不穩(wěn)定零部件間隙大，外觀粗糙產(chǎn)品使用壽命短，在使用

6、環(huán)境較為嚴(yán)酷的情況下，容易失效機(jī)械產(chǎn)品使用噪聲大、震動(dòng)大、使用者體驗(yàn)不佳產(chǎn)品試制周期長(zhǎng)，制造工藝不穩(wěn)定通過試生產(chǎn)的方式來驗(yàn)證生產(chǎn)工藝對(duì)于復(fù)雜零件，其工藝穩(wěn)定周期很長(zhǎng)完全憑借工藝及作業(yè)人員的個(gè)人能力嚴(yán)重影響產(chǎn)品的上市周期產(chǎn)品的可制造性難以評(píng)估，工藝設(shè)計(jì)和驗(yàn)證手段落后大部分制造企業(yè)依然采用以文字描述為主的二維工藝卡片進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)時(shí)難以直觀了解現(xiàn)有工藝裝備及設(shè)備情況工藝設(shè)計(jì)結(jié)果難以進(jìn)行仿真分析，只有在實(shí)物加工時(shí)才能進(jìn)行工藝合理性驗(yàn)證工藝信息用非結(jié)構(gòu)化的方式表達(dá)在工藝卡片上，難以傳播和重用缺乏對(duì)工藝知識(shí)的有效管理工藝知識(shí)主要存在于個(gè)人腦海中工藝知識(shí)會(huì)由于人員的流動(dòng)而流失缺乏工藝知識(shí)的有效積累和

7、傳承手段工藝的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)化程度較低中國(guó)制造業(yè)提升制造能力的關(guān)鍵途徑利用數(shù)字化制造技術(shù)提升工藝規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理能力數(shù)字化制造技術(shù)可以幫助企業(yè)用結(jié)構(gòu)化、可視化的方式進(jìn)行工藝規(guī)劃、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。在數(shù)字化制造技術(shù)的幫助下，設(shè)計(jì)人員和工藝人員可以在一個(gè)統(tǒng)一的虛擬平臺(tái)上對(duì)自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品及工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，使得企業(yè)的設(shè)計(jì)、工藝、制造能力相互匹配相互驗(yàn)證利用數(shù)字化制造技術(shù)提升工藝性布局和物流路線的設(shè)計(jì)和規(guī)劃能力數(shù)字化制造技術(shù)可以幫助工藝人員在虛擬的環(huán)境中構(gòu)建一個(gè)三維可視化的工廠，結(jié)合數(shù)字化制造中的工藝規(guī)劃、設(shè)計(jì)、仿真功能，工藝人員可以模擬出零部件在車間的流轉(zhuǎn)路線，幫助工藝人員優(yōu)化工廠布局和工藝路線，使得工廠

8、的生產(chǎn)效率更高。利用數(shù)字化制造技術(shù)提升設(shè)計(jì)質(zhì)量水平數(shù)字化制造可以將產(chǎn)品的公差、加工過程、裝配過程用可視化的方式展現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員面前，讓設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品正式生產(chǎn)之前就可以對(duì)產(chǎn)品的可制造性進(jìn)行調(diào)整，真正實(shí)現(xiàn)面向制造的設(shè)計(jì)和面向維護(hù)的設(shè)計(jì)，從而使得設(shè)計(jì)質(zhì)量水平得以提升。利用數(shù)字化制造技術(shù)提升工藝知識(shí)管理能力數(shù)字化制造技術(shù)可以將存在于個(gè)人腦海中的工藝知識(shí)抽取并積累到知識(shí)庫(kù)中，并實(shí)現(xiàn)工藝的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。并且通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工藝、工序、工步的總結(jié)，形成工藝模板，實(shí)現(xiàn)工藝知識(shí)的重用，提高工藝設(shè)計(jì)效率。工藝工作是制造業(yè)的基礎(chǔ) 工藝技術(shù)是新產(chǎn)品開發(fā)和老產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要技術(shù)保證先進(jìn)、合理的工藝技術(shù)是產(chǎn)品發(fā)展的前提條件，

9、先進(jìn)的設(shè)計(jì)可以促進(jìn)工藝技術(shù)的開發(fā)，而先進(jìn)工藝技術(shù)的開發(fā)和儲(chǔ)備，有可為設(shè)計(jì)水平的提高創(chuàng)造條件。 工藝水平是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因?qū)嵺`表明，產(chǎn)品存在大量質(zhì)量問題，往往是由于工藝落后和工藝管理不善和工藝紀(jì)律松弛導(dǎo)致的。同時(shí)，工藝技術(shù)的每項(xiàng)重大進(jìn)展和應(yīng)用，會(huì)顯著提高產(chǎn)品的質(zhì)量。 工藝技術(shù)和工藝管理是企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑以工藝進(jìn)步為基本內(nèi)容的技術(shù)進(jìn)步，是生產(chǎn)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。勞?dòng)生產(chǎn)率的提高，60%80%是靠采用先進(jìn)的工藝技術(shù)和管理技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的。工藝的概念工藝是勞動(dòng)者利用生產(chǎn)工具對(duì)各種原材料、半成品進(jìn)行增值加工或處理，最終使之成為制成品的方法與過程。制定工藝的原則是：技術(shù)上的先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上的合理。由于

10、不同的工廠的設(shè)備生產(chǎn)能力、精度以及工人熟練程度等因素都大不相同，所以對(duì)于同一產(chǎn)品而言，不同的工廠制定的工藝可能是不同的；甚至同一個(gè)工廠在不同的時(shí)期做的工藝也可能不同?？梢?，就某一產(chǎn)品而言，工藝并不是唯一的，而且沒有好壞之分。工序的概念定義工件在一個(gè)工位上被加工或裝配所連續(xù)完成所有工步的那一部分工藝過程。分類工序是完成產(chǎn)品加工的基本單元，在生產(chǎn)過程中按其性質(zhì)和特點(diǎn)，可分為：工藝工序：使勞動(dòng)對(duì)象直接發(fā)生物理或化學(xué)變化的加工工序。檢驗(yàn)工序：指對(duì)原料、材料、毛坯、半成品、在制品、成品等進(jìn)行技術(shù)質(zhì)量檢查的工序。運(yùn)輸工序：指勞動(dòng)對(duì)象在上述工序之間流動(dòng)的工序。按照工序的性質(zhì)，可把工序分為基本工序和輔助工序：

11、輔助工序：為基本工序的生產(chǎn)活動(dòng)創(chuàng)造條件的工序。合理劃分工序，有利于建立生產(chǎn)勞動(dòng)組織，加強(qiáng)勞動(dòng)分工與協(xié)作，制定勞動(dòng)定額。工步的概念定義在加工表面（或裝配時(shí)的連接面）和加工（或裝配）工具、主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給量不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分作業(yè)。工藝方案設(shè)計(jì)工藝方案是工藝準(zhǔn)備工作的總綱，是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)和關(guān)鍵工藝裝備設(shè)計(jì)的指導(dǎo)文件。正確的工藝方案設(shè)計(jì)，有助于系統(tǒng)地運(yùn)用新的科學(xué)技術(shù)成果和先進(jìn)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，提高工藝技術(shù)和工藝管理水平。設(shè)計(jì)工藝方案的依據(jù)產(chǎn)品圖樣和有關(guān)技術(shù)文件。據(jù)此，按產(chǎn)品的復(fù)雜程度、精度要求等采取相應(yīng)的工藝措施；產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)、產(chǎn)品的生產(chǎn)性質(zhì)和生產(chǎn)類型。據(jù)此，決定

12、工藝準(zhǔn)備的期限、任務(wù)和內(nèi)容；本企業(yè)的現(xiàn)有條件；國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的工藝技術(shù)情報(bào)和工藝知識(shí)；國(guó)內(nèi)外有關(guān)的技術(shù)政策和法規(guī)；分類新產(chǎn)品樣機(jī)試制工藝方案新產(chǎn)品小批試制工藝方案批量生產(chǎn)工藝方案老產(chǎn)品改進(jìn)工藝方案零件工藝方案工藝路線設(shè)計(jì)工藝路線是指產(chǎn)品或零部件在生產(chǎn)過程中，由毛坯準(zhǔn)備到成品包裝入庫(kù)的全部工藝過程的先后順序。工藝路線的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的關(guān)鍵，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量，合理利用設(shè)備、促進(jìn)生產(chǎn)管理和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率都有重要作用。設(shè)計(jì)工藝路線的一般步驟加工方法的選擇加工階段的劃分加工工序的劃分機(jī)械加工順序的安排熱處理工序的安排輔助工序的安排材料消耗定額材料消耗定額是指在一定的生產(chǎn)和技術(shù)條件下，生產(chǎn)單位產(chǎn)品或完成

13、單位工作量所必須消耗材料的數(shù)量和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。分類按材料在產(chǎn)品生產(chǎn)中的作用分類主要材料消耗等額輔助材料消耗定額經(jīng)營(yíng)維護(hù)材料消耗等額。如自制工裝材料消耗等額，設(shè)備維修用材料消耗等額等按照產(chǎn)品的制造工藝分類按照材料的自然屬性分類數(shù)字化工廠數(shù)字化工廠（DF）以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。 數(shù)字化工廠（DF）主要解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造之間的“鴻溝”，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中的設(shè)計(jì)；制造；裝配；物流等各個(gè)方面的功能，降低設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造之間的不確定性，在虛擬環(huán)境下將生產(chǎn)制造過程壓縮和提前，并得以評(píng)估與檢驗(yàn)，

14、從而縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化的時(shí)間，并且提高產(chǎn)品的可靠性與成功。物理模型產(chǎn)品的物理模型是指產(chǎn)品立體的實(shí)際存在的模型。早期的制造企業(yè)要生產(chǎn)某種產(chǎn)品， 首先進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研與分析，根據(jù)市場(chǎng)需求提出產(chǎn)品的功能、性能、產(chǎn)品外形等要求，由設(shè)計(jì)部門初步設(shè)計(jì)出滿足此要求的產(chǎn)品，并以圖紙形式表現(xiàn)出來，以供設(shè)計(jì)工程師、制造工程師、銷售工程師以及管理部門決策參考使用。有些產(chǎn)品必須制作物理模型才能進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)；復(fù)雜產(chǎn)品（如汽車、飛機(jī)等）必須制造樣機(jī)才能進(jìn)行功能分析、性能檢測(cè)、產(chǎn)品評(píng)價(jià)等。傳統(tǒng)產(chǎn)品必須經(jīng)過產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制作物理模型、開發(fā)原型樣機(jī)等開發(fā)階段，并且反復(fù)進(jìn)行，因此開發(fā)周期長(zhǎng)、成本高。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、增強(qiáng)產(chǎn)品

15、開發(fā)效益、提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，人們?cè)诋a(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品性能分析、產(chǎn)品物理模型的制作等方面采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助工作，如三維CAD、CAE、快速原型（rapid prototyping, RP）技術(shù)等。這些技術(shù)的運(yùn)用大大縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。但是這些技術(shù)基本停留在幾何模型的驗(yàn)證和產(chǎn)品性能的理論分析上。而物理模型主要用于產(chǎn)品外觀造型的審視、零部件之間干涉的檢驗(yàn)、產(chǎn)品內(nèi)部各部件的空間布局等。但現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品大都是機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品，僅有產(chǎn)品的三維造型與產(chǎn)品的物理模型已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的需要幾何模型產(chǎn)品的數(shù)字模型是采用數(shù)字化方式表征、處理、傳輸產(chǎn)品全生命周

16、期各階段的特征與信息，它能夠?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字設(shè)計(jì)、數(shù)字分析、數(shù)字實(shí)驗(yàn)、數(shù)字加工、數(shù)字裝配、數(shù)字檢測(cè)、數(shù)字銷售、數(shù)字維護(hù)、數(shù)字回收等。產(chǎn)品數(shù)字模型可以分為物理層、邏輯層和應(yīng)用層三個(gè)層次。物理層是面向計(jì)算機(jī)具體實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)；應(yīng)用層是面向具體應(yīng)用需求的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)；邏輯層是從應(yīng)用模型中抽象出來與具體實(shí)現(xiàn)無關(guān)的完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)，是物理層與應(yīng)用層之間的橋梁。產(chǎn)品的數(shù)字模型主要在邏輯層上討論數(shù)字產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)的總體框架。理想的產(chǎn)品數(shù)字模型應(yīng)該是集成的數(shù)字模型，它必須具備三個(gè)特征：第一，該模型能夠充分反映產(chǎn)品全生命周期各階段的信息與特征；第二，該模型各種信息與特征均可以用數(shù)字方式進(jìn)行表征、處理與傳輸；第

17、三，該模型應(yīng)該是分布式結(jié)構(gòu)，以便于進(jìn)行數(shù)字產(chǎn)品的網(wǎng)上協(xié)同設(shè)計(jì)。從數(shù)字多維集成模型出發(fā)，從不同的角度去投影數(shù)字集成模型都能夠得到相應(yīng)的視圖或特征，這些投影均可以采用數(shù)字方式去表征、處理與傳輸。設(shè)計(jì)工程師開發(fā)出來的設(shè)計(jì)視圖更多地強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的功能和配置，并提供完整的面向產(chǎn)品的定義；制造工程師希望能從產(chǎn)品模型中定義車間級(jí)的零件和整個(gè)生產(chǎn)組裝過程，并通過規(guī)劃試圖來管理生產(chǎn)和裝配。數(shù)字工廠的產(chǎn)生當(dāng)今，制造活動(dòng)的核心已經(jīng)從商品的實(shí)物生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到知識(shí)的系統(tǒng)加工，它體現(xiàn)在使用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的先進(jìn)信息工具和數(shù)字技術(shù)，通過縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、整合企業(yè)模式、提高物流水平、加快產(chǎn)品流通、加速對(duì)市場(chǎng)需求的響應(yīng)等，為用戶創(chuàng)造價(jià)值。制

18、造業(yè)未來的發(fā)展取決于是否采用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)字技術(shù)來管理復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)，使之更好地滿足用戶的需求。更多的附加值不是來自實(shí)物制造，而是產(chǎn)生知識(shí)與信息加工。信息技術(shù)在飛速發(fā)展，在生產(chǎn)過程中利用信息技術(shù)的制造企業(yè)在快速增加，利用數(shù)字技術(shù)改造現(xiàn)有制造模式不僅成為可能，也是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)所必需的，這就產(chǎn)生了“數(shù)字工廠”這一概念。制造企業(yè)將來的競(jìng)爭(zhēng)力就取決于建立在實(shí)體工廠之上的數(shù)字工廠的運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)字工廠這一概念正逐步被企業(yè)界和學(xué)術(shù)界所認(rèn)同，數(shù)字工廠的建立將帶領(lǐng)制造業(yè)邁進(jìn)數(shù)字新紀(jì)元。數(shù)字工廠的概念數(shù)字工廠建立在用計(jì)算機(jī)完成產(chǎn)品整個(gè)開發(fā)和“制造”過程的構(gòu)思基礎(chǔ)上。他要求在計(jì)算機(jī)中建立產(chǎn)品數(shù)字模型、對(duì)模型進(jìn)行分析，改

19、進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，并且在數(shù)字狀態(tài)下進(jìn)行“試驗(yàn)”和“制造”，然后再對(duì)設(shè)計(jì)重新進(jìn)行組合或者對(duì)制造過程進(jìn)行改進(jìn)。數(shù)字工廠是指用計(jì)算機(jī)的數(shù)字模型來設(shè)計(jì)和制造整個(gè)產(chǎn)品，它通過建立在計(jì)算機(jī)上的產(chǎn)品數(shù)字模型樹和結(jié)構(gòu)樹，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行有限元分析、技術(shù)仿真等，并且不斷改進(jìn)產(chǎn)品、完善產(chǎn)品，在數(shù)字化環(huán)境下對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行重組，產(chǎn)生出新一代產(chǎn)品。同時(shí)它通過采用仿真技術(shù)等，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化制造、數(shù)字化裝配，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行“試驗(yàn)”和“制造”。由于產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中已經(jīng)經(jīng)過了詳細(xì)的干涉檢查、有限元分析、仿真等，所以大大提高了新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，避免了由于設(shè)計(jì)質(zhì)量、工藝試驗(yàn)等所造成的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。數(shù)字工廠的模型現(xiàn)有工廠的物流部分

20、稱為有形工廠（physical factory），工廠的輸入一端是原料或半制成品，通過設(shè)計(jì)、加工及質(zhì)量檢驗(yàn)等工序，把制成品交到顧客手上。制成品的價(jià)格減去原材料及加工等工序所需的費(fèi)用，就是企業(yè)的利潤(rùn)。當(dāng)有形工廠規(guī)模達(dá)到某一程度時(shí)，例如，產(chǎn)品種類增加、企業(yè)的垂直整合、市場(chǎng)擴(kuò)大等，工廠要處理的除了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料加工及質(zhì)量問題外，更大部分的時(shí)間及資源會(huì)用在對(duì)產(chǎn)品細(xì)節(jié)、客戶市場(chǎng)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料的處理上；用來安排如何分配資源，如何安排生產(chǎn)，如何采購(gòu)，如何外發(fā)等。這個(gè)在有形工廠上運(yùn)作的作業(yè)系統(tǒng)或信息流，可稱為“數(shù)據(jù)工廠”(data factory)。我們所熟悉的CIM、MRPII及ERP系統(tǒng)正是數(shù)據(jù)工廠的一種

21、外在形式。在數(shù)據(jù)工廠中，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了工廠管理制度的系統(tǒng)化及自動(dòng)化。數(shù)據(jù)工廠并不是數(shù)字工廠，它只是現(xiàn)有工廠的信息流部分。數(shù)字工廠是現(xiàn)有工廠（包括有形工廠和數(shù)據(jù)工廠）整體的數(shù)字化，或現(xiàn)有工廠的數(shù)字映射。它的輸入是各種數(shù)據(jù)，輸出是數(shù)字產(chǎn)品。利用數(shù)字工廠的優(yōu)點(diǎn)是：可以減少?gòu)挠嗀浀浇回浀臅r(shí)間；柔性地響應(yīng)對(duì)產(chǎn)品型號(hào)和數(shù)量需求的快速變化；減少產(chǎn)品部件組裝的存量；提供多品種小批量的并行生產(chǎn)能力；生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可以快速地反饋到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工作流管理中去；有效利用生產(chǎn)區(qū)域；無紙化管理；提供員工滿意度；顯著地削減新產(chǎn)品上市所必需的時(shí)間；大大提升產(chǎn)品達(dá)到滿負(fù)荷產(chǎn)能的速度；立即使競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為盈利能力的提高。

22、數(shù)字工廠的組成數(shù)字化工廠是一個(gè)集成化的計(jì)算機(jī)環(huán)境，它用于生產(chǎn)工程的各個(gè)環(huán)節(jié)，在不同的層級(jí)(小到操作步驟，達(dá)到生產(chǎn)單元、生產(chǎn)線乃至整個(gè)工廠)進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、分析和優(yōu)化。它從并行工程的基本觀點(diǎn)出發(fā)，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就同時(shí)考慮和解決生產(chǎn)工程的問題，包括工藝過程設(shè)計(jì)、工藝裝備、機(jī)床設(shè)備、刀具、生產(chǎn)線或加工單元的布局、人體工程學(xué)、生產(chǎn)調(diào)度、物料管理等。因此它的組成可以分為四個(gè)層次：工廠級(jí)：對(duì)整個(gè)制造廠進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化，以解決瓶頸問題、平衡生產(chǎn)量、物流問題、生產(chǎn)計(jì)劃和成本等問題。生產(chǎn)線級(jí)：建立詳細(xì)的生產(chǎn)線模型，評(píng)估不同的制造工藝，對(duì)運(yùn)行中的生產(chǎn)線進(jìn)行可視化、仿真和優(yōu)化。加工單元級(jí)：設(shè)計(jì)單元的所有加工細(xì)

23、節(jié)，包括設(shè)備、手動(dòng)操作、卡具和操作的順序，向設(shè)備發(fā)送程序，把文件通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給車間的操作工人。生產(chǎn)操作級(jí)：在單元環(huán)境下設(shè)計(jì)、優(yōu)化某一特定操作，如焊點(diǎn)布局、焊槍運(yùn)動(dòng)路徑等。產(chǎn)品全生命周期中制造過程分析制造數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樣例企業(yè)信息化過程的不同階段第一階段：起步階段針對(duì)企業(yè)不同領(lǐng)域、不同部門的需求，構(gòu)建不同的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)往往只針對(duì)具體問題或者具體部門，提供工具性或者應(yīng)用范圍較小的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在解決具體應(yīng)用需求的同時(shí)，造成了多個(gè)信息孤島，使得企業(yè)信息存在壁壘，信息流動(dòng)困難，數(shù)據(jù)共享度和重用性較差。第二階段：深化應(yīng)用階段系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)初步集成，由于系統(tǒng)繁復(fù)，造成需要在不同的系統(tǒng)之間多次集成，信息流動(dòng)效率較低

24、，系統(tǒng)間協(xié)同工作較為困難。不能實(shí)現(xiàn)以三維工程數(shù)據(jù)為核心的數(shù)據(jù)共享和重用，虛擬驗(yàn)證過程較少，產(chǎn)品交付周期較長(zhǎng)。第三階段：集成化應(yīng)用階段統(tǒng)一平臺(tái)，以PLM/ERP/MES系統(tǒng)為核心實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間緊密集成，信息流動(dòng)高效順暢，以三維工程化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度共享和重用。什么是數(shù)字化制造?“Digital Manufacturing is an initiative to provide solutions that support effective collaborative manufacturing process planning between engineering disciplines

25、 such as design and manufacturing. This requires access to the full digital product definition, including tooling and manufacturing process data” “數(shù)字化制造是一項(xiàng)創(chuàng)新，它提供有效的解決方案來支持工程學(xué)科之間的協(xié)同工藝設(shè)計(jì)。這就需要訪問完整的數(shù)字化產(chǎn)品定義，包括工具和生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù).”“Digital manufacturing has become a key component of Product Lifecycle Management or

26、PLM.”“數(shù)字化制造是產(chǎn)品生命周期管理中的關(guān)鍵組件”數(shù)字化制造定義數(shù)字化制造是用數(shù)字化定量、表述、存儲(chǔ)、處理和控制方法，支持產(chǎn)品全生命周期和企業(yè)的全局優(yōu)化運(yùn)作，以制造過程的知識(shí)融合為基礎(chǔ)，以數(shù)字化建模仿真與優(yōu)化為特征；它是在虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、快速原型、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)支撐下，根據(jù)用戶的需求，對(duì)產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃和重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能的仿真以及原型制造，進(jìn)而快速生產(chǎn)出達(dá)到用戶要求性能的產(chǎn)品的整個(gè)制造過程。集成化的產(chǎn)品/生產(chǎn)定義CADCAEBOPSoftwareOrdersPurchasingPlant BOMMass BOMPrototypeTestingERPM

27、ESSerialPlanningPlant FloorDevicesQuality設(shè)計(jì)執(zhí)行MPMManufacturing Process Management 項(xiàng)目周期的時(shí)間比例自 動(dòng) 化 程 度 作業(yè)指令,維護(hù)、培訓(xùn)技術(shù)方案 產(chǎn)品質(zhì)量控制 工廠布局、生產(chǎn)線設(shè)計(jì) 生產(chǎn)計(jì)劃( 產(chǎn)品、進(jìn)度、資源)工藝資源(設(shè)備、工裝、刀量具) 工藝計(jì)劃，工藝審查、產(chǎn) 品 生 產(chǎn)生產(chǎn)車間現(xiàn)場(chǎng) 產(chǎn) 品 設(shè) 計(jì) 產(chǎn)品研發(fā)部門 工藝 規(guī) 劃2030%2030%4060%項(xiàng)目的實(shí)施周期中，約有40%60%的時(shí)間都消耗到生產(chǎn)準(zhǔn)備階段，主要的工作是生產(chǎn)工藝過程的設(shè)計(jì)規(guī)劃；在產(chǎn)品研發(fā)部門，基本上實(shí)現(xiàn)了 CAD產(chǎn)品設(shè)計(jì)；生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)

28、大量采用自動(dòng)化設(shè)備（現(xiàn)場(chǎng)總線、PLC）；但是，在生產(chǎn)規(guī)劃部門（時(shí)間消耗最長(zhǎng)的部門)的設(shè)計(jì)手段卻最為落后!數(shù)字化制造系統(tǒng)定位在提升工藝設(shè)計(jì)部門的核心能力、彌合制造鴻溝！為什么需要數(shù)字化制造？數(shù)字化制造產(chǎn)品-工藝同步開發(fā) “Digital Builds”ProductProcess數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化制造PLM策略中的關(guān)鍵元素制造執(zhí)行系統(tǒng)Point SolutionsChange Mgmt.ConfigurationCollaborationJTPLM XMLDigital Lifecycle ManagementWeb Services數(shù)字化制造工時(shí)預(yù)估操作指導(dǎo)技術(shù)發(fā)布工藝規(guī)劃資源庫(kù)工廠布局工藝

29、路線工作流質(zhì)量管理制造過程管理達(dá)成業(yè)務(wù)目標(biāo)的策略最大化利用已有的IT投資重用經(jīng)過驗(yàn)證的制造工藝與資源工程變更的快速反應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝規(guī)劃的并行開發(fā)制造過程管理全球產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)管理OEMPlant 1Plant 2SupplierPlanning & DesignManufacturingManufacturingDesign & ManufacturingInside FirewallOutside Firewall協(xié)同安全分析制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)工人需要仔細(xì)翻閱大量的圖紙、工藝文件，而且經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)工作上的失誤，造成生產(chǎn)質(zhì)量問題，影響生產(chǎn)周期現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)復(fù)雜，包括物料、設(shè)備、人員、工具、半成品

30、、成品等，缺乏有效的組織管理，無法保證信息的繼承性與可追溯性設(shè)計(jì)制造仍主要采用串行模式，設(shè)計(jì)/制造協(xié)同沒有得到體現(xiàn)，制造模式未實(shí)現(xiàn)根本轉(zhuǎn)變工藝編制仍然采用基于2D圖的卡片模式，缺乏與設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性及3D的表現(xiàn)形式，需要EBOM-PBOM-MBOM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理對(duì)產(chǎn)品的數(shù)字樣機(jī)、虛擬驗(yàn)證技術(shù)應(yīng)用不足。目前還是沿襲著過去幾十年的實(shí)物試驗(yàn)的傳統(tǒng)作業(yè)模式各環(huán)節(jié)雖然已實(shí)現(xiàn)數(shù)字量傳遞，但仍存在信息孤島現(xiàn)象，未打通數(shù)字化制造生產(chǎn)線，模擬量傳遞依然大量存在國(guó)防工業(yè)制造制造過程管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)生命周期集成化的產(chǎn)品/生產(chǎn)定義CADCAEBOPSoftwareOrdersPurchasingPlant BOM

31、Mass BOMPrototypeTestingERPMESSerialPlanningPlant FloorDevicesQuality設(shè)計(jì)執(zhí)行MPMManufacturing Process Management制造過程管理應(yīng)用領(lǐng)域西門子數(shù)字化制造解決方案概覽Planning &ManagementSimulation & ValidationLaunch &ProductionProcessWork InstructionsLayoutsRoboticsErgonomicsLogisticsVirtual CommissioningDimensional QualityInspectio

32、nsPLM-MES IntegrationsIssues TrackingBuild QualitySolutions to cover your manufacturing questions物理制造虛擬制造設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)接收1工藝分工2As-Planed BOM構(gòu)建3工藝設(shè)計(jì)4仿真驗(yàn)證仿真驗(yàn)證仿真驗(yàn)證BOM5MRP7生成生產(chǎn)計(jì)劃8下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃9產(chǎn)品定義管理6訂單組件計(jì)劃排程10設(shè)備運(yùn)維管理20人員管理19物料管理及追溯18生產(chǎn)過程監(jiān)控17生產(chǎn)效能分析16數(shù)據(jù)采集15生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)14質(zhì)量管理11文檔管理12生產(chǎn)調(diào)度執(zhí)行13計(jì)劃完工23反饋生產(chǎn)數(shù)據(jù)21As-Built BOM223制造過程管理業(yè)務(wù)過程描

33、述制造過程管理從虛擬演進(jìn)到現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目規(guī)劃概念設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)BOM性能仿真工藝設(shè)計(jì)工藝BOM零件工藝裝配工藝數(shù)字仿真資源管理生產(chǎn)制造質(zhì)量管理控制制造資源制造執(zhí)行過程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集服務(wù)維護(hù)維護(hù)大修計(jì)劃維護(hù)大修執(zhí)行服務(wù)數(shù)據(jù)管理制造過程管理一體化的工藝設(shè)計(jì)與管理平臺(tái)目標(biāo)1實(shí)現(xiàn)制造信息的單一數(shù)據(jù)源管理2采用并行工程，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、工藝和生產(chǎn)制造的協(xié)同3采用3D數(shù)字化工藝，提高工藝設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)操作、數(shù)控測(cè)量的效率4開展“數(shù)字化制造”，實(shí)現(xiàn)數(shù)字樣機(jī)逐步取代物理樣機(jī)5能夠自動(dòng)實(shí)時(shí)收集現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量、物料信息，并自動(dòng)記錄作業(yè)人員與作業(yè)時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的透明化管理6提高生產(chǎn)制造水平和

34、研制質(zhì)量，縮短研制周期，減低研制成本制造過程管理設(shè)計(jì)制造一體化平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)文檔排程工藝虛擬世界 物理世界制造工程制造中心維護(hù)BOM跟蹤更改計(jì)劃排程工藝仿真零件工藝規(guī)劃資源管理服務(wù)計(jì)劃、服務(wù)方法As-PlannedAs-BuiltAs-DesignedBOM 成熟度工裝設(shè)計(jì)、管理驗(yàn)證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)接收工藝分工產(chǎn)品仿真產(chǎn)品設(shè)計(jì)機(jī)電一體化設(shè)備管理與維護(hù)產(chǎn)品定義管理EBOM管理PBOM管理生產(chǎn)執(zhí)行支持產(chǎn)品研發(fā)服務(wù)計(jì)劃和執(zhí)行As-Maintained裝配工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)制造一體化平臺(tái)執(zhí)行追溯生產(chǎn)調(diào)度文檔管理數(shù)據(jù)采集、歸檔生產(chǎn)性能分析生產(chǎn)過程監(jiān)控生產(chǎn)跟蹤質(zhì)量管理刀具、工具管理DNC遠(yuǎn)程機(jī)床診斷工藝數(shù)據(jù)發(fā)放工藝更改管

35、理?xiàng)l碼管理制造過程管理一體化的工藝設(shè)計(jì)與管理平臺(tái)工裝設(shè)計(jì)CAM - NC 編程工藝仿真驗(yàn)證MES / ERP 集成檢驗(yàn)工藝卡片車間信息集成資源管理工藝設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型單一制造數(shù)據(jù)管理人員管理工藝分工Develop and Simulate Production面向工藝Develop and Simulate ProductTeamcenter BackboneMESNC-ProgramTooldataSetup Sheet. . .面向制造ERPExecute Production一體化工藝設(shè)計(jì)與管理平臺(tái)工作方式Product StructureCAD PartsProductPlanning

36、ProductionmBOMeBOPMESEWIFeedback LoopFeedbackLoop12345CNCConcurrent Engineering基于Teamcenter的一體化數(shù)字化制造解決方案最大化共享信息資源知識(shí)重用標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化降低出錯(cuò)率和成本被證明的互操作性與系統(tǒng)開放性一體化工藝設(shè)計(jì)與管理平臺(tái)基礎(chǔ)框架Teamcenter ManufacturingComplete VehicleLeft Wiper Arm Complete*Left Wiper ArmLeft Wiper BladeRight Wiper Arm Complete*Right Wiper ArmWipe

37、r Motor UnitRight Wiper BladeWiper Gear*Wiper Motor*工藝規(guī)程A1A2A3A4A5A6Plant AAssembly Line磨床電火花數(shù)控銑工作臺(tái)試車臺(tái)零件加工零件加工裝配試驗(yàn)。IPAIPAIPAIPAConsumed PartsP1P2P3P4P6Shared ResourceP5工裝工裝、機(jī)床設(shè)備產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝規(guī)程生產(chǎn)車間制造資源CAD模型Vehicle OriginLeft Wiper Axle OriginLeft Wiper ArmLeft Wiper Arm OriginLeft Wiper BladeRight Wiper Axl

38、e OriginRight Wiper ArmRight Wiper Arm OriginRight Wiper BladeWiper GearWindshield OriginWiper MotorTop Level VehicleWiper Blade (2)Wiper Arm (2)Wiper GearWiper Motor 產(chǎn)品設(shè)計(jì)BOM3PR信息模型一體化工藝設(shè)計(jì)與管理平臺(tái)制造工程3PR數(shù)據(jù)模型Rev ARev BPart AAssy ARev ARev BOp 1: Move part to machineOp 2: Machining MillingAct. 1: Assign

39、Tool AAct. 2: Assign Fix. AOp 3: Machining TurningBuilding ABuilding BLine ACell ALine BCell BOp 4: Move part to inspectionOp 5: Ship part to line ARobot 1Gun 1Mill 1Part 1Part 2Fixture libraryTool libraryTool ATool BProductProcessPlantResources一體化工藝設(shè)計(jì)與管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)化零件工藝一體化工藝設(shè)計(jì)與管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)化裝配工藝ABDEFCDBEFBCDCEF零件工藝工序工位工裝設(shè)備生產(chǎn)線工位設(shè)備EBOMPBOM工藝BOP工廠BOM工藝輔料工藝分工mBOM管理零件工藝設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證裝配工藝設(shè)計(jì)資源管理一體化工藝設(shè)計(jì)與管理平臺(tái)工藝層面主要應(yīng)用功能客戶益處基于BOM編制工藝分工；快速便捷的分工信息錄入；可以直接利用已分工的零件信息。仿真驗(yàn)證規(guī)劃工藝部門根據(jù)零件的加工特性，編制工藝路線；在分工結(jié)束后，車間自動(dòng)接收到分工組件的BOM；各車間自動(dòng)接收到各個(gè)分工組件下達(dá)的工藝編號(hào)派工任務(wù)。一體化工藝設(shè)計(jì)與管理平臺(tái)工藝分工功能客戶益處仿真驗(yàn)證規(guī)劃用戶可以維護(hù)幾個(gè)BOM結(jié)構(gòu)同時(shí)保持與主