數(shù)字化制造與西門子解決方案概覽

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需求，運用主觀掌握的知識和技能，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，則包括市場分析、經(jīng)營決策、工程設(shè)計、加工裝配、質(zhì)量控制、生產(chǎn)過程管理、銷售運輸、售后服務(wù)直至產(chǎn)品報廢處理等整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)一系列相互聯(lián)系的生產(chǎn)活動。國際生產(chǎn)工程學(xué)會1990年將制造定義為：制造是一個涉及制造工業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計、物料選擇、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、質(zhì)量保證、經(jīng)營管理、市場銷售和服務(wù)的一系列相關(guān)活動和工作的總稱。中國制造業(yè)的發(fā)展與變遷現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展趨勢

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，而是知識或信息。信息技術(shù)的水平對于制造企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)和運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)今變化莫測的市場需求。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)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)市場需求的快速變化和全球性的經(jīng)濟(jì)競爭以及高新技術(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的深度和廣度，推動制造業(yè)朝著全球化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、知識化和服務(wù)化的方向發(fā)展，從而導(dǎo)致了制造信息的表征、存儲、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)動型逐步轉(zhuǎn)向為數(shù)字信息驅(qū)動型

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)滿足各個顧客的各種不同要求的產(chǎn)品，以適應(yīng)市場的要求

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、安全等一系列問題網(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、管理、交換方式已經(jīng)不適應(yīng)時代的發(fā)展，如何逐步實現(xiàn)

企業(yè)的全數(shù)字化知識化——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，并進(jìn)行進(jìn)一

步加工、存儲、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

通過信息化推動制造技術(shù)與管理的創(chuàng)新，增強(qiáng)制造企業(yè)全球競爭力采用現(xiàn)代管理模式，將信息技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，改善制造企業(yè)的經(jīng)營、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，帶動產(chǎn)品設(shè)計創(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)的競爭力。我國“十一五”發(fā)展規(guī)劃中明確提出了要將我國建設(shè)成為創(chuàng)新型國家，強(qiáng)調(diào)我國制造業(yè)要走自主創(chuàng)新的道路，而以信息化帶動工業(yè)化是實現(xiàn)從制造向創(chuàng)新轉(zhuǎn)變的必由之路。中國制造企業(yè)的分類先進(jìn)型制造企業(yè)跟隨型制造企業(yè)成長型制造企業(yè)中國制造業(yè)面臨的制造瓶頸問題產(chǎn)品質(zhì)量難以實現(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、震動大、使用者體驗不佳產(chǎn)品試制周期長，制造工藝不穩(wěn)定通過試生產(chǎn)的方式來驗證生產(chǎn)工藝對于復(fù)雜零件，其工藝穩(wěn)定周期很長完全憑借工藝及作業(yè)人員的個人能力嚴(yán)重影響產(chǎn)品的上市周期產(chǎn)品的可制造性難以評估，工藝設(shè)計和驗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)計工藝設(shè)計時難以直觀了解現(xiàn)有工藝裝備及設(shè)備情況工藝設(shè)計結(jié)果難以進(jìn)行仿真分析，只有在實物加工時才能進(jìn)行工藝合理性驗證工藝信息用非結(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工藝知識的有效管理工藝知識主要存在于個人腦海中工藝知識會由于人員的流動而流失缺乏工藝知識的有效積累和傳承手段工藝的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)化程度較低中國制造業(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)計和驗證。在數(shù)字化制造技術(shù)的幫助下，設(shè)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(shè)計的產(chǎn)品及工藝進(jìn)行設(shè)計和驗證，使得企業(yè)的設(shè)計、工藝、制造能力相互匹配相互驗證利用數(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、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，使得工廠的生產(chǎn)效率更高。利用數(shù)字化制造技術(shù)提升設(shè)計質(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)計人員面前，讓設(shè)計人員在產(chǎn)品正式生產(chǎn)之前就可以對產(chǎn)品的可制造性進(jìn)行調(diào)整，真正實現(xiàn)面向制造的設(shè)計和面向維護(hù)的設(shè)計，從而使得設(shè)計質(zhì)量水平得以提升。利用數(shù)字化制造技術(shù)提升工藝知識管理能力數(shù)字化制造技術(shù)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，并實現(xiàn)工藝的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。并且通過對標(biāo)準(zhǔn)工藝、工序、工步的總結(jié)，形成工藝模板，實現(xiàn)工藝知識的重用，提高工藝設(shè)計效率。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，先進(jìn)的設(shè)計可以促進(jìn)工藝技術(shù)的開發(fā)，而先進(jìn)工藝技術(shù)的開發(fā)和儲備，有可為設(shè)計水平的提高創(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，工藝技術(shù)的每項重大進(jìn)展和應(yīng)用，會顯著提高產(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)展的主要動力。勞動生產(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)而實現(xiàn)的。工藝的概念工藝是勞動者利用生產(chǎn)工具對各種原材料、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；甚至同一個工廠在不同的時期做的工藝也可能不同?？梢姡湍骋划a(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，可分為：工藝工序：使勞動對象直接發(fā)生物理或化學(xué)變化的加工工序。檢驗工序：指對原料、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。運輸工序：指勞動對象在上述工序之間流動的工序。按照工序的性質(zhì)，可把工序分為基本工序和輔助工序：基本工序：直接使勞動對象發(fā)生物理或化學(xué)變化的工序。輔助工序：為基本工序的生產(chǎn)活動創(chuàng)造條件的工序。

合理劃分工序，有利于建立生產(chǎn)勞動組織，加強(qiáng)勞動分工與協(xié)作，制定勞動定額。工步的概念定義在加工表面（或裝配時的連接面）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)計工藝方案是工藝準(zhǔn)備工作的總綱，是工藝規(guī)程設(shè)計和關(guān)鍵工藝裝備設(shè)計的指導(dǎo)文件。正確的工藝方案設(shè)計，有助于系統(tǒng)地運用新的科學(xué)技術(shù)成果和先進(jìn)的生產(chǎn)經(jīng)驗，保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，提高工藝技術(shù)和工藝管理水平。設(shè)計工藝方案的依據(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；國內(nèi)外同類產(chǎn)品的工藝技術(shù)情報和工藝知識；國內(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)備到成品包裝入庫的全部工藝過程的先后順序。工藝路線的設(shè)計是設(shè)計工藝規(guī)程的關(guān)鍵，對保證產(chǎn)品質(zhì)量，合理利用設(shè)備、促進(jìn)生產(chǎn)管理和提高勞動生產(chǎn)率都有重要作用。設(shè)計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)，在計算機(jī)虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真、評估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴(kuò)展到整個產(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)計和產(chǎn)品制造之間的“鴻溝”，實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中的設(shè)計；制造；裝配；物流等各個方面的功能，降低設(shè)計到生產(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，并得以評估與檢驗，從而縮短產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化的時間，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)行市場調(diào)研與分析，根據(jù)市場需求提出產(chǎn)品的功能、性能、產(chǎn)品外形等要求，由設(shè)計部門初步設(shè)計出滿足此要求的產(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)行正確的評價；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、產(chǎn)品評價等。傳統(tǒng)產(chǎn)品必須經(jīng)過產(chǎn)品設(shè)計、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、成本高。為了縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、增強(qiáng)產(chǎn)品開發(fā)效益、提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，人們在產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品性能分析、產(chǎn)品物理模型的制作等方面采用了計算機(jī)進(jìn)行輔助工作，如三維CAD、CAE、快速原型（rapidprototyping,RP）技術(shù)等。這些技術(shù)的運用大大縮短了新產(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、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、數(shù)字分析、數(shù)字實驗、數(shù)字加工、數(shù)字裝配、數(shù)字檢測、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)用層三個層次。物理層是面向計算機(jī)具體實現(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。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)計工程師開發(fā)出來的設(shè)計視圖更多地強(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的零件和整個生產(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，制造活動的核心已經(jīng)從商品的實物生產(chǎn)轉(zhuǎn)移到知識的系統(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、加速對市場需求的響應(yīng)等，為用戶創(chuàng)造價值。制造業(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物制造，而是產(chǎn)生知識與信息加工。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，也是市場競爭所必需的，這就產(chǎn)生了“數(shù)字工廠”這一概念。制造企業(yè)將來的競爭力就取決于建立在實體工廠之上的數(shù)字工廠的運轉(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)字工廠建立在用計算機(jī)完成產(chǎn)品整個開發(fā)和“制造”過程的構(gòu)思基礎(chǔ)上。他要求在計算機(jī)中建立產(chǎn)品數(shù)字模型、對模型進(jìn)行分析，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計方案，并且在數(shù)字狀態(tài)下進(jìn)行“試驗”和“制造”，然后再對設(shè)計重新進(jìn)行組合或者對制造過程進(jìn)行改進(jìn)。數(shù)字工廠是指用計算機(jī)的數(shù)字模型來設(shè)計和制造整個產(chǎn)品，它通過建立在計算機(jī)上的產(chǎn)品數(shù)字模型樹和結(jié)構(gòu)樹，對產(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)境下對產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行重組，產(chǎn)生出新一代產(chǎn)品。同時它通過采用仿真技術(shù)等，對產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化制造、數(shù)字化裝配，對產(chǎn)品進(jìn)行“試驗”和“制造”。由于產(chǎn)品在設(shè)計過程中已經(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)計質(zhì)量、工藝試驗等所造成的時間和經(jīng)濟(jì)上的浪費。數(shù)字工廠的模型現(xiàn)有工廠的物流部分稱為有形工廠（physicalfactory），工廠的輸入一端是原料或半制成品，通過設(shè)計、加工及質(zhì)量檢驗等工序，把制成品交到顧客手上。制成品的價格減去原材料及加工等工序所需的費用，就是企業(yè)的利潤。當(dāng)有形工廠規(guī)模達(dá)到某一程度時，例如，產(chǎn)品種類增加、企業(yè)的垂直整合、市場擴(kuò)大等，工廠要處理的除了產(chǎn)品設(shè)計、材料加工及質(zhì)量問題外，更大部分的時間及資源會用在對產(chǎn)品細(xì)節(jié)、客戶市場及生產(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，如何外發(fā)等。這個在有形工廠上運作的作業(yè)系統(tǒng)或信息流，可稱為“數(shù)據(jù)工廠”(datafactory)。我們所熟悉的CIM、MRPII及ERP系統(tǒng)正是數(shù)據(jù)工廠的一種外在形式。在數(shù)據(jù)工廠中，利用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)，實現(xiàn)了工廠管理制度的系統(tǒng)化及自動化。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)點是：可以減少從訂貨到交貨的時間；柔性地響應(yīng)對產(chǎn)品型號和數(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；立即使競爭優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為盈利能力的提高。數(shù)字工廠的組成數(shù)字化工廠是一個集成化的計算機(jī)環(huán)境，它用于生產(chǎn)工程的各個環(huán)節(jié)，在不同的層級(小到操作步驟，達(dá)到生產(chǎn)單元、生產(chǎn)線乃至整個工廠)進(jìn)行設(shè)計、仿真、分析和優(yōu)化。它從并行工程的基本觀點出發(fā)，在產(chǎn)品的設(shè)計階段就同時考慮和解決生產(chǎn)工程的問題，包括工藝過程設(shè)計、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層次：工廠級：對整個制造廠進(jìn)行設(shè)計、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)計劃和成本等問題。生產(chǎn)線級：建立詳細(xì)的生產(chǎn)線模型，評估不同的制造工藝，對運行中的生產(chǎn)線進(jìn)行可視化、仿真和優(yōu)化。加工單元級：設(shè)計單元的所有加工細(xì)節(jié)，包括設(shè)備、手動操作、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：在單元環(huán)境下設(shè)計、優(yōu)化某一特定操作，如焊點布局、焊槍運動路徑等。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，造成了多個信息孤島，使得企業(yè)信息存在壁壘，信息流動困難，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，信息流動效率較低，系統(tǒng)間協(xié)同工作較為困難。不能實現(xiàn)以三維工程數(shù)據(jù)為核心的數(shù)據(jù)共享和重用，虛擬驗證過程較少，產(chǎn)品交付周期較長。第三階段：集成化應(yīng)用階段統(tǒng)一平臺，以PLM/ERP/MES系統(tǒng)為核心實現(xiàn)系統(tǒng)間緊密集成，信息流動高效順暢，以三維工程化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度共享和重用。什么是數(shù)字化制造?“DigitalManufacturingisaninitiativetoprovidesolutionsthatsupporteffectivecollaborativemanufacturingprocessplanningbetweenengineeringdisciplinessuchasdesignandmanufacturing.Thisrequiresaccesstothefulldigitalproductdefinition,includingtoolingandmanufacturingprocessdata…”“數(shù)字化制造是一項創(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。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)...”“DigitalmanufacturinghasbecomeakeycomponentofProductLifecycleManagementorPLM.”“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)字制造定義數(shù)字制造是用數(shù)字化定量、表述、存儲、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)化運作，以制造過程的知識融合為基礎(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、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、快速原型、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)支撐下，根據(jù)用戶的需求，對產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃和重組，實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計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)品的整個制造過程。集成化的產(chǎn)品/生產(chǎn)定義CADCAEBOPSoftwareOrdersPurchasingPlantBOMMassBOMPrototypeTestingERPMESSerial

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DevicesQuality設(shè)計執(zhí)行MPMManufacturingProcessManagement數(shù)字化制造

產(chǎn)品-工藝同步開發(fā)…“DigitalBuilds”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

SolutionsChangeMgmt.ConfigurationCollaborationJTPLMXMLDigitalLifecycleManagementWebServices數(shù)字化制造工時預(yù)估操作指導(dǎo)技術(shù)發(fā)布工藝規(guī)劃資源庫工廠布局工藝路線工作流質(zhì)量管理

項目周期的時間比例自動化程度

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)計生產(chǎn)計劃(產(chǎn)品、進(jìn)度、資源)工藝資源(設(shè)備、工裝、刀量具)工藝計劃，工藝審查、產(chǎn)品生產(chǎn)生產(chǎn)車間現(xiàn)場

產(chǎn)品設(shè)計

產(chǎn)品研發(fā)部門

工藝規(guī)劃20~30%20~30%40~60%項目的實施周期中，約有40%~60%的時間都消耗到生產(chǎn)準(zhǔn)備階段，主要的工作是生產(chǎn)工藝過程的設(shè)計規(guī)劃；在產(chǎn)品研發(fā)部門，基本上實現(xiàn)了CAD產(chǎn)品設(shè)計；生產(chǎn)現(xiàn)場大量采用自動化設(shè)備（現(xiàn)場總線、PLC）；但是，在生產(chǎn)規(guī)劃部門（時間消耗最長的部門)的設(shè)計手段卻最為落后!數(shù)字化制造系統(tǒng)定位在提升工藝設(shè)計部門的核心能力、彌合制造鴻溝！為什么需要數(shù)字化制造？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)計與生產(chǎn)管理OEMPlant1Plant2SupplierPlanning&DesignManufacturingManufacturingDesign&ManufacturingInsideFirewallOutsideFirewall協(xié)同安全分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品配套的零件品種和數(shù)量眾多，機(jī)電一體化產(chǎn)品；生產(chǎn)工藝復(fù)雜，包括機(jī)加（車、銑、磨）、鍛鑄、電加工、熱表、焊接、裝配、試車等多種工藝；生產(chǎn)組織復(fù)雜，多品種、小批量，研制與批產(chǎn)混合生產(chǎn)；涉及多種制造資源之間的協(xié)調(diào)，相互制約；產(chǎn)能與產(chǎn)需矛盾突出；制造過程管理

現(xiàn)代制造的特點制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)現(xiàn)場工人需要仔細(xì)翻閱大量的圖紙、工藝文件，而且經(jīng)常會出現(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)場的數(shù)據(jù)復(fù)雜，包括物料、設(shè)備、人員、工具、半成品、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)計制造仍主要采用串行模式，設(shè)計/制造協(xié)同沒有得到體現(xiàn)，制造模式未實現(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)管理對產(chǎn)品的數(shù)字樣機(jī)、虛擬驗證技術(shù)應(yīng)用不足。目前還是沿襲著過去幾十年的實物試驗的傳統(tǒng)作業(yè)模式各環(huán)節(jié)雖然已實現(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防工業(yè)制造制造過程管理

產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)生命周期集成化的產(chǎn)品/生產(chǎn)定義CADCAEBOPSoftwareOrdersPurchasingPlantBOMMassBOMPrototypeTestingERPMESSerial

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DevicesQuality設(shè)計執(zhí)行MPMManufacturingProcessManagement制造過程管理

應(yīng)用領(lǐng)域制造過程管理

一體化的工藝設(shè)計與管理平臺工裝設(shè)計CAM-NC編程工藝仿真驗證MES/ERP集成檢驗工藝卡片車間信息集成資源管理工藝設(shè)計產(chǎn)品設(shè)計模型單一制造數(shù)據(jù)管理人員管理工藝分工DevelopandSimulateProduction面向工藝DevelopandSimulateProductTeamcenterBackboneMESNC-ProgramTooldataSetupSheet...面向制造ERPExecuteProduction制造過程管理

一體化的工藝設(shè)計與管理平臺目標(biāo)1實現(xiàn)制造信息的單一數(shù)據(jù)源管理2采用并行工程，實現(xiàn)設(shè)計、試驗、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、現(xiàn)場操作、數(shù)控測量的效率4開展“數(shù)字化制造”，實現(xiàn)數(shù)字樣機(jī)逐步取代物理樣機(jī)5能夠自動實時收集現(xiàn)場的質(zhì)量、物料信息，并自動記錄作業(yè)人員與作業(yè)時間信息，實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場實時監(jiān)控，達(dá)到生產(chǎn)現(xiàn)場的透明化管理6提高生產(chǎn)制造水平和研制質(zhì)量，縮短研制周期，減低研制成本制造過程管理

從虛擬演進(jìn)到現(xiàn)實產(chǎn)品設(shè)計項目規(guī)劃概念設(shè)計詳細(xì)設(shè)計設(shè)計BOM性能仿真工藝設(shè)計工藝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)控數(shù)據(jù)采集服務(wù)維護(hù)維護(hù)大修計劃維護(hù)大修執(zhí)行服務(wù)數(shù)據(jù)管理制造過程管理

設(shè)計制造一體化平臺架構(gòu)設(shè)計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跟蹤更改計劃排程工藝仿真零件工藝規(guī)劃資源管理服務(wù)計劃、服務(wù)方法As-PlannedAs-BuiltAs-DesignedBOM成熟度工裝設(shè)計、管理驗證設(shè)計數(shù)據(jù)接收工藝分工產(chǎn)品仿真產(chǎn)品設(shè)計機(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)計劃和執(zhí)行As-Maintained裝配工藝規(guī)劃設(shè)計制造一體化平臺執(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)放工藝更改管理條碼管理物理制造虛擬制造設(shè)計數(shù)據(jù)接收1工藝分工2As-PlanedBOM構(gòu)建3工藝設(shè)計4仿真驗證仿真驗證仿真驗證BOM5MRP7生成生產(chǎn)計劃8下達(dá)生產(chǎn)計劃9產(chǎn)品定義管理6訂單組件計劃排程10設(shè)備運維管理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14質(zhì)量管理11文檔管理12生產(chǎn)調(diào)度執(zhí)行13計劃完工23反饋生產(chǎn)數(shù)據(jù)21As-BuiltBOM223制造過程管理

業(yè)務(wù)過程描述一體化工藝設(shè)計與管理平臺

工作方式ProductStructureCADPartsProductPlanningProductionmBOMeBOPMESEWIFeedbackLoopFeedbackLoop12345CNCConcurrentEngineering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重用標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化降低出錯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)計與管理平臺

基礎(chǔ)框架——TeamcenterManufacturingCompleteVehicleLeftWiperArmComplete*LeftWiperArmLeftWiperBladeRightWiperArmComplete*RightWiperArmWiperMotorUnitRightWiperBladeWiperGear*WiperMotor*工藝規(guī)程A1A2A3A4A5A6PlantAAssemblyLine磨床電火花數(shù)控銑工作臺試車臺零件加工零件加工裝配試驗。。。。IPAIPAIPAIPAConsumedPartsP1P2P3P4P6Shared

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VehicleOriginLeftWiperAxleOriginLeftWiperArmLeftWiperArmOriginLeftWiperBladeRightWiperAxleOriginRightWiperArmRightWiperArmOriginRightWiperBladeWiperGearWindshieldOriginWiperMotorTopLevelVehicleWiperBlade(2)WiperArm(2)WiperGearWiperMotor

產(chǎn)品設(shè)計BOM3PR信息模型一體化工藝設(shè)計與管理平臺

制造工程－3PR數(shù)據(jù)模型RevARevBPartAAssyARevARevBOp1:MoveparttomachineOp2:MachiningMillingAct.1:AssignToolAAct.2:AssignFix.AOp3:MachiningTurningBuildingABuildingBLineACellALineBCellBOp4:MoveparttoinspectionOp5:ShipparttolineARobot1Gun1Mill1Part1Part2FixturelibraryToollibraryToolAToolBProductProcessPlantResources一體化工藝設(shè)計與管理平臺

結(jié)構(gòu)化工藝工藝分工mBOM管理零件工藝設(shè)計仿真驗證裝配工藝設(shè)計資源管理一體化工藝設(shè)計與管理平臺

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，車間自動接收到分工組件的BOM；各車間自動接收到各個分工組件下達(dá)的工藝編號派工任務(wù)。一體化工藝設(shè)計與管理平臺

工藝分工功能客戶益處仿真驗證規(guī)劃用戶可以維護(hù)幾個BOM結(jié)構(gòu)同時保持與主工