西门子数字化工厂-数字化车间-先进制造技术.ppt

Company2020年2月10日星期一Location 制造过程管理 MPM 数字化工厂 北京迪基透科技有限公司刘端贵010 63788806售经理 目录 数字化工厂 的概念 1 2 3 4 汽车解决方案 国内外企业的成功案例 效益分析 数字化工厂 产生的背景制造业对一个国家的经济和政治地位至关重要 以及它在21世纪工业生产中的决定性的地位和作用 很多国家尤其是美国等西方发达国家都把制造业发展战略列为重中之重 随着各种现代制造技术与软件系统产生 研究与实践的不断深入 数字化工厂 MPM 技术与系统也就应运而生了 数字化工厂 技术与系统作为新型制造技术与系统 是制造业迎接21世纪挑战的有效手段 有助于解决目前存在的以下一些问题 1 MPM的概念 ManufacturingProcessManagement 1 MPM的概念 ManufacturingProcessManagement 制造系统投资较大 在系统正式建立与运行之前 难以对这些系统建立后所取得的效益及风险进行确实有效的评估 不能在产品设计开发的各个阶段 把握产品制造过程各个阶段的实况 不能确实有效地协调设计与制造各阶段的关系 以寻求企业整体全局最优效益 难以在产品正式投产与上市之前 完成产品的设计与生产规划 模拟出产品的制造 使用等未来全过程 发现可能存在的问题 可制造性 成本 效益与风险等 难以准确评估工厂的制造潜能 how 数字化工厂 的IT背景结构 PointSolutions BillofMaterials BOM specific what ProductStructurefamilyof whats 做什么 怎么做 在哪做 何时做 产品数据管理 企业资源管理 UG PRO E CATIA 工艺规划 作业计划 MPM how eMS BillofMaterials BOM specific what ProductStructurefamilyof whats 数字化工厂 制造 服务器 TheeMPowerTM数字化工厂应用软件为制造商及其供应商提供了一个制造工艺平台 使企业能够对整个制造过程进行设计 模拟仿真和管理 并将制造信息及时地与相关部门 供应商共享 传递与发布 虚拟制造并行工程 统一的底层数据库 解决方案的结构体系 时间规划 生产计划 生产线规划 规划管理 工艺规划 变更管理 成本分析 文件传输 制造网络服务器 结构体系 工艺规划包 规划设计包 工艺规划 生产计划 混产规划 资源平衡 工时管理 变更管理 成本分析等 CADCAM PDM MicrostationAutocad 工厂 生产线 工位 资源 工厂布局生产线布局 动态装配 工位仿真人机工程 工程模拟仿真包 生产 物流仿真包 产能分析仿真计划调度规划仿真 协同作业包 质量检测包 制造过程管理的构架 MPM拥有专业的汽车制造过程解决方案 Assembly总装解决方案 Carbody白车身解决方案 白车身 喷漆 总装 冲压 Machining发动机解决方案 lant物流解决方案 覆盖了汽车生产的所有制造过程 冲压 白车身 总装 动力系统 喷漆 质量 国内汽车制造领域的需求 为了迎接市场的挑战进一步减少成本和提高生产率 各制造企业都在寻求更好的技术来对其生产制造领域进行支持和改进 我们应用 数字化工厂 解决方案所达到的目标是 提高生产制造能力 优化生产线的设计 缩短生产线设计规划的时间 减少投资成本 对项目的风险可进行精确的预测和控制 建立统一高效的制造信息平台 各部门协同作业 缩短新产品投放市场的时间 国内汽车制造企业在制造领域存在的问题 工艺规划手段陈旧落后产品的制造规划基本上以人工手段为主 所有的策划过程如工艺规划 工时分析 工位布局 生产线行为分析 物流性能分析 焊接管理 工程图解 产品配置管理 产品变更管理 工程成本分析等都以传统的方式进行 各过程的人员 各自进行设计 再经过协调综合形成最后方案 各个过程极易造成联系疏散孤立 特别是相关工艺信息的查询 传输上 基本上以纸样 磁盘为媒介 没有统一的数据平台 不具备完善的项目风险控制机制项目的立项 实施过程中没有很好的仿真手段来对工程风险进行预测 在多项目方案优选时不能对特定参数进行量化的精确对比 项目协同能力差同一工程项目所涉及的各个专业间的联系 协调 信息沟通 协作水平只有依靠协调人员的经验来决定 而且很难对以往的工艺 工装设备重复利用并进行标准化储备 没有成熟的工艺规划系统和工艺规划数据平台 应用 数字化工厂 解决方案可实现 1实现工艺规划的信息管理 利用 数字化工厂 软件建立一个完整的规划和制造工艺信息平台 利用此信息平台规划和工艺人员可方便地进行信息查询 如针对某一焊点 在系统中可以快捷地查询到与此焊点相关的零件 焊枪 操作工位 工装卡具 并可分析此焊接操作的时间及成本 可以对产品零件进行三维浏览 可以对所关心的工装卡具 焊枪等设备进行二维或三维的浏览 对生产线和工位布局进行三维二维浏览 可方便地查询零件信息 零件的状态 材料 厚度 可方便地查询制造特征的信息 焊点位置 搭接零件 可方便地查询工装卡具信息 工装卡具的形状 位置 成本 维修率 加工工时 2工艺规划的计算机辅助设计 l应用此解决方案进行工艺设计 如根据输入的产品零件信息 装配信息和工厂资源信息编制制造工艺规划和工艺流程设计并进行工艺检查 可编制工艺规划 工艺流程图PERT图 EBOP表 可进行生产线和工位的布局设计 2D 3D 3实现工艺规划的变更管理 l实现产品变更管理 可对不同配置的车型或经过设计更改的车型实现动态的和及时的工艺信息更改 从而在生产过程中对因产品更改引起的工艺更改进行精确的管理和控制 可自动地对变更前后的产品信息进行对比 找出工艺的变化点 可对同一车型的不同配置方案作出不同的工艺规划 并对其优化以利于柔性制造 4工艺规划的焊接管理 白车身解决方案 进行焊接管理 如对焊枪 变压器 控制器 电缆 机器人 工装卡具等进行优化选择 管理并实现标准化工作 根据焊点优化选择焊接资源 将焊点沿生产线分配 进行权衡和追踪 可进行焊点一致性检验 防止错焊 漏焊 可进行焊点分布的连续性检验 5工艺规划的详细工程分析和工艺验正1 进行工程操作仿真2 进行工程运动干涉检查3 对关键部位进行动态切面分析4 操作可接近性检验5 装配顺序检验6 机器人运动路径优化和离线编程7 机加工NC路径仿真和数控编程 l利用 数字化工厂 软件可编制各种工艺文件 如焊接工程图解 焊接操作图册 白车身制造流程 工艺规划 成本核算 工时分析等文件 2D生产线及工位布局图等 l实现相关部门的制造信息共享 信息的及时发布与沟通 提高协同工作的效率与工作质量 在规划设计时进行成本分析 自动生成各种报表 设计规划 成本分析 生产线产量 操作顺序 排产计划 总成本 单项成本变量 6工艺规划的各种文件的输出 ll通过网络以电子文档的形式及时发布工艺信息和工作指导 网络协同制造的文件报告 全面的制造过程管理 工艺细节设计 生产性能分析 生产制造流程及分析 制造工艺过程设计 车间制造 软件具有统一的数据库 数字化工厂数据库 决策层 经理 工程师 车间 工作指导 工程实施 制造过程设计 项目评审及检验 立项 制造流程开发 工艺细节分析 车间生产 生产性能分析 产品制造流程及分析 生产计划和工艺编制 MPM制造过程管理具有层次性的信息协作 虚拟制造流程 产品信息 制造过程设计 成本分析 项目计划 文件 装配分析 工艺过程仿真 人机工程分析 细节规划 工厂 白车身解决方案 应用于白车身生产准备和生产制造 提供了完整的白车身制造工程的规划 设计 管理及项目跟踪的团队协同制造环境 主要解决白车身焊接生产线的工艺规划 焊接管理 焊接仿真和装焊线的布局 同时应用物流模块对整个生产线进行物流分析和优化 BIW Bodyinwhitesolution 白车身制造过程描述 网络化的协同制造企业和最佳的项目管理流程 工程细节 生产线建立及平衡 评估及计划优化 工艺过程 白车身装配工作流程 白车身解决方案的构成 CADUnix PCDetaileddesignanddrawingsofGun Tooling PC 28 白车身解决方案的应用将给企业带来了巨大的实际效益 具体体现为 完整的工厂 生产线2D 3D布局图 节省时间40 Audi 在产品设计过程中 可以提早进行工艺规划 规划时间减少60 BMW 减少项目规划的工作量30 BMW 综合的焊接管理 减少焊接信息查询的时间75 LineBuilder 加强焊点管理 减少丢失焊点80 Paslin 提高资源的利用率85 Audi CHRYSLER 与制造仿真的集成 减少规划时间50 MAZDA BMW 总装解决方案 应用于总装的工艺规划 提供了完整的总装制造工程的规划 设计 管理及项目跟踪的团队协同制造环境 主要解决总装生产线的工艺规划 多车型混线生产管理 复杂的物流仿真优化 根据定单的排产计划和总装线的布局 FA FinalAssemblysolution 总装计划流程 首次生产线平衡 主要变量设计 主要操作分配 操作定义 采购 概念检验 物流计划编制 计划和资源分配 生产线流程验证 工位和操作设计 工艺文件 工作流程布置 与计划之间进行通信 把生成的工作流程发送到车间 网络化协同制造企业的项目及更新管理 工程 规划 操作 总装解决方案的功能 减少了用于验证装配可行性的模型数量 对复杂的装配干涉问题进行仿真 早期预测和消除工程风险在规划过程中考虑了多种方案的优选早期的人机制造环境的考虑解决多车型同线混装的工艺方案设计和排产计划的制定效益 减少了生产原型减少了工程冲突发生率装配工艺的早期验证简单安全的装配路径可根据定单安排生产优化总装生产线的物流系统缩短生产准备周期 发动机解决方案 应用于发动机的机加工工艺规划和发动机总装装配工艺规划 提供了完整的发动机机加工和装配工艺规划 仿真 管理及项目跟踪的团队协同制造环境 主要解决发动机机加工生产线和装配生产线的工艺规划 加工策略优选 刀具和工装卡具优选与NC刀路仿真和机加工线 装配先的线平衡 同时应用物流模块对整个生产线进行物流分析和优化 Prowertrainsolution Machining 我们的目标是提供发动机生产线和装配线的设计 优化以及质量管理的全面的制造过程解决方案 产品详细设计 发动机制造工艺过程管理在生产中的实现 产品功能定义 概念设计 CAE 产品前期设计 产品设计完成 模具设计 机加工工艺过程规划 机加工工艺过程仿真 验证工艺过程 验证工艺过程仿真 车间工艺资源设计 加工设计 装配工艺过程规划 装配工艺过程仿真 生产实施 发动机解决方案的效益 缩短项目时间 针对新产品 产品 协同工艺设计 并行工程 降低投资成本 缩短生产线的调试时间和提高产量 加工特征自动识别 利用典型经验知识库 提高加工精度 减少新的刀具和卡具的设计制造 创建标准化的工作流程和进行信息共享 通过制造工艺规划部门与产品设计部门的充分协作 可避免不必要的设计更改 有利于充分利用现有的和标准化的制造资源和工艺模板进行新产品的工艺规划和制造 减少和优化机床的数量与布局换刀次数最小化减少机床工作台面的旋转减少刀具无效运动的时间和距离优化操作次序进行数控仿真 减小工程风险进行生产线平衡分析和优化进行生产线物流优化 冲压模块 冲压生产线仿真与模具运动校核 在设计阶段可进行更好的信息沟通 通过3D浏览 可进行早期的设计错误检查 冲突分析 可方便地进行运动学优化可同步地进行工艺设计减少冲压生产线的建立与调整时间优化工作循环时间 喷漆模块 对喷漆进行仿真 优化漆膜厚度和喷漆路径优化选择喷漆工具对自动化的喷漆线进行快速精确的工艺规划 Painting eM Plant物流仿真模块原理 应用仿真工具 可以对复杂的生产制造系统进行模拟仿真优化并可以进行快速有效的分析验证 真实的制造系统 分析结果量化 仿真模型 eM Plant物流仿真模块 eM Plant物流仿真模块的功能和作用 对复杂的制造体系进行快速建模 如车身线 总装线 发动机线等 对生产线的制造能力进行评估分析和优化生产线的缓冲区尺寸找出瓶颈点并进行优化制定最佳的物流控制策略定义精确的制造系统参数 如生产线实际需要多少工人 设备 控制器等 数字化工厂 软件 MPM 在全球汽车行业的应用 数字化工厂 软件在全球汽车行业的应用 AUDI COMAUABB Suppliers KoltonBarHMSMSXJSMcNamara COMAUGermany FAW一汽集团 EDAG COMAUITALY 一汽大众 SAIC 上海汽车工业集团 数字化工厂 软件在全球汽车行业的应用 SAIC 一汽大众 在美国 福特 Ford 装配解决方案FinalAssembly BIW MACHINING01 05开始实施协同作业方案 eMS 通用汽车 GM 白车身解决方案Body in white UG 克莱斯勒 Chrysler 白车身解决方案Body in white CATIA 美国通用汽车及其供应商 OEM PPH PPH PPH CPH CPH CPH CPH Underbody Closures SideParts Framing TDH 每一个车型项目都由一个PPH和四个CPHs共同完成 PPH 工艺设计部门CPH 生产线制造安装商TDH 工具设计部门 2001年7月美国通用汽车GM的所有供应商开始使用MPM系统以配合GM的协同制造要求 美国克莱斯勒汽车公司 在白车身 冲压方面长期 广泛地采用了Tecnomatix公司的MPM制造过程管理解决方案刚刚签署了用于大型车制造的MPM制造过程管理软件合同在吉普Jeep车型上开始了总装解决方案的开发应用 获得的收益 生产准备时间减少到4 6周产品投放市场的时间周期减少到16 18个月使75 的车型通过公用制造平台进行柔性制造与Daimler 德国 进行技术信息 制造系统和工艺经验德共享用少于25天的时间进行车型制造的生产线转换增加50 的单车利润每年减少20 的规划投入每年减少5 装配成本 福特汽车 Ford TX在美国最早的合作伙伴之一 白车身解决方案 发动机解决方案 总装解决方案2001年五月开始实施协同作业方案 Ems今年初刚与TX签定了五千万美圆的合同 在五年内实现全面的数字化制造信息平台 在日本 本田 车身解决方案发动机 总装解决方案 马自达 白车身 发动机 装配解决方案现在所有的工程项目在实施前必须进行100 的仿真检验 平均一个车型在投产前要进行20000个仿真检验 投产周期平均缩短了30 在日本尼桑的成功应用 利用机器人生产线仿真工具 ROBCAD 为34个机器人设计了1200个程序 每个机器人上都超过了20个 在一条生产线上可以同时制造四种车型 建立生产线从5个月变成了3个月 程序设计时间缩短25 优化时间缩短30 NISSANSHATAI 日本 在德国 VW大众汽车解决方案已成功地全面实施开始进行IT环境的系统集成应用此软件进行供应商系统的评价VW轿车 卡车系列开始使用MPM并应用于生产线物流管理Skoda斯柯达已经开始采购MPM软件解决方案 车身解决方案总装解决方案 在德国 BMW宝马汽车 应用 数字化工厂 的历史 BMW于1997年开始在白车身和总装系统应用TecnomatixeM Power解决方案 在1998年BMW和Tecnomatix开始成为合作伙伴eM Planner已经在BMW的最重要的项目部门广泛应用 包括三大产品系列的7个车型和所有的变形车系列 现在有165个eM Planner的实际应用者在BMW工作此解决方案担负了BMW的所有项目管理和规划工作 在德国 Audi奥迪已经完成了白车身解决方案第二阶段的实施工作所有的供应商都使用了MPM解决方案来配合奥迪的生产制造 在法国 PSA集团 标致 雪铁龙汽车公司白车身 总装 发动机解决方案已全面应用雷诺 总装 白车身解决方案 在意大利 菲亚特 白车身 动力总成解决方案Car BodySolutionMachiningSolution依维克 装配解决方案 AssemblySolution 在韩国 现代汽车 白车身 装配和动力总成解决方案Car BodyAssemblyMachining KIA企亚完成了用于eDM项目的白车身解决方案的第一阶段采购正计划白车身解决方案第二阶段的采购和总装解决方案的实施 在中国 上海大众 生产线仿真eM plant SiMPLE 1999年机器人生产线仿真 eM Workplace Robcad 2000年发动机解决方案 2001年白车身解决方案 2003年白车身解决方案深化应用 2004上海汽车工业集团 2003 2004年 白车身解决方案 在中国 一汽集团 2002年5月应用 白车身解决方案 Bodyinwite 现在一汽集团规划部进行实施工作一汽大众 2004 正在进行 白车身解决方案 的项目一汽解放 2004物流解决方案 西区新总装 一汽轿车 白车身解决方案 实施 数字化工厂 制造过程管理项目将为国内汽车制造企业带来巨大的收益 如何获取最佳效益 提高制造工艺规划水平对当前的工艺经验进行捕捉并进行重复利用 在将来的项目中 在项目开展的早期对所存在的风险和错误进行检验 沟通和改进可以在5天时间内完成生产线的初步规划 过去则需4 6周减少项目投资成本应用此软件可快速 准确和高效地对项目进行投资评估对典型工艺和资源数据进行重复利用应用标准化的工艺模板和工艺经验减少无效的重复劳动减少项目流程时间用先进的软件解决方案取代了人工的手工劳动在对工装卡具的数据验证后可立即进行这些制造资源的设计制造在项目早期阶段使各个部门的人员进行信息共享 企业将从以下三个方面获得收益 并行工程减少试生产时间缩短生产准备周期减少工艺规划时间 最大限度地减少了工程更改量减少了人工操作量减少了原型车的使用可重复利用生产设备 减少重复工作建立典型工艺 经验库信息共享生产线和工艺摸板的快速拷贝 减少操作成本 提高工艺验证水平通过以下方法提高生产能力 更好的数据管理使用更好的软件工具来提高工艺设计和工艺确认能力利用先进工艺知识库来提高效率和质量对现有工艺进行捕捉和重复利用在生产制造的早期阶段对工艺进行模拟 测试仿真 优化改进在5天的时间内对整条生产线进行设计验证 现在为4 6周 减少投资成本 缩短生产验证时间对现有的工装卡具进行重复利用更精确的成本评估分析减少因工程更改而发生的制造费用在产品设计的同时进行工艺验证提高产品设计部门与产品制造部门间的协作水平减少产品原型提高虚拟仿真的水平 提高工艺质量 通过以下途径消除工艺缺陷 进行实时的工艺过程跟踪 及时更新工艺数据利用数字化的模拟仿镇对工艺进行早期优化通过各部门协同工作提高工艺规划水平使工艺工程部门与生产车间有更好的信息交流 协作渠道 实现并行制造 减少项目时间 对典型工艺进行重复利用更快更轻松地得到三维数据自动地进行数据传输 减少生产准备时间 提高工艺预显和工艺验证水平在生产准备期间减少工程失误减少重复工作的时间减少工程更改量减少工位调整和卡具调整时间使车间专家在产品设计时对制造工艺进行早期设计和模拟使制造专家早期介入工艺设计与生产线制造商和工厂设计院进行信息共享 价值评估 减少操作成本减少投资成本提高工艺质量减少项目时间减少生产准备时间减少产品转换的制造时间 生产能力由以下因素制约 减少项目时间产品面市时间 从设计冻结到投放市场 生产准备时间 ramp uptime 在同一条生产线上进行不同车型的制造卓越的物流供应管理瓶颈管理缓冲区容量设计管理 制造费用由以下因素制约 每个项目中的人工时间质量成本投资成本空间利用率生产制造的直接成本厂房建设的生产线运转的成本产品制造速度库存管理水平 生产能力制造费用 利润 产品投放市场的时间变化 资料源于 华尔街周刊 美国密西根管理协会 50 40 30 20 10 产品投放市场的时间 月 Generation 48M 36M 很容易达到 2 36M 24M 进行工程改进 3 24M 12M 应用虚拟制造 1 在生产规划和工程制造阶段获得收益 在生产规划和工程制造阶段的收益 所有的工艺信息有一个统一的数据平台所有的规划根据是高度集成的制造方案可从多个方案中优化选择现有的工艺信息和以前的知识库可被重复利用工艺信息可被所有的过程参与者共享 在生产规划和工程制造阶段的收益 期待的收益 可避免发生的成本费用 减少15 的项目规划成本以 70M的总装项目为例 可节省 10 5M的项目规划费用15 的总节省费用体现在第一个项目中为 1 57M 减少项目投资成本 减少5 的项目投资成本 供应商40 22 4M 减少工程更改通过网络对设计进行验证典型工艺的重复利用和标准化 5 1M 工装卡具30 16 8M 对焊枪 卡具的重复利用减少错误发生率进行变更监控提高工装设计的可靠性 6 1M 人工工时25 14M 电子工艺过程表减少装配强度将错误率最小化 5 0 6M 场地成本5 2 8M 通过仿真提高空间利用率 改善物流设计方案使场地设计与工艺设计同步进行 2 0 5M 例 项目总投资为 56M 投资费用的节省 缩短生产准备时间 在生产准备期间的汽车生产能力 生产准备 目标产量 1500辆 天 25 TPrate 50 TPrate 75 TPrate 成本 目标 生产准备开始 时间 生产准备 6 9周 生产准备 9 15周 Bestcase 目标 主要原因 工艺不成熟工艺经验需逐步积累大量的工程变更和工艺调整 生产准备 生产 进行优化前的生产准备 StartofRampUp SRU SRU 3weeks 进行优化后的生产准备 Ramp Up Production SRU 6 9weeks SRU 9 15weeks 实际成功案例 1 德国宝马 BMW 汽车 减少工艺规划时间 22 减少项目规划时间 50 减少规划工作量 10 减少规划投资 5 减少多系列产品规划投资 5 实际成功案例 德国宝马 BMW 汽车 减少了生产准备时间企业获得的效益 1 减少了一周的生产准备时间 可提前一周 5天 正式投产 2 正式投产期间每天生产1500量车 正式投产后每量车比在生产准备时减少制造费用 2000 生产准备期间每天可生产500量车 每量车的制造费用为 3000 采用白车身解决方案后可节省10 整个生产准备期间节省的投资计算如下 5X days 1500 car day 2 000 22 500 000 10 70 days 500 av Car dayduringram upperiod 3 000 10 500 000共为 33 000 000 三千三百万美圆 l提高了项目规划效率与能力 企业获得的效益 企业有80位规划人员 每位规划者每年用在工作中的费用为 120 000 因为采用了工艺规划模块 提高了工作效率与质量 每人可节约20 的费用 获得的效益计算如下 80 planner 120 000 plannercost year 20 increaseproductivity 1 900 000 一百九十万美圆 l减少了项目投资 企业获得的效益 每条生产线的投资为 50M到 70M 五千万到七千万美圆 采用新技术后使制造资源得到了重复利用 优化了通用设备的利用率并进行了标准化 明确了供应商的责任 企业可节省5 的资金 5 50M 70M 2 500 000 3 500 000 三百五十万美圆 企业获得的总效益为 生产准备期间 33 000 000 三千百万美圆 规划效率与质量的提高 1 900 000 一百九十万美圆 项目投资节省 3 500 000 三百五十万美圆 总和 38 400 000 三千八百四十万美圆 Company2020年2月10日星期一Location 谢谢 北京迪基透科技有限公司 L O G O 数字化船舶设计与制造 上海海事大学课件 Contents 数字化船舶设计 数字化船舶分析 数字化船舶制造 数字化船舶管理 4 1 2 3 理解数字化设计与制造技术的基本概念和基本理论 掌握产品数字化建模 设计 分析 制造的过程 学会使用常见的数字化设计与制造软件 SW 了解当代数字化设计制造技术的特点和发展趋势 培养创新思维能力 为从事数字化设计与制造相关领域的研究与应用奠定基础 课程目标 第一章概论 数字化技术简介 数字化与制造业 制造系统 1 3 工业革命与信息化 数字化造船 4 2 87 数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字 数据 再以这些数字 数据建立起适当的数字化模型 把它们转变为一系列二进制代码 引入计算机内部 进行统一处理 这就是数字化的基本过程 什么是数字化 88 数字化设计技术是指将计算机技术应用于产品设计领域 计算机辅助设计便是数字化设计最初的应用随着研究的深入 数字化设计已经不仅仅局限在现代数字化设计技术 是基于产品描述的数字化平台 建立基于计算机的数字化产品模型 并在产品开发全程采用 达到减少或避免使用实物模型的一种产品开发技术 什么是数字化 89 工业革命又叫产业革命 指的是以手工技术为基础的资本主义工场手工业过渡到采用机器的资本主义工厂制度的过程 数字化的发展历程 工业革命 三轮汽车 1819年横渡大西洋的轮船 萨凡纳 号 改良的蒸汽机 第一台电话 爱迪生发明的电灯 第一架飞机 第二次工业革命 进入电气时代 第二次工业革命的出现 历史条件 时间 1870年以后 1 政治19世纪中期 资本主义制度在世界范围确立 2 市场世界市场初步形成 不断刺激工业发展 4 科技近代自然科学的重大发展 3 资本为资本主义发展提供充足的资本 1866年 德国人西门子研制成功发电机 电气时代的到来 爱迪生发明的耐用灯泡 电动机 20世纪四五十年代开始的新科学技术革命 原子能电子计算机航空航天 空间技术 核心 第三次科技革命 现代计算机的诞生 算盘 法国人帕斯卡于1642年设计出了世界上第一台计算机 1674年发明的乘法计算机 1936年制造的手摇式机械计算机 集数千继电器的 马克1号 全机电式计算机 打孔计算机 现代计算机的诞生 第一台电子计算机是1945年在美国宾夕法尼亚大学诞生的 随着科技的发展 电子计算机体积越来越小 运算速度越来越快 运用范围越来越快 信息业的快速发展 信息革命 英特尔公司 摩尔定律当价格不变时 集成电路上可容纳的元器件的数目 约每隔18 24个月便会增加一倍 性能也将提升一倍 换言之 每一美元所能买到的电脑性能 将每隔18 24个月翻一倍以上 这一定律揭示了信息技术进步的速度 信息业的快速发展 信息革命 比尔盖茨 微软之路 未来之路 他使计算机走进人们的日程生活 改变了人们日常生活 改变了人们工作乃至交往的方式带动了计算机软件这个行业 100 信息技术给制造业的新变化 随着全球经济一体化的进程加快以及信息技术的迅猛发展 现代制造企业发生了重大的变化 产品生命周期缩短 交货期成为主要竞争因素 大市场和大竞争已基本形成现代制造业随之出现了适应这种发展的新模式 数字化成为制造业热点 101 中国已成为世界制造大国 全部就业人数11 27 工业就业人数的90 74 2012年制造业提供的就业人数 工业税收78 93 总税收的28 74 2012年全国制造业创造的税收 2012年全国制造业贡献的GDP和出口 GDP总值的29 07 出口总额的92 06 制造业是我国国民经济的基础和支柱 为什么要发展数字化技术 102 计算机技术 电子技术和通信技术极大地增强了人类处理和利用信息的能力 因而被统称为 信息技术 信息技术已经成为现代生产力发展的主导因素 它不但在急剧地改变着人类的经济生活 而且以其强大的渗透力进入社会生活的方方面面信息的应用程度已经成为衡量一个国家或地区的国际竞争力 现代化程度 经济成长能力的重要标志 信息技术的发展深刻地改变了制造业 103 在发达国家 信息技术的应用已经成为国民经济新的增长点 信息产业已经成为经济发展的主导产业 信息技术的应用已成为我国重要的经济增长点 利用信息技术改造和提升传统产业 可以提高产品的数量和质量 以信息技术为依托 企业实现扁平化管理 可以提高企业运营效率 围绕互联网开展企业的信息化应用工作 可以使企业融入全球化经济 实现产品的敏捷和柔性的个性化生产 赢得市场 二 1 引起产业结构的重大调整 信息技术的发展深刻地改变了制造业 104 由于微电子和数字化通信的应用 使信息处理的相对价格下降 工业生产从 能源和材料密集型 转向 信息密集型 产品和装备由机械向着机电转变 呈现出 软化 和高附加价值的趋势 2 促进了生产方式的变革 信息技术的发展深刻地改变了制造业 105 信息技术的发展深刻地改变了制造业 信息技术在生产中的广泛应用 发展了先进制造技术 计算机辅助设计 ComputerAidedDesign CAD 计算机辅助工程分析 ComputerAidedEngineering CAE 和计算机辅助制造 ComputerAidedManufacturing CAM 等成为基本的技术手段 机器人 自动化装备 自动化生产线受到普遍重视 设计制造的自动化 智能化程度大大提高 3 生产技术的改变 106 信息技术的发展深刻地改变了制造业 4 生产效率的改变 信息技术的发展使生产具有更大的灵活性 生产信息可以准确控制 实时共享 能够以快速和低成本为目标优化生产流程 极大地降低了由于改变产品组合而导致的停工成本 生产的柔性和敏捷性大大提高 107 信息技术的发展深刻地改变了制造业 传统的产品交换及经济信息流通方式 绝大部分是通过人与人之间的直接交往实现的 这种直接的交往加上落后的交通设施往往将人们的经济行为局限在一个非常有限的时空 随着信息时代的到来 特别是全球互联网的发展 实现了世界信息的同步传播 从而极大地拓展了经济活动的舞台 5 引起了信息交换方式的改变 108 1998年美国副总统戈尔提出 数字地球 的概念以来 诸如数字流域 数字城市 数字化生存等以数字为前缀的新概念和新思想大量涌现 数字化设计与制造即为全球数字化浪潮中的重要一环 数字化程度已经成为衡量设计制造技术水平的重要标志 数字化技术是缩短产品研制周期 降低研制成本 提高产品质量的有效途径 是建立现代产品快速研制系统的基础 数字化技术的提出 109 先进制造技术是工业发达国家的国家级关键技术和优先发展领域 数字化技术的发展 数字化技术与制造业 设计制造技术的发展趋势 全球化 智能化 绿色化 虚拟化 网络化 数字化设计技术之全球化数字工厂 数字化工厂应用为制造商及其供应商提供了一个制造工艺平台 使企业能够对整个制造过程进行设计 模拟仿真和管理 并将制造信息及时地与相关部门 供应商共享 传递与发布 数字化设计技术之全球化数字工厂 结构体系 工艺规划包 工艺规划 生产线设计 混产规划 资源平衡 工时管理 变更管理 成本分析等 CADCAM PDM MicrostationAutocad 工厂 生产线 工位 资源 工厂布局生产线布局 动态装配 工位仿真人机工程 生产 物流仿真包 协同作业包 质量检测包 覆盖了汽车生产的所有制造过程 冲压 白车身 总装 动力系统 喷漆 质量 冲压模块 冲压生产线仿真与模具运动校核 喷漆模块 Painting 物流仿真模块原理 应用仿真工具 可以对复杂的生产制造系统进行模拟仿真优化并可以进行快速有效的分析验证 真实的制造系统 分析结果量化 仿真模型 物流仿真模块 产品的使用和维护模型以及环境模型等 产品的各种分析模型 可制造性 可装配性等 产品的功能和性能仿真模型 产品的外观表示模型 产品的CAD模型 PDM CAM CAE VR CAD 虚拟样机是由分布的 不同工具开发的 甚至异构的子模型组成的模型联合体 数字化设计技术之虚拟样机 支持产品开发制造的全生命周期 概念设计 详细设计 测试评估 使用 维护训练 需求分析和定义 销毁 虚拟样机 总装解决方案 应用于总装的工艺规划 效益 减少了生产原型减少了工程冲突发生率装配工艺的早期验证简单安全的装配路径可根据定单安排生产优化总装生产线的物流系统缩短生产准备周期 智能化CAD系统的类型 收集整理提供数据信息 提供接口 简化操作流程 带有知识库 可以自行设计 信息检索型CAD系统 人机交互型CAD系统 智能型CAD系统 专家系统 数字化设计技术之智能化系统 减少时间 减少投资 5 5 22 50 10 宝马汽车 减少工艺规划时间 减少项目规划时间 减少规划工作量 减少规划投资 减少多系列产品规划投资 成功案例 生产设计期间节省 33 000 000 三千百万美圆 规划效率质量的提高 1 900 000 一百九十万美圆 项目投资节省 3 500 000 三百五十万美圆 总和 38 400 000 三千八百四十万美圆 企业获得的总效益 第一章概论 数字化造船 127 船舶行业的数字化技术 是以造船过程的知识融合为基础 以数字化建模与优化为特征 将信息技术 先进的数字化制造技术 先进造船技术和现代造船模式 综