西门子数字化工厂-数字化车间-先进制造技术

Company02六月2024Location制造过程管理(MPM)数字化工厂目录“数字化工厂〞的概念1234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兴旺国家都把制造业开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、本钱、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PointSolutionsCAD/

PDM“what”ERP/MES“when+where”BillofMaterials(BOM)specific“what〞Product

Structurefamilyof“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UGPRO/ECATIA工艺规划作业方案TheeMPowerTM数字化工厂应用软件

为制造商及其供给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，供给商共享，传递与发布。

虚拟制造并行工程统一的底层数据库规划包规划模块

解决方案的结构体系工程包人机工程

生产线仿真工位布局，机器人仿真,干涉检查实施及协作协同作业eM-Doc时间规划生产方案生产线规划规划管理工艺规划变更管理本钱分析文件传输制造网络效劳器

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本钱和提高生产率，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〞解决方案所到达的目标是：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本钱对工程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 产品的制造规划根本上以人工手段为主，所有的筹划过程如工艺规划、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、工程本钱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前方案，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，根本上以纸样、磁盘为媒介，没有统一的数据平台。不具备完善的工程风险控制机制工程的立项，实施过程中没有很好的仿真手段来对工程风险进行预测，在多工程方案优选时不能对特定参数进行量化的精确比照。工程协同能力差同一工程工程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藏。没有成熟的工艺规划系统和工艺规划数据平台。l

l

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决策层经理工程师车间工作指导/工程实施制造过程设计工程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方案和工艺编制MPM制造过程管理

具有层次性的信息协作项目开始时间概念确认

设计检验项目确认

白车身制造过程描述

工程工程概念概念规划费用评估加工焊接计划工位布置装配流程设备采购生产流程控制控制细节设计加工设备设计工艺细节设计工位细节设计采购计划和设备工艺文件设备测试及购买设备规划管理经营革新管理计划管理

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2导入零件CAD模型零件明细表焊点及属性13零件分组4导入焊点5将焊点分配给零件建立主要工位(MWC)6确认焊点属性7建立主次工序WorkPerformedwitheMPlannerBIWWorkPerformedwitheM-WeldonvariousSub-Cells10焊枪的优化选择9焊接路径检验8形成焊接工艺11将焊枪分配给焊点12储存工位输出ROBCAD建立工位文件白车身解决方案的应用将给企业带来了巨大的实际效益：

具体表达为：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)减少工程规划的工作量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–减少丧失焊点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〕15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工程时间〔针对新产品〕产品–协同工艺设计–并行工程

降低投资本钱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，创立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，可防止不必要的设计更改，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正确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给商OEMPPHPPHPPHCPHCPHCPHCPHUnderbodyClosuresSidePartsFramingTDH每一个车型工程都由一个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的所有供给商开始使用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%装配本钱福特汽车〔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工程在实施前必须进行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群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给商系统的评价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的最重要的工程部门广泛应用，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的所有工程管理和规划工作

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给商都使用了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-BodySolution MachiningSolution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-Body Assembly MachiningKIA企亚完成了用于eDM工程的白车身解决方案的第一阶段采购正方案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：上海群众：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群众： 2004：正在进行“白车身解决方案〞的工程一汽解放：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〞制造过程管理工程将为国内汽车制造企业带来巨大的收益如何获取最正确效益?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〔在将来的工程中〕在工程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，过去那么需4-6周减少工程投资本钱应用此软件可快速，准确和高效地对工程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工程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工程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时间成本效率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本钱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〕减少投资本钱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本钱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，实现并行制造减少工程时间

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本钱减少投资本钱提高工艺质量减少工程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操作成本

生产能力由以下因素制约:减少工程时间产品面市时间(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给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:每个工程中的人工时间质量本钱投资本钱空间利用率生产制造的直接本钱厂房建设的生产线运转的本钱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5040302010产品投放市场的时间(月)Generation48M~36M(很容易到达)236M~24M(进行工程改进)324M~12M(应用虚拟制造)今天的标准241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:(可防止发生的本钱费用)减少15%的工程规划本钱以$70M的总装工程为例,可节省$10.5M的工程规划费用15%的总节省费用表达在第一个工程中为=$1.57M

~减少工程投资本钱减少5%的工程投资本钱供给商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场地本钱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：工程总投资为-$56M投资费用的节省+缩短生产准备时间产量

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%TPrate50%TPrate75%TPrate瓶颈瓶颈本钱目标生产准备开始时间生产准备+6-9周生产准备+9-15周5%在第一年期间Upto40%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成本目标时间StartofRampUp(SRU)SRU+3weeks进行优化后的生产准备Ramp-UpProductionSRU+6-9weeksSRU+9-15weeks10%实际成功案例：1.

德国宝马〔BMW〕汽车：•减少工艺规划时间(22%)•减少工程规划时间(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

提高了工程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

减少了工程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，明确了供给商的责任，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〕•工程投资节省$3,500,000〔三百五十万美圆〕•总和 $38,400,000〔三千八百四十万美圆〕

Company02六月2024Location谢谢北京迪基透科技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4123理解数字化设计与制造技术的根本概念和根本理论，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开展趋势，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根底。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13工业革命与信息化数字化造船4265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，这就是数字化的根本过程什么是数字化66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，到达减少或防止使用实物模型的一种产品开发技术。什么是数字化第二次工业革命

——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，不断刺激工业开展4、科技近代自然科学的重大开展3、资本为资本主义开展提供充足的资本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〕第三次科技革命信息业的快速开展-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。信息业的快速开展-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71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开展，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；大市场和大竞争已根本形成现代制造业随之出现了适应这种开展的新模式，数字化成为制造业热点72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%2021年制造业提供的就业人数工业税收78.93%总税收的28.74%2021年全国制造业创造的税收2021年全国制造业奉献的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根底和支柱为什么要开展数字化技术73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开展的主导因素，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。信息技术的开展深刻地改变了制造业74在兴旺国家，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开展的主导产业。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

信息技术的开展深刻地改变了制造业75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

信息技术的开展深刻地改变了制造业76信息技术的开展深刻地改变了制造业信息技术在生产中的广泛应用，开展了先进制造技术，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)等成为根本的技术手段，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

77信息技术的开展深刻地改变了制造业4．生产效率的改变

信息技术的开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，能够以快速和低本钱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本钱，生产的柔性和敏捷性大大提高。78信息技术的开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，绝大局部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开展，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

791998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、降低研制本钱、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根底。数字化技术的提出80先进制造技术是工业兴旺国家的国家级关键技术和优先开展领域国别/地区科技计划美国

先进制造技术计划

关键技术(制造)计划

敏捷制造使能技术计划日本

智能制造技术国际合作计划欧共体

尤里卡计划

信息技术研究发展战略计划德国

制造2000年计划韩国

高级先进技术国家计划(G-7)数字化技术的开展数字化技术与制造业设计制造技术的开展趋势全球化智能化绿色化虚拟化网络化减少时间减少投资5%5%22%50%10%宝马汽车减少工艺规划时间减少工程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〕工程投资节省$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85船舶行业的数字化技术是以造船过程的知识融合为根底,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,综合应用于船舶产品的设计、制造、测试与试验、管理和维护全