西门子数字化工厂-数字化车间-先进制造技术

1、Company 2020年7月6日星期一 Location,制造过程管理 (MPM),数字化工厂,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:,

2、1.MPM的概念(Manufacturing Process Management),1.MPM的概念(Manufacturing Process Management),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”,“

3、数字化工厂”的IT背景结构,Point Solutions,Bill of Materials (BOM) specific “what”,ProductStructure family of “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),Bill of Materials (BOM) specific “what”,ProductStructure family of “whats”,“数字化工厂”,制造“服务器”,The eMPowerTM 数字化工厂应用软件为制造商及其供应商提

4、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,Microstation Autocad,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 * 在一条生产线上可以同时制造四种车型; *

5、 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%;,NISSAN SHATAI （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 Tecnomatix eM-Power 解决方案。 在1998年BMW 和 Tecnomat

6、ix 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-Body Solution Machining

7、Solution 依维克：装配解决方案： Assembly Solution,在 韩 国：,现代汽车：白车身、装配和动力总成解决方案 Car-Body Assembly Machining,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： 2003-2

8、004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”（Body in wite) 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

9、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

10、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

11、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

12、计冻结到投放市场) 生产准备时间 (ramp-up time) 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

13、,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

14、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 -$56 M,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% TP rate,50% TP rate,75% TP

15、rate,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,Best case,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,Start of Ramp Up (SRU),SRU + 3 weeks,进行优化后的生产准备,Ramp-Up,Production,SRU + 6-9 weeks,SRU + 9-15 weeks,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

16、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：,5 X(days)*1500(car/day)* $2,000 = $ 22.500,000 + 10%*70(days)*500(av. Car/day during ram-up period)* $3,000 =

17、$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(planner cost/year)*20%(increase productivity)=$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$70 M（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

18、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）,Company 2020年7月6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

19、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

20、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,

21、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

22、,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

23、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

24、、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

25、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(Computer Aided Design，CAD)、计算机辅助工程分析(Compu

26、ter Aided Engineering，CAE)和计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，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

27、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,

28、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,Microstation Autocad,工厂/生产线(工位)资源,工厂布局 生产线布局,动

29、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

30、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%

31、,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,综合应用于船舶产品的设计、制造、测试与试验、管理

32、和维护全生命周期的各阶段和各方面,128,数字化造船,以数字建模为核心的数字化设计,以生产制造与生产过程数字控制为核心的数字化制造,以虚拟样机和数字仿真为核心的数字化测试与试验,以现代造船模式和业务流程建模为核心的数字化管理 以数字化为核心,以网络协同技术为手段,建立船舶的数字化开发、设计、制造和管理一体化综合集成系统。这也是当今世界造船业的发展方向,129,数字化造船的发展,20世纪70年代中期，计算机技术被应用到船舶数学放样和数控切割2个领域 80年代计算机技术的应用逐渐向着辅助船舶设计/制造/分析领域拓展 90年代至今，计算机集成信息管理系统计算机集成制造系统以及船舶虚拟设计和制造仿真作为重要的研究方向,130,SUMIRE系统（日本）,VPS（Virtual Product System）：在早期设计阶段利用设计参数快速建立船体结构模型并被用于初级阶段的CAE系统，H和F系统 H (Hull) System ：用于建立详细的船体结构模型，出工程设计图，为CAE系统提供数据