数字化工厂----数字化工厂基本概念 李建广 教授 单位：机电工程学院机械制造及自动化系 电话： 86402543-601 E-mail: mejgli@hit.edu 以三维CAD为代表的产品创新设计 通过产品设计手段与设计过程的数字化，缩短新产品开发周期，提高企业的产品创新能力。 生产过程数字化、自动化、 虚拟化、智能化 管理数字化与智能决策 设计数字化、协同化、虚拟化、智能化 企业 数字化与 智能化 管理数字化 设计数字化 生产过程数字化 加工装备数字化 企业数字化 内 容 数字化工厂基本概念 系统建模技术 数字化工厂技术 应用系统介绍 1. 数字化工厂基本概念 网络技术 ＋ 信息技术 ? 新的制造模式 技术为中心 ? 人为中心 金字塔式的多层次生产 ? 扁平的网络结构 顺序工作方式 ? 并行工作方式 按功能划分部门的固定组织形式 ? 动态的、自主管理的小组工作组织形式 质量第一的竞争策略 ? 快速响应市场的知识创新策略 1. 数字化工厂基本概念 1.1 计算机辅助生产工程技术 1.1.1 CAD技术 产品的数字模型 实体建模、参数化设计、特征建模 1.1 计算机辅助生产工程技术 1.1.2 CAM技术 数控程序＋加工、装配、测量 STEP-NC 1.1 计算机辅助生产工程技术 1.1.3 CAE技术 结构分析＋结构优化 1.1 计算机辅助生产工程技术 1.1.4 CAPP技术 工艺设计 1.1 计算机辅助生产工程技术 1.1.5 并行工程 产品设计和相关过程?并行设计 并行开发小组 信息共享 1.1 计算机辅助生产工程技术 1.1.6 计算机辅助生产工程 (CAPE) 重大工程和工业产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的系统工程 CAPE主要指用计算机对工程和产品的功能、性能与安全可靠性进行计算、优化设计，对生产组织方式进行优化分析，对未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真，及早发现设计缺损，改经设计方案，证实未来工程的可用性与可靠性和产品的可制造性。 自 动 化 程 度 作业指令,维护、培训技术方案 产品质量控制 工厂布局、生产线设计 生产计划( 产品、进度、资源) 工艺资源(设备、工装、刀量具) 总工艺计划，工艺审查、 产 品 生 产 生产车间现场 产 品 设 计 产品研发部门 20~30% 20~30% 40~60% 在产品研制周期中，约有40%~60%的时间都消耗到生产准备阶段，主要的工作是生产工艺过程的设计规划； 在产品研发部门，基本上实现了 CAD产品设计；生产现场大量采用自动化设备（现场总线、PLC）； 但是，在生产规划部门（时间消耗最长的部门)的设计手段却最为落后! 数字化制造系统定位在提升工艺设计部门的核心能力、弥合制造鸿沟！ 图形＋仿真技术 ? CAPE ? 数字化工厂 1.2 数字化工厂的概念及内涵 1.2.1 数字化工厂技术产生的原因 1) 产品的更新换代、设计制造周期缩短、客户定制生产方式?竞争压力 产品设计 --? 产品制造 ? 1.2 数字化工厂的概念及内涵 1.2.1 数字化工厂技术产生的原因 2) 设计技术和制造技术的发展 设计技术：2D ? 3D、特征设计?数字化设计 制造技术：数控技术?FMS?网络化、数字化制造 1.2 数字化工厂的概念及内涵 1.2.1 数字化工厂技术产生的原因 3) 通过建模技术对制造资源和工艺数据分析 以CAD数据、加工工艺和生产计划作为输入，通过仿真优化系统模拟制造过程，对产品的设计和制造过程进行评价。 不同层次 4) 数据共享和相互操作问题 1.2 数字化工厂的概念及内涵 1.2.2 数字化工厂的定义 定义：以产品全生命周期的相关数据为基础，根据虚拟制造原理，构建数字化制造系统模型，对整个生产过程进行仿真，对制造系统进行优化和重组。 广义定义：以制造产品和提供服务的企业为核心，由核心企业以及一切相关联的成员构成的、使一切信息数字化的动态组织方式。 狭义定义：以制造资源、生产操作和产品为核心，将数字化的产品设计数据，在现有实际制造系统的虚拟现实环境中，对生产过程进行计算机仿真和优化的虚拟制造方式。 !!! 1.2 数字化工厂的概念及内涵 1.2 数字化工厂的概念及内涵 1.2.3 实施数字化工厂的意义 1) 时间：减少生产时间，减少工艺规划时间，缩短生产准备周期 2) 质量：提高规划质量，提高产品数据统一，提高变型生产效率，优化了生产线的配置 3) 成本：减少了物理原型的使用，减少了工程更改量，降低设备人员的投入。 汽车制造、航空航天、造船、电子 复杂产品制造企业 1.2 数字化工厂的概念及内涵 1.2.3 实施数字化工厂的意义 减少产品上市时间30% 减少设计修改65% 减少生产工艺规划时间40% 生产能力提高15% 降低生产费用13% 奥迪公司 2004年 60％的规划人员 数字化工厂软件 戴姆勒奔驰 新车 数字空间中制造 马自达公司 新车投产前 20000个仿真检验 上海大众、一汽集团 数字化工厂软件 应用案例 1.3 数字化工厂体系结构 1.3.1 数字化工厂在企业信息化中的功能定位 数字化工厂应用构架