数字化制造技术---智慧制造的主线
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Address(国情咨文) , I asked Congress to build on a successful
pilot（领航） program and create 15
manufacturing innovation institutes that connect businesses, universities, and federal agencies to turn communities left behind by global competition into global centers of high-tech jobs.
• 先进制造技术具有许多新特点,不仅是技术 方面，还是管理范畴的一种新的制造哲学。
制 造 业 创 新 的 目 标
The Start of a Network of Centers for Manufacturing
Innovation
敏捷制造
混合动力
JAN 07 15 Obama at Ford Plant
制造业竞争力下降。
所以提出：
•先进制造技术 (Advanced Manufacturing Technology，AMT) •再工业化
而欧洲在此期间： 空客公司实现了三个跨越式发展:
A320-A340-A380
A380
A340
A320
并且为与波音竞争： 空客实现新的跨越:A380→A350
A380 创新技术
美国政府积极推动“先进制造”
• 简单地说: “先进制造企业”是指制造业对信息技 术、自动化技术、计算技术、软件技术、传感技 术和网络技术等加以综合应用。
• 为什么？美国制造业正面临巨大挑战。２０００ 年美国三分之一的制造业工作岗位流失海外！
• 美国奥巴马2014年国情咨文中宣称，美国有机会 在下一波高技术制造业就业岗位的竞争中压倒其 他国家。要花十亿美元打造制造业创新网络，包 括15（45）个制造业创新研究所。
Lean Manufacturing Room
CC-Link IE (Industrial Ethernet)
监控实际世界（制造企业）
工业互联网：企业内部的互联网为CPS服务的
企业每天能生产小轿车1000辆
每辆小轿车零件数量不到1万
波音公司花了20年才生产 1000架777客机
每架波音777客机零件数量达300万
The Digital Thread for Smart Manufacturing t
DMDII四个作用
作用一：
数字化实际枢纽
Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII) 作用二
参与美国工业革命
DMDII 作用三
为美国培养未来人才
正确理解德国工业4.0
• 全球工业4.0铺开后，中国工业有崩溃之虑？ • 德国工业4.0：既无具体目标，也无实际路线图，
更无确切时间表！提出了一个很笼统的（国家层面） 远景或设想。 • 可虑之处是西方（德国）的实体经济---高度发达的 制造工业！ • 怎样接地气：（1）具体行业（汽车一天制造1000 辆，飞机每天最多制造1.5架）差异性很大！
赛博（信息）物理系统：CPS 服务网 ！
Internet
of
Service
发展：机械化》电气化》数字化》智能化 赛博 系统 得到 验证
各种传感器监控实际世界
Universal Production Worlds：形成一个智能化环境
一个企业是一团“乱麻”！
如企业的各种数据！
Cyber-Physical Systems (CPS) 数据、设备和人员组成整体
• 这种方法的目的，是使产品开发人员从一开始的概念形成 到投放市场的整个产品生命周期中，就要考虑到质量、成 本、开发时间和用户需求等所有组成因素。
飞行器设计与综合
飞行器制造
信息与通信
大型飞机 研制（协 同制造）
可靠性与人机环境
航电与飞控
先进材料
空气动力学
Aerospace Sheet Metal Part Design to Manufacturing （工艺模型）
M6
Authorization to offer (ATO)
Initiate Parts Mfg
Mfg Parts Assembl e Test
M8
First Metal cut
Final Assy Process
Ground Test Prep 1st Flight
Achieve Type Cert Validate Std Spec
德国工业4.0
工业4.0战略计划中，有三大关键技术：物联网、服务互联网和信 息物理系统（ Cyber-Physical Systems， CPS）。在一个“ 智 能、网络化的世界”里，物联网和服务网（the Internet of Things
and Services）将渗透到所有的关键领域。
CPS: 汽车 - 4年
Design-Industrialization links, take into account the life cycle…
In the last 20 years
Economic necessity to effectively implement Concurrent Engineering: Quality - Cost - Lead time
（2）应充分考虑各自的制造行业？
2. 基于先进理念的制造模式
“Idea is more important than technology”
“理念比技术更重要”
Prof. Miyamoto
怎样由概念成为产品！
2.1 产品研制过程协同化
-并行协同工程（协同制造）
并行协同工程的概念
• 并行工程（Concurrent Engineering简称CE）亦称同步 工程（Simultaneous Engineering），是目前国际上机 械工程领域中重要的研究方向，引起了各国工程界和学术 界的高度重视，发展极为迅速。并行工程是一种思想和系 统方法，以集成的、并行的方式，设计产品及其相关过程， 包括对制造过程、支持过程的设计。
整体解决方案！
智能制造装备的定义是，具有感知、分析、推理、决策、控制功 能的制造装备，而智能制造就不局限于此！
各个环节组成有机的智能整体！
整体解决方法
Cyber-Physical Systems (CPS)
Cyber-Physical Systems (CPS)
The Digital Thread for Smart Manufacturing
奥巴马总统与先进制造技术
2014年
• 奥巴马签署了“振兴美国制造业和创新法 案”（ Revitalize American Manufacturing and Innovation Act (RAMI)）
• 为建立 “制造业创新国家网络” （National Network for Manufacturing Innovation (NNMI) ）铺平道路
“Today, I’m asking Congress to build on the bipartisan support for this idea and triple that number to 45 – creating a network of these hubs and guaranteeing that the next revolution in manufacturing is Made in America.” (July 30, 2013)
Achieve Complete Operation Basic Readiness Development
M10
Power on
M12
Type Certification
M14
End Development for basic Aircraft
农场 供应链
制造工厂
分销商
客户
物联网 ！
形成：Industry 4.0 智能制造
First Flight
M9
M11
系列化生 产
Entry into Service
M13
Analyze Market Situation
M0
Product idea established
Analyze Market needs
Identify best A/C Concept
M2
Top level A/C Specification
数字化制造技术 ---智慧制造的主线
目录
• 1. 美国先进制造及德国工业4.0 • 2. 基于先进理念的制造模式 • 3. 基于模型定义（MBD）的数字化制
造技术 • 4. 相关先进技术
1.美国先进制造技术及德国工
业4.0
•美国先进制造技术 •德国工业4.0 •我国互联网+及工业2025
1992年竞选成功的美国总统克林顿，美国为迎接21世纪的 挑战，争夺高新技术发展优势, 上台伊始便提出了建设“信
息高速公路”的大胆设想！
美国产生了一些互联网大公司，推动和引领着世界互联网技术的发展 正式名称是“国家信息基础设施”(National Information Infrastructure,简称NII)
布什于2001年担任美国总统，任内遭遇了2001年的9·11事件，随后于20012003年先后发动阿富汗战争、伊拉克战争等一系列反恐战争，巨大的军费 开支拖累了美国经济发展，导致美国高科技制造业衰落，发生经济危机，
可行性分析
概念设计
详细定义
CPS:飞机 – 10~20年
Order released for Project
M1
Definition of Basic Concept
M3
Instruction to Proceed (ITP)
M5
Go ahead
M7
研制生产 新飞机—3 年
改进型飞机—1 年
Begin Final Assembly
Leabharlann Baidu
Optimize Concept at A/C Level
Create A/C Config Baseline
Finalise QA Spec/ Industrial Commercial Launch proposal condition
M4
Concept for product selected
A330 经验
美国的行动：Obama
Manufacturing Innovation
赢得未来的胜利！
制造业是一个国家的经济基础！
National Network for
Manufacturing Innovation
• Vision – 45 Institutes “In my State of the Union
Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII)
“数字制造与设计创新机构”
The words “innovation” and “research” were
on the lips of nearly everyone who offered remarks.
（工艺孔）
（工艺模型）
（零件设计模型： 三级数字样机）
（工艺模型）
Historical Context of Concurrent Engineering（并行工程的相关历史）
The theory of Concurrent Engineering is more than 100 years old
DMDII 作用四
协同工业发展平台
德国的深刻危机感 !
在信息化、互联网、大数据和云计算等技术上美国占有很大优势，而且美国互 联网巨头们正在从“信息”领域加速进入“物理”业务领域，这对具有高技术 制造业雄厚实力的德国是一大挑战。
德国工业 4.0
工业4.0”战略计划在2013 年4 月被正式推出！
MAY 08 2015
Obama at Nike World Headquarters
DMDII GRAND OPENING MAY 22, 2015
• DMDII in collaboration with UI LABS and CityWorks opened its doors to debut their state-of-the-art digital manufacturing lab and a cutting-edge work space housed within a 94,000-square-foot facility on Goose Island in Chicago.
pilot（领航） program and create 15
manufacturing innovation institutes that connect businesses, universities, and federal agencies to turn communities left behind by global competition into global centers of high-tech jobs.
• 先进制造技术具有许多新特点,不仅是技术 方面，还是管理范畴的一种新的制造哲学。
制 造 业 创 新 的 目 标
The Start of a Network of Centers for Manufacturing
Innovation
敏捷制造
混合动力
JAN 07 15 Obama at Ford Plant
制造业竞争力下降。
所以提出：
•先进制造技术 (Advanced Manufacturing Technology，AMT) •再工业化
而欧洲在此期间： 空客公司实现了三个跨越式发展:
A320-A340-A380
A380
A340
A320
并且为与波音竞争： 空客实现新的跨越:A380→A350
A380 创新技术
美国政府积极推动“先进制造”
• 简单地说: “先进制造企业”是指制造业对信息技 术、自动化技术、计算技术、软件技术、传感技 术和网络技术等加以综合应用。
• 为什么？美国制造业正面临巨大挑战。２０００ 年美国三分之一的制造业工作岗位流失海外！
• 美国奥巴马2014年国情咨文中宣称，美国有机会 在下一波高技术制造业就业岗位的竞争中压倒其 他国家。要花十亿美元打造制造业创新网络，包 括15（45）个制造业创新研究所。
Lean Manufacturing Room
CC-Link IE (Industrial Ethernet)
监控实际世界（制造企业）
工业互联网：企业内部的互联网为CPS服务的
企业每天能生产小轿车1000辆
每辆小轿车零件数量不到1万
波音公司花了20年才生产 1000架777客机
每架波音777客机零件数量达300万
The Digital Thread for Smart Manufacturing t
DMDII四个作用
作用一：
数字化实际枢纽
Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII) 作用二
参与美国工业革命
DMDII 作用三
为美国培养未来人才
正确理解德国工业4.0
• 全球工业4.0铺开后，中国工业有崩溃之虑？ • 德国工业4.0：既无具体目标，也无实际路线图，
更无确切时间表！提出了一个很笼统的（国家层面） 远景或设想。 • 可虑之处是西方（德国）的实体经济---高度发达的 制造工业！ • 怎样接地气：（1）具体行业（汽车一天制造1000 辆，飞机每天最多制造1.5架）差异性很大！
赛博（信息）物理系统：CPS 服务网 ！
Internet
of
Service
发展：机械化》电气化》数字化》智能化 赛博 系统 得到 验证
各种传感器监控实际世界
Universal Production Worlds：形成一个智能化环境
一个企业是一团“乱麻”！
如企业的各种数据！
Cyber-Physical Systems (CPS) 数据、设备和人员组成整体
• 这种方法的目的，是使产品开发人员从一开始的概念形成 到投放市场的整个产品生命周期中，就要考虑到质量、成 本、开发时间和用户需求等所有组成因素。
飞行器设计与综合
飞行器制造
信息与通信
大型飞机 研制（协 同制造）
可靠性与人机环境
航电与飞控
先进材料
空气动力学
Aerospace Sheet Metal Part Design to Manufacturing （工艺模型）
M6
Authorization to offer (ATO)
Initiate Parts Mfg
Mfg Parts Assembl e Test
M8
First Metal cut
Final Assy Process
Ground Test Prep 1st Flight
Achieve Type Cert Validate Std Spec
德国工业4.0
工业4.0战略计划中，有三大关键技术：物联网、服务互联网和信 息物理系统（ Cyber-Physical Systems， CPS）。在一个“ 智 能、网络化的世界”里，物联网和服务网（the Internet of Things
and Services）将渗透到所有的关键领域。
CPS: 汽车 - 4年
Design-Industrialization links, take into account the life cycle…
In the last 20 years
Economic necessity to effectively implement Concurrent Engineering: Quality - Cost - Lead time
（2）应充分考虑各自的制造行业？
2. 基于先进理念的制造模式
“Idea is more important than technology”
“理念比技术更重要”
Prof. Miyamoto
怎样由概念成为产品！
2.1 产品研制过程协同化
-并行协同工程（协同制造）
并行协同工程的概念
• 并行工程（Concurrent Engineering简称CE）亦称同步 工程（Simultaneous Engineering），是目前国际上机 械工程领域中重要的研究方向，引起了各国工程界和学术 界的高度重视，发展极为迅速。并行工程是一种思想和系 统方法，以集成的、并行的方式，设计产品及其相关过程， 包括对制造过程、支持过程的设计。
整体解决方案！
智能制造装备的定义是，具有感知、分析、推理、决策、控制功 能的制造装备，而智能制造就不局限于此！
各个环节组成有机的智能整体！
整体解决方法
Cyber-Physical Systems (CPS)
Cyber-Physical Systems (CPS)
The Digital Thread for Smart Manufacturing
奥巴马总统与先进制造技术
2014年
• 奥巴马签署了“振兴美国制造业和创新法 案”（ Revitalize American Manufacturing and Innovation Act (RAMI)）
• 为建立 “制造业创新国家网络” （National Network for Manufacturing Innovation (NNMI) ）铺平道路
“Today, I’m asking Congress to build on the bipartisan support for this idea and triple that number to 45 – creating a network of these hubs and guaranteeing that the next revolution in manufacturing is Made in America.” (July 30, 2013)
Achieve Complete Operation Basic Readiness Development
M10
Power on
M12
Type Certification
M14
End Development for basic Aircraft
农场 供应链
制造工厂
分销商
客户
物联网 ！
形成：Industry 4.0 智能制造
First Flight
M9
M11
系列化生 产
Entry into Service
M13
Analyze Market Situation
M0
Product idea established
Analyze Market needs
Identify best A/C Concept
M2
Top level A/C Specification
数字化制造技术 ---智慧制造的主线
目录
• 1. 美国先进制造及德国工业4.0 • 2. 基于先进理念的制造模式 • 3. 基于模型定义（MBD）的数字化制
造技术 • 4. 相关先进技术
1.美国先进制造技术及德国工
业4.0
•美国先进制造技术 •德国工业4.0 •我国互联网+及工业2025
1992年竞选成功的美国总统克林顿，美国为迎接21世纪的 挑战，争夺高新技术发展优势, 上台伊始便提出了建设“信
息高速公路”的大胆设想！
美国产生了一些互联网大公司，推动和引领着世界互联网技术的发展 正式名称是“国家信息基础设施”(National Information Infrastructure,简称NII)
布什于2001年担任美国总统，任内遭遇了2001年的9·11事件，随后于20012003年先后发动阿富汗战争、伊拉克战争等一系列反恐战争，巨大的军费 开支拖累了美国经济发展，导致美国高科技制造业衰落，发生经济危机，
可行性分析
概念设计
详细定义
CPS:飞机 – 10~20年
Order released for Project
M1
Definition of Basic Concept
M3
Instruction to Proceed (ITP)
M5
Go ahead
M7
研制生产 新飞机—3 年
改进型飞机—1 年
Begin Final Assembly
Leabharlann Baidu
Optimize Concept at A/C Level
Create A/C Config Baseline
Finalise QA Spec/ Industrial Commercial Launch proposal condition
M4
Concept for product selected
A330 经验
美国的行动：Obama
Manufacturing Innovation
赢得未来的胜利！
制造业是一个国家的经济基础！
National Network for
Manufacturing Innovation
• Vision – 45 Institutes “In my State of the Union
Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII)
“数字制造与设计创新机构”
The words “innovation” and “research” were
on the lips of nearly everyone who offered remarks.
（工艺孔）
（工艺模型）
（零件设计模型： 三级数字样机）
（工艺模型）
Historical Context of Concurrent Engineering（并行工程的相关历史）
The theory of Concurrent Engineering is more than 100 years old
DMDII 作用四
协同工业发展平台
德国的深刻危机感 !
在信息化、互联网、大数据和云计算等技术上美国占有很大优势，而且美国互 联网巨头们正在从“信息”领域加速进入“物理”业务领域，这对具有高技术 制造业雄厚实力的德国是一大挑战。
德国工业 4.0
工业4.0”战略计划在2013 年4 月被正式推出！
MAY 08 2015
Obama at Nike World Headquarters
DMDII GRAND OPENING MAY 22, 2015
• DMDII in collaboration with UI LABS and CityWorks opened its doors to debut their state-of-the-art digital manufacturing lab and a cutting-edge work space housed within a 94,000-square-foot facility on Goose Island in Chicago.