数字化工厂理论
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第八章 数字化工厂
8.1 数字化工厂理论 8.2 数字化工厂技术 8.3 数字化工厂在汽车行业的应用 8.7 数字化工厂软件技术技术介绍
汽车数字化开发技术 第 1 页
8.1 数字化工厂理论
➢ 8.1.1 数字化工厂概况 ➢ 8.1.2 数字化工厂内容
汽车数字化开发技术 第 2 页
8.1.1 数字化工厂概况 数字化工厂产生的背景
8.1.2 数字化工厂的内容
（2）工艺规划模块。 该模块在工厂布局模块输出的 虚拟生产线平台上，在满足生产计划与工艺要求的 情况下，将产品数据（部件和零件）、制造资源（ 厂房、制造设备、工装夹具等）和加工操作（装配 、机加工）三个基本要求关联起来，完成合理的加 工工艺（加工方法和加工顺序）和装配过程的设计 。工艺规划模块是实现产品从设计到制造的枢纽， 是整个制造系统中的重要环节，极大地影响着产品 质量与制造成本。
汽车数字化开发技术 第 4 页
8.1.1 数字化工厂概况
狭义的数字化工厂是以资源、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 所映射的虚拟现实环境中，对产品生产过程进行计 算机仿真和优化的虚拟制造方式 。 ➢ 由此可以得到数字化工厂的定义：数字化工厂是以 产品全生命周期的相关数据为基础，根据虚拟制造 原理，在虚拟环境中，对整个生产过程进行规划、 仿真、优化和重组的新的生产组织方式。其经济学 本质是指通过对生产知识的有效管理来实现产品增 值的一种生产活动。
（3）单元层(Cell level)。它主要提供设备与设备之 间以及设备内部的运动干涉问题分析，协助工艺规 划人员生成相关单元设备的加工指令 。
汽车数字化开发技术 第 12 页
8.1.2 数字化工厂的内容
（4）操作层(Operation level)。该层是粒度最小的仿 真层次，具体到每个工位详细操作的仿真与优化， 比如对加工过程中的干涉分析，手工操作工位的人 机工程分析，机器人手臂焊接动作等。
汽车数字化开发技术 第 6 页
8.1.1 数字化工厂概况
➢ （1）产品开发过程数字化 ➢ （2）产品制造过程数字化 ➢ （3）产品本身数字化 ➢ （4）技术支持与服务过程数字化 ➢ （5）产品销售过程数字化 ➢ （6）经营决策过程数字化 ➢ （7）信息和知识数字化 ➢ （8）数字化信息和知识共享
汽车数字化开发技术 第 7 页
汽车数字化开发技术 第 5 页
8.1.1 数字化工厂概况
数字化工厂的特点
➢ 在数字化工厂中，一切数据及信息都是数字化的， 无论是生产计划，还是产品结构图形图像、成本数 据等都能以二元数码的形式在计算机及网络上通过 各种存储、传递和处理系统进行自由地存储、转换 、传递、分析、综合和应用。一切需要数字化模拟 与仿真的过程，如产品设计过程、生产制造过程( 包括原型制造、加工、装配、产品测试、生产规划 、物流管理等业务)，都可以迅速按照需要(如按照 市场及客户的需要)在计算机上进行数字化模拟与 仿真。
汽车数字化开发技术 第 11 页
8.1.2 数字化工厂的内容
（2）生产线层(Product Line level)。 。该层主要任 务是对初步完成的生产线进行物流规划、生产线平 衡、瓶颈情况、加工成本、设备利用率与负荷率、 工件的平均通过时间、工人工作效率等的分析，帮 助工程师们判断生产线布局是否合理，是否满足制 造的要求，并且进行生产线的调度与控制优化设计
8.1.2 数字化工厂的内容
1 数字化工厂的总体建设步骤 ➢ （1）CAD、CAE、CAM建设。主要任务是实现数
字化、网络化设计和制造,提高工艺规程设计效率 和设计质量,缩短技术准备周期;实现工艺设计的一 致性、规范化,推进工艺的标准化;为企业数据信息 的集成打下坚实的基础,为企业物资采购、生产计 划调度、组织生产、物资平衡、成本核算等提供重 要依据。
（1）制造信息化的需求 （2）数字化工厂是并行工程的体现 （3）是虚拟制造的发展趋势 （4）是计算机辅助工程发展的高级阶段
汽车数字化开发技术 第 3 页
8.1.1 数字化工厂概况
数字化工厂的定义
数字化工厂从应用和研究方向分为广义和狭义两个 方面 ： 广义的数字化工厂是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，是对产品全 生命周期的各种技术方案和技术策略进行评估和优 化的综合过程。
汽车数字化开发技术 第 13 页
8.1.2 数字化工厂的内容
3 数字化工厂的功能模块 （1）工厂布局模块。该模块是实施数字化工厂的前
提和基础，主要是按照建筑规划、生产纲领、产品 技术和人机工程等要求，对制造装备和工装夹具等 主要制造资源进行合理的空间布局，以此在计算机 中建立数字化的生产线平台
汽车数字化开发技术 第 14 页
汽车数Leabharlann Baidu化开发技术 第 9 页
8.1.2 数字化工厂的内容
2 数字化工厂的组成： ➢ 广义的数字化工厂的组成成员有如下九类 ：（1）
核心企业 （2）客户 （3）供应商 （4）协作厂 家 （5）分销商 （6）合作伙伴 （7）物流公司 （8）银行 （9）ASP
汽车数字化开发技术 第 10 页
8.1.2 数字化工厂的内容
➢ 从狭义角度来说，一般可以将数字化工厂系统可以 分为四个层次：
（1)工厂车间层(Factory level)。工厂车间层的设计 与设备的利用率、产品的生产效率等密切相关，如 果设计不当，就会造成设备利用率低、产量不能满 足用户需求、操作人员空闲等问题。譬如设备之间 的物料运输路线长度直接决定了物料的运输成本， 而运输路线的长度与设备的布局有关，因而设备布 局问题就是须在二维或三维空间中合理地安排设备 的位置使物料运输总成本最小化。
➢ （2）PDM建设。主要实现与CAD系统的集成以及 对文档、文件夹、产品结构和构型、管理工程更改 和工作流程设计等的有效管理和控制。
汽车数字化开发技术 第 8 页
8.1.2 数字化工厂的内容
➢ （3）ERP建设。主要实现CAD、PDM、ERP系统 的集成以及对生产计划、物料需求计划、能力需求 计划、库存管理、车间作业管理、财务管理、成本 管理、项目管理、质量管理进行有效的组织、控制 和调整。
8.1 数字化工厂理论 8.2 数字化工厂技术 8.3 数字化工厂在汽车行业的应用 8.7 数字化工厂软件技术技术介绍
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8.1 数字化工厂理论
➢ 8.1.1 数字化工厂概况 ➢ 8.1.2 数字化工厂内容
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8.1.1 数字化工厂概况 数字化工厂产生的背景
8.1.2 数字化工厂的内容
（2）工艺规划模块。 该模块在工厂布局模块输出的 虚拟生产线平台上，在满足生产计划与工艺要求的 情况下，将产品数据（部件和零件）、制造资源（ 厂房、制造设备、工装夹具等）和加工操作（装配 、机加工）三个基本要求关联起来，完成合理的加 工工艺（加工方法和加工顺序）和装配过程的设计 。工艺规划模块是实现产品从设计到制造的枢纽， 是整个制造系统中的重要环节，极大地影响着产品 质量与制造成本。
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8.1.1 数字化工厂概况
狭义的数字化工厂是以资源、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 所映射的虚拟现实环境中，对产品生产过程进行计 算机仿真和优化的虚拟制造方式 。 ➢ 由此可以得到数字化工厂的定义：数字化工厂是以 产品全生命周期的相关数据为基础，根据虚拟制造 原理，在虚拟环境中，对整个生产过程进行规划、 仿真、优化和重组的新的生产组织方式。其经济学 本质是指通过对生产知识的有效管理来实现产品增 值的一种生产活动。
（3）单元层(Cell level)。它主要提供设备与设备之 间以及设备内部的运动干涉问题分析，协助工艺规 划人员生成相关单元设备的加工指令 。
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8.1.2 数字化工厂的内容
（4）操作层(Operation level)。该层是粒度最小的仿 真层次，具体到每个工位详细操作的仿真与优化， 比如对加工过程中的干涉分析，手工操作工位的人 机工程分析，机器人手臂焊接动作等。
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8.1.1 数字化工厂概况
➢ （1）产品开发过程数字化 ➢ （2）产品制造过程数字化 ➢ （3）产品本身数字化 ➢ （4）技术支持与服务过程数字化 ➢ （5）产品销售过程数字化 ➢ （6）经营决策过程数字化 ➢ （7）信息和知识数字化 ➢ （8）数字化信息和知识共享
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8.1.1 数字化工厂概况
数字化工厂的特点
➢ 在数字化工厂中，一切数据及信息都是数字化的， 无论是生产计划，还是产品结构图形图像、成本数 据等都能以二元数码的形式在计算机及网络上通过 各种存储、传递和处理系统进行自由地存储、转换 、传递、分析、综合和应用。一切需要数字化模拟 与仿真的过程，如产品设计过程、生产制造过程( 包括原型制造、加工、装配、产品测试、生产规划 、物流管理等业务)，都可以迅速按照需要(如按照 市场及客户的需要)在计算机上进行数字化模拟与 仿真。
汽车数字化开发技术 第 11 页
8.1.2 数字化工厂的内容
（2）生产线层(Product Line level)。 。该层主要任 务是对初步完成的生产线进行物流规划、生产线平 衡、瓶颈情况、加工成本、设备利用率与负荷率、 工件的平均通过时间、工人工作效率等的分析，帮 助工程师们判断生产线布局是否合理，是否满足制 造的要求，并且进行生产线的调度与控制优化设计
8.1.2 数字化工厂的内容
1 数字化工厂的总体建设步骤 ➢ （1）CAD、CAE、CAM建设。主要任务是实现数
字化、网络化设计和制造,提高工艺规程设计效率 和设计质量,缩短技术准备周期;实现工艺设计的一 致性、规范化,推进工艺的标准化;为企业数据信息 的集成打下坚实的基础,为企业物资采购、生产计 划调度、组织生产、物资平衡、成本核算等提供重 要依据。
（1）制造信息化的需求 （2）数字化工厂是并行工程的体现 （3）是虚拟制造的发展趋势 （4）是计算机辅助工程发展的高级阶段
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8.1.1 数字化工厂概况
数字化工厂的定义
数字化工厂从应用和研究方向分为广义和狭义两个 方面 ： 广义的数字化工厂是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，是对产品全 生命周期的各种技术方案和技术策略进行评估和优 化的综合过程。
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8.1.2 数字化工厂的内容
3 数字化工厂的功能模块 （1）工厂布局模块。该模块是实施数字化工厂的前
提和基础，主要是按照建筑规划、生产纲领、产品 技术和人机工程等要求，对制造装备和工装夹具等 主要制造资源进行合理的空间布局，以此在计算机 中建立数字化的生产线平台
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8.1.2 数字化工厂的内容
2 数字化工厂的组成： ➢ 广义的数字化工厂的组成成员有如下九类 ：（1）
核心企业 （2）客户 （3）供应商 （4）协作厂 家 （5）分销商 （6）合作伙伴 （7）物流公司 （8）银行 （9）ASP
汽车数字化开发技术 第 10 页
8.1.2 数字化工厂的内容
➢ 从狭义角度来说，一般可以将数字化工厂系统可以 分为四个层次：
（1)工厂车间层(Factory level)。工厂车间层的设计 与设备的利用率、产品的生产效率等密切相关，如 果设计不当，就会造成设备利用率低、产量不能满 足用户需求、操作人员空闲等问题。譬如设备之间 的物料运输路线长度直接决定了物料的运输成本， 而运输路线的长度与设备的布局有关，因而设备布 局问题就是须在二维或三维空间中合理地安排设备 的位置使物料运输总成本最小化。
➢ （2）PDM建设。主要实现与CAD系统的集成以及 对文档、文件夹、产品结构和构型、管理工程更改 和工作流程设计等的有效管理和控制。
汽车数字化开发技术 第 8 页
8.1.2 数字化工厂的内容
➢ （3）ERP建设。主要实现CAD、PDM、ERP系统 的集成以及对生产计划、物料需求计划、能力需求 计划、库存管理、车间作业管理、财务管理、成本 管理、项目管理、质量管理进行有效的组织、控制 和调整。