数字化工厂

数字化工厂技术应用——SJTU-CIM研究结果
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生产系统布局规划与仿真工具——VRLayout软件
采用数据库管理生产系统模型（厂房、设备、工具/工装、物料），可在2D布局规 划的基础上搭建3D生产系统，并且具有生产系统的运动仿真功能 具备强大的3D图形处理功能，能够支持超大规模的场景实时显示和操作 具有丰富的3D模型接口，可导入多种3D模型文件。 支持2D布局生成和导出，3D布局可以直接导出2D布局图纸（DXF格式） 具有多种布局分析功能（距离/间隙、碰撞与干涉、运动序列与路径等）
数字化工厂技术应用——SJTU-CIM研究结果
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生产系统布局规划与仿真工具——VRLayout软件
数字化工厂技术应用——SJTU-CIM研究结果
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操作过程仿真工具——DMSP软件
支持预定义过程操作，以及基于多种外设的实时、交互操作 完整的“产品-工具-操作者-环境”数据模型 具有基于层次树和约束的精细操作仿真 多种操作过程评估方法：干涉、人机功效… 实时、交互式漫游；多种立体显示输出；动画生成
数字化技术：将各种信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数
字、数据建立数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，可在计 算机内部进行统一处理，这个过程即为数字化 数字化基本手段：测量、试验、数据处理、建模 数字化结果：实物对象的数字化模型——几何模型、面向各领域应用 的物理性能模型
目前测量和几何建模技术已经非常成熟，可以构建各 类复杂对象的几何模型，但精确、定量的物理性能模型构
数字化工厂技术应用——SJTU-CIM研究结果
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电子发布物管理与制作——iPEP系统
CAD/PROE
Windchill
MES
ERP
PDM/ERP/MES数据接口 发布物数据映射表 跨平台异构数据融合 数据推送与更新机制 数据安全机制
客户服务系统
发布物资源库 文档在线阅读、交互 备件查询与申购 设备维护数据管理 其他后期服务扩展模块
建仍有困难，特别是多种物理场的耦合模型
数字化工厂背景－技术背景
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技术背景（数字化技术与数字化制造）
数字化制造：制造领域的数字化，是制造技术、计算机技术、网络技
术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制 造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势 内涵：以设计为中心的数字化制造技术、以控制为中心的数字化制造 技术、以管理为中心的数字化制造技术 历程： NC加工—CAM—CAD—CAD/CAM—PDM支撑的CAD/CAPP/MES
可在线浏览所有工艺信息 可与实际装配线结合实现装配过程管控
数字化工厂技术应用——SJTU-CIM研究结果
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数字化工艺——DAPDG系统
数字化工厂技术应用——SJTU-CIM研究结果
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电子发布物管理与制作——iPEP系统
实现三维发布物数字化设计，实现一机一档一册
发布物编辑系统
数字化发布物模板管理 自动套用模板与样式 多样化可交互呈现形式 基于数据映射的自动更新
发布物管理系统
版本与变更管理 发布物协同设计 发布物内部发布 三维数字化发布物库
全数字发布物系统
数字化工厂技术应用——SJTU-CIM研究结果
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电子发布物管理与制作——iPEP系统
一套标准：电子发布物数字化设计标准
发布物素材资源库
爆炸图、示意图等插图 表格、SBOM、Partlist 2D/3D模型（轻量化数据） 文字说明、描述、表格
3D可交互发布物制作工具
可交互3D数字爆炸模型 装配流程仿真动画制作 模型数据轻量化处理 3D可交互发布物Viewer 产品数字化发布物App
三维发布物标准与规范
发布物标准 发布物设计规范 发布物发布规范 发布物模板设计 …
数字化工厂的关键技术
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关键技术——工厂要素的数字化
——信息的数字化表达、要素的数字化建模
数字化对象：产品，工具、设备、工装、厂房、其他参与生产
活动的资源
数字化方法：逆向、正向、第三方提供 数字化工具：测量系统、测试环境、建模软件，设计工具等 数字化结果：生产要素对象和生产活动的数字化模型及其附属
数字化工厂技术应用——SJTU-CIM研究结果
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操作过程仿真工具——DMSP软件
数字化工厂技术应用——SJTU-CIM研究结果
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数字化工艺——DAPDG系统
与现有的CAPP系统共用数据库 可进行3D操作工艺规划，生成3D操作指导书
具有2D图纸和3D模型的同时浏览功能
波音公司：数字化制造保证零部件全球10个国家的19个厂 商生产中的进度与质量控制
数字化工厂背景－工程背景
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工程背景（企业应用现状）
阿联特技术系统公司(ATK)：数字化制造保证新一代战神火箭快 速研制和生产，周期缩短40%
数字化工厂背景－技术背景
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技术背景（数字化技术与数字化制造）
数字化工厂——实体工厂的数字化
以信息、仿真等诸多数字化技术为 依托，将工厂运行实际过程数字化，实 现实际运行过程的仿真、优化、实时控 制，是数字化技术支撑的实体工厂
与实体工厂实时信息关联，同步更新
数字化工厂概念
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数字化工厂的组成要素
满足数字化工厂构建、运行、发展的需求
模型的数字化 测量、建模 在线数据获取、数据处理 开发流程管理、数据管理 制造过程管控、质量管理 设计、工艺过程验证与优化
实体工厂数字化 各类生产要素的信息获取 ——MES及其他数据采集手段建设 生产要素的数据传输与存储——信息与数据的传输与存储手段建设

数字化工厂


虚实工厂的结合——虚拟工厂模型与真实工厂信息的集成
设计、工艺、制造过程的集成——数字化的产品生产 与工厂其他职能部门（财务、商务、人力……）集成——完整的数字化工厂
数字化制造技术在设计环节应用最早最成熟，在制造现场 也开始大量应用，但在工艺环节发展较慢，因此数字化工艺设
计、仿真和验证是研究热点
数字化工厂概念
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虚拟工厂 以图形、仿真及计算技术为支撑，对实际工厂进行虚拟仿真， 解决产品设计和生产中的某些问题，本质是实际工厂的虚拟化， 结果是与实体工厂对应的虚拟工厂 不接受实际工厂的运行数据； 与实体工厂无实时信息关联
支持数字化的硬件环境
模型测量、模型创建
特 点
数字化工厂概念
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数字化工厂的典型结构与运行逻辑
数字化工厂的目标
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数字化工厂的目标 数字化工厂是企业数字化辅助工程新的发展阶段，包括产品开发数字
化、生产准备数字化、制造数字化、管理数字化、营销数字化。 建设目标：通过数字化模型、方法和工具构成的综合网络，实现连续 的、没有中断的数据集成 应用目标：产品开发过程建模与仿真，生产系统的重组和运行进行仿 真；对产品制造过程进行可靠、有效的管控 效益目标：提高产品的质量和生产过程所涉及的质量、效率和动态性 能——最好的质量，最低的风险、最高的效率、最佳的服务
数字化工厂的关键技术
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关键技术——数据转换、传输与存储
——支持数字化工厂运行的数据正确性、一致性、流通性
数据转换：模型在不同阶段具有不同的
形式和属性，基于不同的工具构建
数据传输：制数据在不同终端、不同部
门之间流转，数据量和实时性都有需求
数据存储：生产活动过程中的静态/动态
数字化工厂的关键技术
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数字化工厂建设原则
实施原则：顶层设计，底层入手


渐进发展，不对当前生产产生不利影响
分步建设，各分系统独立建设，独立作用 着眼未来，分系统建设时考虑未来集成
实施过程：先虚后实，先分后总
虚拟工厂－为数字化工厂提供主要信息模型支持 建立工厂各种要素的数字化模型 对生产要素进行仿真、验证、优化
数据存储与访问控制
基本方式：以高速局域网为基础的通信
支撑；以数据库和文件库为基础的存储 支撑；以各类接口工具为基础的数据转 换支撑
数字化工厂的关键技术
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关键技术——数据采集与处理
——制造过程的数据采集、分析与显示
数据采集：设备状态、操作过程、制造质量等数据在线获取 数据分析：制造过程数据在线分析及结果处理 数据显示：在线数据与数字化模型相结合的综合显示及监控
通过数字化发布物支撑售后服务业务
围绕数字化发布物为客户提供养护、维修等增值售后服务； 与备件手册对应的云端的零配件销售，实现在线零配件申购业务；
提升终端用户使用发布物的用户体验
提高发布物的准确性，解决文档与设备不匹配的问题； 实现全数字化发布物制作，多元化发布物呈现形式，提高用户体验； 结合云、移动终端技术，用户更容易获取数字化发布物；
通过结构化发布物编制系统，减少重复性的手工工作，提高效率； 关联三维设计数据和生产数据，实现发布物快速设计与一机一档一册； 实现全数字化发布物制作，多元化发布物呈现形式，提高用户体验；
实现有效的数字化发布物管理，提高正确性
实现协同、版本和变更等发布物生命周期管理； 解决复杂型号产品的机册一致性，提高用户体验；
数据
数字化工厂的关键技术
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关键技术——全生命周期的数据与流程管理（PLM）
——数字化的流程和数据管理

流程管理：整体的生产活动流程、局部的设计/工艺/制造流程 数据管理：生产活动过程产生的各类数据的存储与控制
PLM的核心：生产活动的模型和数据，存储在ERP/PDM数据库
PLM系统实施：以平台为基础的个性化实施
电子发布物内容与形式、制作与发布流程 电子发布物模板库
四大工具：素材、编辑、3D制作、发布物管理
发布物编辑工具系统－Publication Editor
通过素材资源库关联PDM/ERP/MES数据；基于XML国际通用的结构化发布物编辑技术
发布物素材资源库－ Content Center
建立发布物素材与三维设计数据的映射关系与关联更新，实现发布物素材的高效重用与更新
数字化工厂概念
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数字化车间 以图形、仿真及计算技术为支撑，对实际工厂进行虚拟仿真， 解决产品设计和生产中的某些问题，本质是实际工厂的虚拟化， 结果是与实体工厂对应的虚拟工厂 数字化工厂的子集，侧重于制造现场的管控 要点：计划与执行、数据采集、现场决策、问题分析
数字化工厂概念
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数字化工厂技术与应用
武殿梁
上海交通大学CIM研究所 2014年8月16日
提纲
一、数字化工厂背景
二、数字化工厂概念
Leabharlann Baidu三、数字化工厂目标与效能
四、数字化工厂关键技术
五、应用案例
数字化工厂背景－工程背景
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工程背景（企业应用现状）
信息化技术在企业的商务、行政、财务、人力资源、物料管理等方面
已成熟并普遍应用 信息化技术正在向制造型企业核心环节（设计－工艺－制造）渗透， 它以数字化模型为基础
数字化工厂的关键技术
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关键技术——仿真与优化技术
——设计、工艺、制造过程的仿真、分析与优化
模型优化：产品及工艺模型的仿真、分析与改进 流程优化：生产活动过程的仿真、分析及改进 仿真分析及优化工具：
产品设计：物理性能计算与仿真（如FEM软件） 工艺设计：流程仿真与优化（如离散事件仿真软件）；操作过程仿真 与优化；布局规划仿真与优化；
•
需 求 描 述
运行数据采集 生命周期管理
•
制造执行管理
仿真分析优化 测量、设计工具 仿真、优化工具 数据处理工具 流程管理工具 通信、存储环境
数据来源复杂， 数据量巨大，导 致数据采集、处 难 理、转换困难。 点 同时涉及到设计、 工艺、制造、售 后，导致管理和 协调困难
对 应 要 素
• 涉及到多学科、 产品和工艺设计过程的仿真与优化 多领域 • 既有硬件环境， 制造数据采集、处理、存储 也有软件工具 • 需要多种专业协 产品和工艺设计、制造执行过程管理 同完成
发布物版本与变更管理系统－ Publication Center
发布物版本管理，实现一机一档一册准确管理；
三维可交互发布物设计工具－ 3D Publisher
通过WebGL与轻量化技术实现云端和移动终端可交互动态发布物；