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数字化工厂

中国传统制造企业智能制造发展路径

“十四五”及未来相当长一段时期,推进智能制造,要立足制造本质,紧扣智能特征以工艺、装备为核心,以数据为基础,依托制造单元、车间、工厂、供应链等载体,构建虚实融合、知识驱动、动态优化、安全高效、绿色低碳的智能制造系统,推动制造业实现数字化转型、网络化协同、智能化变革。一一《“十四五”智能制造发展规划》





一、数字化工厂的优势和价值

1、数字化工厂技术降低了企业各部门之间内部消耗,扭转了传统生产中的流水作业模式,各部门在生产过程中能够同时作业,协调处理,使得整个企业成为一个高效的有机整体。

2、数字化工厂(DF)集成了产品、过程和工厂模型数据库,通过先进的可视化、仿真和文档管理,以提高产品的质量和生产过程所涉及的质量和动态性能:

(1) 提高盈利能力
(2) 提高规划质量
(3) 缩短产品投产时间
(4) 交流透明化
(5) 规划过程标准化
(6) 胜任的知识管理

(7) 虚拟现实仿真技术


数字化工厂建设是是实施企业智能化制造的一个重要环节,是制造企业走向智能制造的第一步。两者的作用是相辅相成,共同协作的。






二、数字化工厂的本质是实现信息的集成,由ERP、PLM、MOM、WMS、DCS五大系统的全面集成

以MOM/MES(制造运营系统)为中枢核心;APS计划排程软件及MES执行制造系统是制造企业建设数字化车间的重要组成部分。


数字化工厂以产品全生命周期的相关数据为基础,在计算机环境中对整个生产过程进行仿真、评估和优化,并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式;是实现产品数字化设计、产品数字化制造、业务流程和制造过程数字化管理、全面集成优化的过程。






三、数字化工厂技术与系统作为新型的制造系统,为制造商及其供应商提供了一个制造工艺信息平台。

传统制造企业正面临着巨大的时间、成本、质量等压力。在设计部门,CAD & PDM系统的应用获得了成功。同样,在生产部门,ERP等相关信息系统也获得了巨大的成功,但在解决“如何制造→工艺设计”这一关键环节上,大部分国内企业还没有实现有效的计算机辅助管理机制。


使企业能够对整个制造过程进行设计规划,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,从而实现虚拟制造和并行工程,保障生产的顺利进行。数字化工厂规划系统通过统一的数据平台,实现主机厂内部、生产线供应商、工装夹具供应商等的并行工程:1、全面的制造过程管理  2、工作流程(1)从设计部门获取产品数据(2)从工装工具、生产部门获取资源数据(2D/3D)(3)工艺规划(4)工艺验证、仿真(5)客户化输出  3、规划模式



四、数字化工厂主要解决制造能力自治的问题。

1、利用数字化技术,将专业人士在产品设计、制造过程、生产管理、企业管理、销售和供应链方面的知识、智慧和经验整合起来,进行产品设计、生产、管理、销售的现代工厂模式和服务。

2、数字化工厂是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络,包含仿真和3D/虚拟现实可视化,通过连续的没有中断的数据管理集成在一起。是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物,它的出现给基础制造业注入了新的活力,主要作为沟通产品设计和产品制造之间的桥梁。

3、数字化工厂规划系统通过统一的数据平台,通过具体的规划设计和验证预见所有的制造任务,在进步质量的同时减少设计时间,加速产品开发周期,消除浪费,减少为了完成某项任务所需的资源数目等,实现主机厂内部、生产线供给商、工装夹具供给商等的并行工程。

4、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。除了要对产品开发过程进行建模与仿真外,还要根据产品的变化对生产系统的重组和运行进行仿真,使生产系统在投入运行前就了解系统的使用性能,分析其可靠性、经济性、质量、工期等,为生产过程优化和网络制造提供支持。



五、数字化工厂主要涉及产品设计、生产规划与生产执行三大环节

数字化建模、虚拟仿真、虚拟现实/加强现实(VR/AR)等技术包含在其中。

(1) 产品设计环节——三维建模是基础
(2) 生产规划环节——工艺仿真是关键
(3) 生产执行环节——数据采集实时联通
这个环节的数字化,体现在制造执行系统(MES)与其他系统之间的互联互通上。MES与ERP、PDM/cPDM之间的集成,能够保证所有相关产品属性信息从始至终保持同步,并实现实时更新。






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