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“數(shù)字化工廠”技術(shù)與系統(tǒng)作為新型的制造系統(tǒng)，為制造商及其供給商提供了一個(gè)制造工藝信息平臺(tái)，使企業(yè)能夠?qū)φ麄€(gè)制造過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，模擬仿真和治理，并將制造信息及時(shí)地與相關(guān)部分、供給商共享，從而實(shí)現(xiàn)虛擬制造和并行工程，保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
在當(dāng)今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，制造企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到他們正面臨著巨大的時(shí)間、本錢(qián)、質(zhì)量等壓力。在設(shè)計(jì)部分，CAD & PDM系統(tǒng)的應(yīng)用獲得了成功。同樣，在生產(chǎn)部分，ERP等相關(guān)信息系統(tǒng)也獲得了巨大的成功，但在解決“如何制造→工藝設(shè)計(jì)”這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)上，大部分國(guó)內(nèi)企業(yè)還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)有效的計(jì)算機(jī)輔助治理機(jī)制，“數(shù)字化工廠”技術(shù)則是企業(yè)迎接21世紀(jì)挑戰(zhàn)的有效手段。
“數(shù)字化工廠”技術(shù)與系統(tǒng)作為新型的制造系統(tǒng)，為制造商及其供給商提供了一個(gè)制造工藝信息平臺(tái)，使企業(yè)能夠?qū)φ麄€(gè)制造過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，模擬仿真和治理，并將制造信息及時(shí)地與相關(guān)部分、供給商共享，從而實(shí)現(xiàn)虛擬制造和并行工程，保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行。在汽車(chē)行業(yè)，數(shù)字化工廠更是發(fā)揮著重要的作用。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造開(kāi)始的工作轉(zhuǎn)換是汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中最關(guān)鍵的步驟之一，“數(shù)字化工廠”規(guī)劃系統(tǒng)可以通過(guò)具體的規(guī)劃設(shè)計(jì)和驗(yàn)證預(yù)見(jiàn)所有的制造任務(wù)，在進(jìn)步質(zhì)量的同時(shí)減少設(shè)計(jì)時(shí)間，從而加速汽車(chē)開(kāi)發(fā)周期；并且還可以消除浪費(fèi)，減少為了完成某項(xiàng)任務(wù)所需的資源數(shù)目等。此外，“數(shù)字化工廠”規(guī)劃系統(tǒng)通過(guò)同一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)主機(jī)廠內(nèi)部、生產(chǎn)線供給商、工裝夾具供給商等的并行工程。
數(shù)字化工廠
1、全面的制造過(guò)程治理
“數(shù)字化工廠”提供了全面的制造過(guò)程治理（見(jiàn)圖1），在實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)前，在計(jì)算機(jī)模擬的環(huán)境中完成虛擬生產(chǎn)全部過(guò)程，天生經(jīng)過(guò)“數(shù)字化工廠”驗(yàn)證過(guò)的、實(shí)際生產(chǎn)所需的各種工藝數(shù)據(jù)和文檔。
圖1 同一的數(shù)據(jù)環(huán)境eMS
2、工作流程
圖2 “數(shù)字化工廠”工作流程
工作流程如圖2所示，下面分別具體介紹：
?。?）從設(shè)計(jì)部分獲取產(chǎn)品數(shù)據(jù)：
通過(guò)系統(tǒng)集成，從設(shè)計(jì)部分的PDM系統(tǒng)中自動(dòng)下載產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)，包括3D模型、裝配關(guān)系等；并在“數(shù)字化工廠”環(huán)境中進(jìn)行工藝審查、公差分析等。
?。?）從工裝工具、生產(chǎn)部分獲取資源數(shù)據(jù)（2D/3D）：
通過(guò)系統(tǒng)集成，從企業(yè)的資源庫(kù)中自動(dòng)下載相關(guān)資源數(shù)據(jù)；在“數(shù)字化工廠”環(huán)境中建立相關(guān)項(xiàng)目的資源庫(kù)。
?。?）工藝規(guī)劃：
在“數(shù)字化工廠”規(guī)劃模塊中進(jìn)行協(xié)同規(guī)劃或?qū)нM(jìn)工藝部分已有工藝信息。工藝規(guī)劃包括：總工藝計(jì)劃、細(xì)節(jié)工藝計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃及產(chǎn)品、 工藝、資源關(guān)聯(lián)及工時(shí)等工藝信息。
?。?）工藝驗(yàn)證、仿真：
在“數(shù)字化工廠”工程模塊中驗(yàn)證規(guī)劃結(jié)果。工藝驗(yàn)證包括：工藝驗(yàn)證、動(dòng)態(tài)裝配、工位布局驗(yàn)證、線平衡、工時(shí)分析、人機(jī)工程仿真、 工廠布局、物流仿真、機(jī)器人仿真、NC仿真、沖壓仿真、PLC仿真和質(zhì)檢等。
?。?）客戶(hù)化輸出：
通過(guò)系統(tǒng)集成和客戶(hù)化開(kāi)發(fā)，輸出工藝執(zhí)行文件；通過(guò)系統(tǒng)集成和客戶(hù)化開(kāi)發(fā)，輸出生產(chǎn)、采購(gòu)、招投標(biāo)、維護(hù)、培訓(xùn)等信息或?qū)?shù)據(jù)傳遞到現(xiàn)有的CAPP系統(tǒng)中。
3、規(guī)劃模式
整個(gè)過(guò)程始終涉及汽車(chē)主機(jī)廠和生產(chǎn)線供給商，這就要求各企業(yè)使用同一平臺(tái)以保證實(shí)現(xiàn)并行工程和同一的數(shù)據(jù)規(guī)范，從而實(shí)現(xiàn)并行工廠。由于協(xié)作模式、控制權(quán)及平衡標(biāo)準(zhǔn)等的不同，全球不同汽車(chē)規(guī)劃體系（美系、歐系、日系等）使用的“數(shù)字化工廠”解決方案具有不同模式和本地化特點(diǎn)。北京迪基透科技有限公司通過(guò)多年與不同廠家的合作，逐步積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)探索出適合中國(guó)本地的模式，下面以汽車(chē)業(yè)的具體項(xiàng)目說(shuō)明。
汽車(chē)項(xiàng)目舉例
“數(shù)字化工廠”解決方案覆蓋了汽車(chē)生產(chǎn)的所有過(guò)程，如圖3所示。
圖3 “數(shù)字化工廠”解決方案覆蓋汽車(chē)生產(chǎn)全過(guò)程
1、白車(chē)身解決方案
這是一個(gè)可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行的解決方案，實(shí)現(xiàn)白車(chē)身生產(chǎn)線、裝配單元和工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)、規(guī)劃、方案驗(yàn)證及具體的設(shè)計(jì)和仿真、優(yōu)化，并保證信息及時(shí)更新、交流和共享。
該解決方案在制造過(guò)程的整個(gè)生命周期內(nèi)支持汽車(chē)OEM的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和廠房布局，以電子化工藝過(guò)程表（eBOP）的格式定義制造過(guò)程并把他們存儲(chǔ)在同一的制造服務(wù)器e-Manufacturing Server（eMS）上，這就可以在整個(gè)制造鏈上方便地讀寫(xiě)、交換和協(xié)同地交互式操縱；BIW Solution提供了完整的白車(chē)身制造工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、治理、項(xiàng)目跟蹤的團(tuán)隊(duì)協(xié)同制造環(huán)境；該方案主要解決白車(chē)身焊接生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃、焊接治理、焊接仿真和裝焊線的布局，同時(shí)應(yīng)用物流模塊對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行物流分析和優(yōu)化。
完整的工廠規(guī)劃及生產(chǎn)線2D/3D布局圖能使時(shí)間節(jié)省約40%，實(shí)施該方案后，明顯進(jìn)步了工藝規(guī)劃效率和質(zhì)量；在綜合的焊接治理方面，減少焊接信息查詢(xún)的時(shí)間75%，減少丟失焊點(diǎn)80%；并行工程的應(yīng)用減少項(xiàng)目規(guī)劃的工作量約30%；并增強(qiáng)了主機(jī)廠與生產(chǎn)線供給商的協(xié)作等。
2、總裝解決方案
總裝解決方案（見(jiàn)圖4）主要解決總裝生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃，多車(chē)型混線生產(chǎn)治理，復(fù)雜的物流仿真優(yōu)化，根據(jù)定單的排產(chǎn)計(jì)劃和總裝線的布局等，支持用戶(hù)完成從生產(chǎn)裝配過(guò)程分析到具體裝配站點(diǎn)的三維可視化設(shè)計(jì)；提供對(duì)于復(fù)雜操縱的三維仿真分析；提供了完整的總裝制造工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、治理及項(xiàng)目跟蹤的團(tuán)隊(duì)協(xié)同制造環(huán)境；人機(jī)工程可以用于人工裝配操縱的仿真來(lái)對(duì)操縱場(chǎng)地和裝配循環(huán)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化等；還具有用于混產(chǎn)規(guī)劃過(guò)程仿真、分析生產(chǎn)線的性能，包括產(chǎn)量、物流、生產(chǎn)線平衡、瓶頸和緩沖區(qū)大小等。
圖4 總裝解決方案
總裝解決方案在規(guī)劃過(guò)程中考慮了多種方案的優(yōu)選，減少了用于驗(yàn)證裝配可行性的模型數(shù)目；對(duì)復(fù)雜裝配干涉題目的仿真能早期猜測(cè)和消除工程風(fēng)險(xiǎn)；可用于多車(chē)型同線混裝的工藝方案設(shè)計(jì)和排產(chǎn)計(jì)劃的制定。
3、發(fā)動(dòng)機(jī)解決方案
該解決方案提供發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工生產(chǎn)線和裝配線的設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及質(zhì)量治理的全面的制造過(guò)程解決方案。它提供了一套強(qiáng)大的應(yīng)用程序，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)加工生產(chǎn)線進(jìn)行分析、規(guī)劃和仿真。該解決方案可以自動(dòng)識(shí)別零件的工藝特征、設(shè)計(jì)加工工序、自動(dòng)選擇最佳的加工參數(shù)和刀具和天生NC刀具路徑乃至NC程序，并為生產(chǎn)線上的工位分配優(yōu)化的工序。發(fā)動(dòng)機(jī)解決方案流程如圖5所示。
圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)解決方案流程
該解決方案在設(shè)計(jì)階段就可通過(guò)3D瀏覽進(jìn)行更好的信息溝通；可進(jìn)行早期的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤檢查 (沖突分析)；可方便地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化；可同步地進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)；減少?zèng)_壓生產(chǎn)線的建立與調(diào)整時(shí)間并優(yōu)化工作循環(huán)時(shí)間。
4、物流解決方案
物流解決方案主要針對(duì)復(fù)雜制造體系進(jìn)行建模仿真（如車(chē)身線，總裝線，噴漆線、發(fā)動(dòng)機(jī)線等），包括：對(duì)生產(chǎn)線的制造能力進(jìn)行評(píng)估；分析和優(yōu)化生產(chǎn)線的緩沖區(qū)尺寸；找出瓶頸點(diǎn)并進(jìn)行優(yōu)化；制定最佳的物流控制策略；定義精確的制造系統(tǒng)參數(shù)等。
其中的生產(chǎn)線物流規(guī)劃、方案驗(yàn)證包括：物流布局規(guī)劃和仿真驗(yàn)證；生產(chǎn)線緩存區(qū)的位置設(shè)定和最佳儲(chǔ)存量控制；物流路徑的規(guī)劃與仿真優(yōu)化；輸送鏈系統(tǒng)的布局，控制方案，運(yùn)行策略；生產(chǎn)次序的優(yōu)化；物流路徑的流量和瓶頸分析。運(yùn)輸物流規(guī)劃、方案驗(yàn)證包括：物流運(yùn)輸?shù)缆仿窂揭?guī)劃；道路負(fù)載瓶頸流量分析； 運(yùn)輸車(chē)輛公道承載量計(jì)算；集貨方式和物料運(yùn)輸用具規(guī)劃設(shè)計(jì)； 運(yùn)輸計(jì)劃（時(shí)間，車(chē)次，道路，用具）。倉(cāng)儲(chǔ)物流規(guī)劃、方案驗(yàn)證包括：存儲(chǔ)區(qū)布局和尺寸設(shè)計(jì)；進(jìn)貨/出貨結(jié)構(gòu)指令設(shè)計(jì)；物流穩(wěn)定性分析 ；優(yōu)化物流控制策略；優(yōu)化集貨合貨物分配模型；優(yōu)化快速貨流運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制；運(yùn)輸設(shè)備系統(tǒng)方案規(guī)劃、仿真優(yōu)化。
結(jié)語(yǔ)
“數(shù)字化工廠”貫串整個(gè)工藝設(shè)計(jì)、規(guī)劃、驗(yàn)證、直至車(chē)間生產(chǎn)工藝整個(gè)制造過(guò)程，在實(shí)施過(guò)程需要留意系統(tǒng)集成方面的題目，“數(shù)字化工廠”不是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，規(guī)劃時(shí)，需要與設(shè)計(jì)部分的CAD/PDM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行可制造性驗(yàn)證（工藝評(píng)審），同時(shí)，所有規(guī)劃還需要考慮工廠資源情況。所以，“數(shù)字化工廠”與設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD/PDM和企業(yè)資源治理系統(tǒng)ERP的集成是必須的。同時(shí)，“數(shù)字化工廠”還有必要把企業(yè)已有的規(guī)劃“知識(shí)”（如工時(shí)卡、焊接規(guī)范等）集成起來(lái)，整個(gè)集成的底部是PLM構(gòu)架。
同時(shí)，類(lèi)似于PDM系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)，每個(gè)企業(yè)都有自己的流程和規(guī)范，考慮到很多人都在一個(gè)環(huán)境中協(xié)同工作（工藝工程師、設(shè)計(jì)工程師、零件和工具制造者、外包商、供給商以及生產(chǎn)工程師等），隨時(shí)會(huì)創(chuàng)建大量的數(shù)據(jù)，所以，“數(shù)字化工廠”規(guī)劃系統(tǒng)也存在客戶(hù)化定制的要求，如操縱界面、流程規(guī)范、輸出等，主要是便于使用和存取等。
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