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1、数字工厂及其应用技术 2024/8/191数字工厂及其应用技术课件课程简介 数字化制造技术作为先进制造技术的重要发展方向，已经数字化制造技术作为先进制造技术的重要发展方向，已经数字化制造技术作为先进制造技术的重要发展方向，已经数字化制造技术作为先进制造技术的重要发展方向，已经成为国内外先进制造技术研究的热点，数字化工厂是数字化成为国内外先进制造技术研究的热点，数字化工厂是数字化成为国内外先进制造技术研究的热点，数字化工厂是数字化成为国内外先进制造技术研究的热点，数字化工厂是数字化制造中关键环节之一，数字化工厂技术最主要解决产品设计制造中关键环节之一，数字化工厂技术最主要解决产品设计制造中关键环
2、节之一，数字化工厂技术最主要解决产品设计制造中关键环节之一，数字化工厂技术最主要解决产品设计和产品制造之间的鸿沟，降低设计到生产制造之间的不确定和产品制造之间的鸿沟，降低设计到生产制造之间的不确定和产品制造之间的鸿沟，降低设计到生产制造之间的不确定和产品制造之间的鸿沟，降低设计到生产制造之间的不确定性，在数字空间中将生产制造过程压缩和提前，使生产制造性，在数字空间中将生产制造过程压缩和提前，使生产制造性，在数字空间中将生产制造过程压缩和提前，使生产制造性，在数字空间中将生产制造过程压缩和提前，使生产制造过程在数字空间中得以检验，从而提高系统的成功率和可靠过程在数字空间中得以检验，从而提高系统的
3、成功率和可靠过程在数字空间中得以检验，从而提高系统的成功率和可靠过程在数字空间中得以检验，从而提高系统的成功率和可靠性，缩短从设计到生产的转化时间。性，缩短从设计到生产的转化时间。性，缩短从设计到生产的转化时间。性，缩短从设计到生产的转化时间。2024/8/192数字工厂及其应用技术课件课程简介 本课程是一门理论与工程实践相结合的选修课，适合于具本课程是一门理论与工程实践相结合的选修课，适合于具本课程是一门理论与工程实践相结合的选修课，适合于具本课程是一门理论与工程实践相结合的选修课，适合于具有工科背景的学生。其主要目的是让学生了解数字制造技术有工科背景的学生。其主要目的是让学生了解数字制造技
4、术有工科背景的学生。其主要目的是让学生了解数字制造技术有工科背景的学生。其主要目的是让学生了解数字制造技术的发展、数字化工厂技术的概念与理论；数字制造建模理论；的发展、数字化工厂技术的概念与理论；数字制造建模理论；的发展、数字化工厂技术的概念与理论；数字制造建模理论；的发展、数字化工厂技术的概念与理论；数字制造建模理论；支持数字工厂的虚拟现实与优化仿真技术、工厂布局与规划支持数字工厂的虚拟现实与优化仿真技术、工厂布局与规划支持数字工厂的虚拟现实与优化仿真技术、工厂布局与规划支持数字工厂的虚拟现实与优化仿真技术、工厂布局与规划技术、生产规划与物流仿真技术、制造过程仿真模拟技术等，技术、生产规划与
5、物流仿真技术、制造过程仿真模拟技术等，技术、生产规划与物流仿真技术、制造过程仿真模拟技术等，技术、生产规划与物流仿真技术、制造过程仿真模拟技术等，拓宽知识面，为今后更高层次的学习和研究奠定基础。拓宽知识面，为今后更高层次的学习和研究奠定基础。拓宽知识面，为今后更高层次的学习和研究奠定基础。拓宽知识面，为今后更高层次的学习和研究奠定基础。 2024/8/193数字工厂及其应用技术课件考核形式平时作业平时作业平时作业平时作业综述性的研究报告综述性的研究报告综述性的研究报告综述性的研究报告2024/8/194数字工厂及其应用技术课件仿真与优化仿真与优化2 2 2 2 1 1 1 1 3 3 3 34
6、 4 4 4虚拟制造技术虚拟制造技术 数字制造的建模理论数字制造的建模理论绪论绪论5 5 5 56 6 6 6数字化工厂支撑技术数字化工厂支撑技术数字化工厂理论数字化工厂理论7 7 7 7数字化工厂应用技术数字化工厂应用技术课程体系2024/8/195数字工厂及其应用技术课件第一章 绪论1引言引言2现代制造的特征现代制造的特征3数字化制造内涵与体系数字化制造内涵与体系2024/8/196数字工厂及其应用技术课件n n制造技术是当代科学技术发展最为活跃的领域，制造技术是当代科学技术发展最为活跃的领域，制造技术是当代科学技术发展最为活跃的领域，制造技术是当代科学技术发展最为活跃的领域，是产品更新、
7、生产发展、国际间技术竞争的重要是产品更新、生产发展、国际间技术竞争的重要是产品更新、生产发展、国际间技术竞争的重要是产品更新、生产发展、国际间技术竞争的重要手段；手段；手段；手段；n n制造业是国民经济最重要的支柱产业，在工业化制造业是国民经济最重要的支柱产业，在工业化制造业是国民经济最重要的支柱产业，在工业化制造业是国民经济最重要的支柱产业，在工业化国家约有国家约有国家约有国家约有25%25%的人口从事制造业，的人口从事制造业，的人口从事制造业，的人口从事制造业，70%80%70%80%的物的物的物的物质财富来自制造业；质财富来自制造业；质财富来自制造业；质财富来自制造业；n n制造业是我国
8、国民经济的核心和工业化的原动力，制造业是我国国民经济的核心和工业化的原动力，制造业是我国国民经济的核心和工业化的原动力，制造业是我国国民经济的核心和工业化的原动力，我国制造业总产值约占全国我国制造业总产值约占全国我国制造业总产值约占全国我国制造业总产值约占全国GDPGDP的的的的42.5%42.5%；n n世界各发达国家都把先进制造技术列为国家中、世界各发达国家都把先进制造技术列为国家中、世界各发达国家都把先进制造技术列为国家中、世界各发达国家都把先进制造技术列为国家中、长期发展的重大关键技术。长期发展的重大关键技术。长期发展的重大关键技术。长期发展的重大关键技术。第一章 绪论2024/8/1
9、97数字工厂及其应用技术课件 制造业生产规模的发展方向制造业生产规模的发展方向制造业生产规模的发展方向制造业生产规模的发展方向: : : : 小批量小批量少品种大批量少品种大批量多品种变批量多品种变批量 制造业资源配置的发展方向制造业资源配置的发展方向制造业资源配置的发展方向制造业资源配置的发展方向: : : : 劳动密集劳动密集设备密集设备密集信息密集信息密集知识密集知识密集制造技术生产方式的发展方向制造技术生产方式的发展方向制造技术生产方式的发展方向制造技术生产方式的发展方向 手工手工机械化机械化单机自动化单机自动化刚性流水自动化刚性流水自动化 柔性自动化柔性自动化智能自动化智能自动化 第
10、一章 绪论2024/8/198数字工厂及其应用技术课件 1.知识经济条件下以社会、市场、环境和资源为背知识经济条件下以社会、市场、环境和资源为背景的制造业景的制造业 产品生命周期缩短产品生命周期缩短用户需求多样化用户需求多样化大市场和大竞争大市场和大竞争交货期成为竞争的第一要素交货期成为竞争的第一要素信息化和智能化信息化和智能化人的知识、素质和需求的变化人的知识、素质和需求的变化环境保护意识的增强与可持续发展环境保护意识的增强与可持续发展第一章 绪论2024/8/199数字工厂及其应用技术课件 特点如下：2.知识经济条件下以社会、市场、环境和资源为背知识经济条件下以社会、市场、环境和资源为背景
11、的制造技术景的制造技术 常规制造工艺的优化常规制造工艺的优化 新型（非正规）加工方法的发展新型（非正规）加工方法的发展专业、学科间的界限逐渐淡化、消失专业、学科间的界限逐渐淡化、消失 工艺设计由经验走向定量分析工艺设计由经验走向定量分析 信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合第一章 绪论2024/8/1910数字工厂及其应用技术课件3. 3. 二十一世纪制造业面临的六大挑战二十一世纪制造业面临的六大挑战（1 1）快速响应市场能力的挑战）快速响应市场能力的挑战 全部制造环节并行实全部制造环节并行实现现 （2 2）打破传统经营的组织、地域及时间壁垒的挑战）打破传统
12、经营的组织、地域及时间壁垒的挑战 技术资源的集成技术资源的集成 （3 3）信息时代的挑战）信息时代的挑战 信息向知识的转变信息向知识的转变 （4 4）日益增长的环保压力的挑战）日益增长的环保压力的挑战 可持续发展可持续发展 （5 5）制造全球化和贸易自由化的挑战）制造全球化和贸易自由化的挑战 可重组工程可重组工程 （6 6）技术创新的挑战）技术创新的挑战 全新制造工艺及产品全新制造工艺及产品的开发的开发第一章 绪论2024/8/1911数字工厂及其应用技术课件多轴联动，多轴联动，高进给速度，高进给速度，工件重工件重100100吨，吨，行程行程 6 6米。米。加工精度加工精度 微米级微米级例：高
13、速、高精度数控机床例：高速、高精度数控机床例：3万吨水压机活动横梁自重活动横梁自重 21002100吨吨行程行程 18301830毫米毫米锻件尺寸锻件尺寸 3 3米米 响应时间响应时间 0.30.3秒秒全行程位移误差全行程位移误差 0.130.13毫米毫米制造装备制造装备高精度、高精度、高可靠性高可靠性大行程、大变载、大行程、大变载、高速、高加速度高速、高加速度2024/8/1912数字工厂及其应用技术课件第一章 绪论航空发动机是一种高附加值产品：航空发动机是一种高附加值产品：航空发动机、客机、计算机、轿车和轮船的价值比为航空发动机、客机、计算机、轿车和轮船的价值比为14001400：8008
14、00：300300：9 9：1 119981998年年-2007-2007年世界航空发动机销售和维修市场总额为年世界航空发动机销售和维修市场总额为35003500亿亿美元美元2024/8/1913数字工厂及其应用技术课件GE90发动机2800多个组件10000多个零件航空发动机研究和发展特点：航空发动机研究和发展特点：技术难度大：涉及气动、热工、结构与强度、控制、测试、技术难度大：涉及气动、热工、结构与强度、控制、测试、计算机、制造技术和材料等多个学科，一台发动机内有几十计算机、制造技术和材料等多个学科，一台发动机内有几十个部件和系统及数以万计的零件个部件和系统及数以万计的零件第一章 绪论20
15、24/8/1914数字工厂及其应用技术课件航空发动机研究和发展特点：航空发动机研究和发展特点：周期长：发动机从方案论证到定型投入使用的周期长达周期长：发动机从方案论证到定型投入使用的周期长达30年。年。例如美国空军第四代战斗机发动机从例如美国空军第四代战斗机发动机从1986年开始验证机研制；年开始验证机研制；1991年原型机工程和制造研制，年原型机工程和制造研制，2004-2005投入使用投入使用第一章 绪论2024/8/1915数字工厂及其应用技术课件2024/8/1916数字工厂及其应用技术课件航空发动机研究和发展特点：航空发动机研究和发展特点：费用高：费用高：80年代研制一台推力为年代研
16、制一台推力为11000kgf，推重比，推重比5.5的涡轮风扇发的涡轮风扇发动机的费用大约为动机的费用大约为10-15亿美元；亿美元；90年代年代F119发动机研制费用超过发动机研制费用超过20亿美元；亿美元；联合攻击战动机联合攻击战动机F35的动力装置的动力装置F135研制费用高达研制费用高达50亿美元亿美元发动机研制费用约占航空研究费用的发动机研制费用约占航空研究费用的25%第一章 绪论2024/8/1917数字工厂及其应用技术课件产业革命（标志技术）经济模式前期工业经济时代前期工业经济时代前期工业经济时代前期工业经济时代发达工业经济时代发达工业经济时代发达工业经济时代发达工业经济时代知识工
17、业经济时代知识工业经济时代知识工业经济时代知识工业经济时代主要生产模式主要生产要素生产过程生产特征关键技术对产品要求企业注重企业管理强调与资源的关系与环境的关系第一次产业革命（蒸汽机）第二次产业革命（电力）规模经济规模生产劳动力流水线、可互换式制造机械化单元技术批量大数量集中利用资源破坏环境第三次产业革命（原子能）速度经济集成生产资本自动线、刚性或柔性集成制造自动化综合技术品种多质量自主节约资源关心环境高新技术产业革命（信息技术）知识经济集约生产知识并行工程、分布式网络智能制造数字化、网络化智能技术个性化、参与化、快速响应服务（质量、价格、售后服务）协同、人的创新作用更新资源保护环境、美化环境
18、2024/8/1918数字工厂及其应用技术课件2024/8/1919数字工厂及其应用技术课件现代制造的特征（1）先进制造技术是多学科的融合）先进制造技术是多学科的融合集成集成集成集成鸿沟鸿沟鸿沟鸿沟 “ “Gap”Gap”设计设计设计设计功能描述功能描述功能描述功能描述制造制造制造制造设计物化设计物化设计物化设计物化面向制造的设计、虚拟设计面向制造的设计、虚拟设计面向制造的设计、虚拟设计面向制造的设计、虚拟设计虚拟制造、数字工厂虚拟制造、数字工厂虚拟制造、数字工厂虚拟制造、数字工厂2024/8/1920数字工厂及其应用技术课件现代制造的特征pp先进制造技术是多学科的融合先进制造技术是多学科的融
19、合2024/8/1921数字工厂及其应用技术课件现代制造的特征pp先进制造是覆盖产品全生命周期的制造先进制造是覆盖产品全生命周期的制造设计设计设计设计制造制造制造制造销售销售销售销售使用使用使用使用设计设计设计设计制造制造制造制造销售销售销售销售使用使用使用使用2024/8/1922数字工厂及其应用技术课件l l 网络协同化网络协同化网络协同化网络协同化 大大大大型型型型集集集集团团团团企企企企业业业业信信信信息息息息化化化化向向向向网网网网络络络络协协协协同同同同化化化化方方方方向向向向发发发发展展展展，为为为为其其其其在在在在全球范围内优化配置资源提供支撑。全球范围内优化配置资源提供支撑。
20、全球范围内优化配置资源提供支撑。全球范围内优化配置资源提供支撑。l l 系统集成化系统集成化系统集成化系统集成化 骨骨骨骨干干干干企企企企业业业业信信信信息息息息化化化化向向向向系系系系统统统统集集集集成成成成化化化化方方方方向向向向发发发发展展展展，促促促促进进进进企企企企业业业业核核核核心竞争力的提升。心竞争力的提升。心竞争力的提升。心竞争力的提升。l l 服务平台化服务平台化服务平台化服务平台化 中中中中小小小小企企企企业业业业信信信信息息息息化化化化向向向向服服服服务务务务平平平平台台台台化化化化方方方方向向向向发发发发展展展展，降降降降低低低低其其其其企企企企业业业业信息化成本，提高
21、其敏捷、灵活与快速响应性。信息化成本，提高其敏捷、灵活与快速响应性。信息化成本，提高其敏捷、灵活与快速响应性。信息化成本，提高其敏捷、灵活与快速响应性。现代制造的特征pp信息化与数字化制造信息化与数字化制造数字化制造是先进制造技术与信息技术相结合的数字化制造是先进制造技术与信息技术相结合的数字化制造是先进制造技术与信息技术相结合的数字化制造是先进制造技术与信息技术相结合的产物，体现了产物，体现了产物，体现了产物，体现了制造技术的发展趋势和学科前沿；制造技术的发展趋势和学科前沿；制造技术的发展趋势和学科前沿；制造技术的发展趋势和学科前沿；2024/8/1923数字工厂及其应用技术课件德国德国德国
22、德国法国法国法国法国英国英国英国英国西班牙西班牙西班牙西班牙机舱内装饰机舱内装饰机舱内装饰机舱内装饰前后机身前后机身前后机身前后机身驾驶舱和中段驾驶舱和中段驾驶舱和中段驾驶舱和中段机翼机翼机翼机翼发动机机架发动机机架发动机机架发动机机架垂直尾翼垂直尾翼水平尾翼水平尾翼发动机发动机工装工装美国美国其它供应商其它供应商其它供应商其它供应商l l空客空客空客空客A380A380A380A380采用跨国异地设计采用跨国异地设计采用跨国异地设计采用跨国异地设计/ / / /制造制造制造制造/ / / /管理的信息平台管理的信息平台管理的信息平台管理的信息平台ACEACEACEACE系统。系统。系统。系统
23、。l l通过通过通过通过29100291002910029100个环球的网络终端，使分布在世界各地的设计人员、供应商个环球的网络终端，使分布在世界各地的设计人员、供应商个环球的网络终端，使分布在世界各地的设计人员、供应商个环球的网络终端，使分布在世界各地的设计人员、供应商均可根据级别进入相应的设计系统，修改数据可即时传送效率和准确率均可根据级别进入相应的设计系统，修改数据可即时传送效率和准确率均可根据级别进入相应的设计系统，修改数据可即时传送效率和准确率均可根据级别进入相应的设计系统，修改数据可即时传送效率和准确率大大提高大大提高大大提高大大提高。 （1 1）网络协同化：）网络协同化：）网络协
24、同化：）网络协同化：制造业信息化技术支撑产业链、企制造业信息化技术支撑产业链、企制造业信息化技术支撑产业链、企制造业信息化技术支撑产业链、企业间的国际化协作和全球资源优化配置，实现集团企业业间的国际化协作和全球资源优化配置，实现集团企业业间的国际化协作和全球资源优化配置，实现集团企业业间的国际化协作和全球资源优化配置，实现集团企业与供应商、经销商和服务商的信息流、业务流的集成。与供应商、经销商和服务商的信息流、业务流的集成。与供应商、经销商和服务商的信息流、业务流的集成。与供应商、经销商和服务商的信息流、业务流的集成。2024/8/1924数字工厂及其应用技术课件n福特公司福特公司C3P计划强
25、调使用单一的计划强调使用单一的核心系统和产品数据模型，实现设核心系统和产品数据模型，实现设计制造集成。计制造集成。n集成环境集成环境C3P，使得产品数据能够，使得产品数据能够在各个部门间高效传递，大幅度减在各个部门间高效传递，大幅度减少了纸制介质的使用，缩短了研发少了纸制介质的使用，缩短了研发周期。周期。n在在Teamcenter基础上进行二次开基础上进行二次开发和系统定制，将发和系统定制，将PDM向向PLM延延伸并实现与伸并实现与ERP系统的有机融合，系统的有机融合，提供汽车全生命周期的集成平台。提供汽车全生命周期的集成平台。（2 2 2 2）系统集成化：）系统集成化：）系统集成化：）系统集
26、成化：制造业信息化技术促进企业内部制造业信息化技术促进企业内部制造业信息化技术促进企业内部制造业信息化技术促进企业内部的数据、资源的集成，实现企业内部数字化设计、的数据、资源的集成，实现企业内部数字化设计、的数据、资源的集成，实现企业内部数字化设计、的数据、资源的集成，实现企业内部数字化设计、制造与管理的互连互通，支撑企业核心竞争力的提制造与管理的互连互通，支撑企业核心竞争力的提制造与管理的互连互通，支撑企业核心竞争力的提制造与管理的互连互通，支撑企业核心竞争力的提升。升。升。升。2024/8/1925数字工厂及其应用技术课件 （3 3 3 3） 服务平台化：服务平台化：服务平台化：服务平台化
27、：以公共服务平台为基础，采用一对多的服以公共服务平台为基础，采用一对多的服以公共服务平台为基础，采用一对多的服以公共服务平台为基础，采用一对多的服务方式，为中小企业提供制造业信息化的应用服务，支持企业务方式，为中小企业提供制造业信息化的应用服务，支持企业务方式，为中小企业提供制造业信息化的应用服务，支持企业务方式，为中小企业提供制造业信息化的应用服务，支持企业的业务过程、实现产业链协作的信息集成。的业务过程、实现产业链协作的信息集成。的业务过程、实现产业链协作的信息集成。的业务过程、实现产业链协作的信息集成。汽车行业公共数据网络平台（汽车行业公共数据网络平台（汽车行业公共数据网络平台（汽车行业
28、公共数据网络平台（ANXANXANXANX）为汽车制造厂、多级配）为汽车制造厂、多级配）为汽车制造厂、多级配）为汽车制造厂、多级配件供应商、多级销售商和多级服务企业建立了统一的信息交件供应商、多级销售商和多级服务企业建立了统一的信息交件供应商、多级销售商和多级服务企业建立了统一的信息交件供应商、多级销售商和多级服务企业建立了统一的信息交流环境。流环境。流环境。流环境。ANXANXANXANX平台大大降低了运营成本，为众多中小企业提供了介入平台大大降低了运营成本，为众多中小企业提供了介入平台大大降低了运营成本，为众多中小企业提供了介入平台大大降低了运营成本，为众多中小企业提供了介入原本只有大型企
29、业才能拥有的采购、销售和服务体系。原本只有大型企业才能拥有的采购、销售和服务体系。原本只有大型企业才能拥有的采购、销售和服务体系。原本只有大型企业才能拥有的采购、销售和服务体系。ANXANX：美国：美国：美国：美国ENXENX：欧洲：欧洲：欧洲：欧洲JNXJNX：日本：日本：日本：日本KNXKNX：韩国：韩国：韩国：韩国AANXAANX：澳大利亚：澳大利亚：澳大利亚：澳大利亚TANXTANX：中国台湾：中国台湾：中国台湾：中国台湾2024/8/1926数字工厂及其应用技术课件现代制造的特征pp新的制造理念与发展新的制造理念与发展传统制造技术向高精度、高速高效、自动化和智能化方向发展传统制造技术
30、向高精度、高速高效、自动化和智能化方向发展传统制造技术向高精度、高速高效、自动化和智能化方向发展传统制造技术向高精度、高速高效、自动化和智能化方向发展生物制造与仿生机械：结构、功能、能源与运动机械仿生和生物制造与仿生机械：结构、功能、能源与运动机械仿生和生物制造与仿生机械：结构、功能、能源与运动机械仿生和生物制造与仿生机械：结构、功能、能源与运动机械仿生和仿生制造、生物自生长成形制造；机械超前反馈仿生与制造的仿生制造、生物自生长成形制造；机械超前反馈仿生与制造的仿生制造、生物自生长成形制造；机械超前反馈仿生与制造的仿生制造、生物自生长成形制造；机械超前反馈仿生与制造的科学与技术；生物制造原理和
31、技术；新一代生物芯片制造原理科学与技术；生物制造原理和技术；新一代生物芯片制造原理科学与技术；生物制造原理和技术；新一代生物芯片制造原理科学与技术；生物制造原理和技术；新一代生物芯片制造原理与技术与技术与技术与技术纳米制造科学与技术：纳米材料制备及其性能测量；纳米尺纳米制造科学与技术：纳米材料制备及其性能测量；纳米尺纳米制造科学与技术：纳米材料制备及其性能测量；纳米尺纳米制造科学与技术：纳米材料制备及其性能测量；纳米尺度加工、制造、测量与装配；纳电子制造与分子原子制造的原度加工、制造、测量与装配；纳电子制造与分子原子制造的原度加工、制造、测量与装配；纳电子制造与分子原子制造的原度加工、制造、测
32、量与装配；纳电子制造与分子原子制造的原理与技术理与技术理与技术理与技术绿色制造绿色制造绿色制造绿色制造2024/8/1927数字工厂及其应用技术课件数字制造的概念和发展n n制造就是在人的主导下，通过物质、能源和信息三大要素制造就是在人的主导下，通过物质、能源和信息三大要素制造就是在人的主导下，通过物质、能源和信息三大要素制造就是在人的主导下，通过物质、能源和信息三大要素之间的相互作用，将原材料转化为产品的过程之间的相互作用，将原材料转化为产品的过程之间的相互作用，将原材料转化为产品的过程之间的相互作用，将原材料转化为产品的过程原材料原材料原材料原材料能量能量能量能量设备设备设备设备产品产品产
33、品产品废物废物废物废物回收处理回收处理回收处理回收处理信息信息信息信息人与人与人与人与环境环境环境环境2024/8/1928数字工厂及其应用技术课件数字制造的概念和发展n n随着信息技术和计算机网络技术的发展，世界正经历一场随着信息技术和计算机网络技术的发展，世界正经历一场随着信息技术和计算机网络技术的发展，世界正经历一场随着信息技术和计算机网络技术的发展，世界正经历一场网络化革命网络化革命网络化革命网络化革命n n网络化、数字化、全球化、知识化和服务化是制造业面临网络化、数字化、全球化、知识化和服务化是制造业面临网络化、数字化、全球化、知识化和服务化是制造业面临网络化、数字化、全球化、知识化
34、和服务化是制造业面临的挑战的挑战的挑战的挑战n n数字化已成为制造业中产品全生命周期不可缺少的驱动因数字化已成为制造业中产品全生命周期不可缺少的驱动因数字化已成为制造业中产品全生命周期不可缺少的驱动因数字化已成为制造业中产品全生命周期不可缺少的驱动因素。制造业由传统的能量驱动型逐步转为数字信息驱动型素。制造业由传统的能量驱动型逐步转为数字信息驱动型素。制造业由传统的能量驱动型逐步转为数字信息驱动型素。制造业由传统的能量驱动型逐步转为数字信息驱动型n n未来的制造业将成为一种信息产业，信息将成为制造业的未来的制造业将成为一种信息产业，信息将成为制造业的未来的制造业将成为一种信息产业，信息将成为制
35、造业的未来的制造业将成为一种信息产业，信息将成为制造业的决定因素，用信息化技术促进制造业的改造已成为时代的决定因素，用信息化技术促进制造业的改造已成为时代的决定因素，用信息化技术促进制造业的改造已成为时代的决定因素，用信息化技术促进制造业的改造已成为时代的潮流潮流潮流潮流2024/8/1929数字工厂及其应用技术课件数字制造的概念和发展n n信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用人类大脑人类大脑四肢四肢工具工具对象对象感官器官感官器官环境环境人类体力与智力为主导的制造人类体力与智力为主导的制造人类体力与智力为主导的制造人类体力与智力为主导的制造
36、2024/8/1930数字工厂及其应用技术课件数字制造的概念和发展n n信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用人类大脑人类大脑手手机器机器对象对象感官器官感官器官环境环境工业革命工业革命工业革命工业革命- -机器时代机器时代机器时代机器时代2024/8/1931数字工厂及其应用技术课件数字制造的概念和发展n n信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用人类大脑人类大脑数字指令数字指令控制器控制器对象对象感官器官感官器官环境环境计算机时代计算机时代计算机时代计算机时代- -数字控制时代数字控制时代数字
37、控制时代数字控制时代执行器执行器传感器传感器2024/8/1932数字工厂及其应用技术课件数字制造的概念和发展n n信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用信息在制造过程中的作用智能体智能体控制器控制器执行器执行器对象对象传感器传感器环境环境信息时代信息时代信息时代信息时代2024/8/1933数字工厂及其应用技术课件数字制造的概念和发展装配有限元分析机构分析工艺规划数控编程制造执行柔性制造企业资源计划供应链管理客户关系管理2024/8/1934数字工厂及其应用技术课件2024/8/1935数字工厂及其应用技术课件数字制造的概念和发展pp波音波音波音波音777777是
38、世界上第一个采用全数字化定义和无纸化生是世界上第一个采用全数字化定义和无纸化生是世界上第一个采用全数字化定义和无纸化生是世界上第一个采用全数字化定义和无纸化生产的大型飞机产的大型飞机产的大型飞机产的大型飞机pp依据飞机部件功能划分为依据飞机部件功能划分为依据飞机部件功能划分为依据飞机部件功能划分为238238个综合设计制造小组，共个综合设计制造小组，共个综合设计制造小组，共个综合设计制造小组，共有人员有人员有人员有人员80008000余人余人余人余人pp配置配置配置配置22002200个使用个使用个使用个使用CATIACATIA软件的软件的软件的软件的IBM RISC6000IBM RISC6
39、000工作站和工作站和工作站和工作站和90009000多台多台多台多台PCPC，建立了由，建立了由，建立了由，建立了由8 8台主机联网的并行工程环境，支台主机联网的并行工程环境，支台主机联网的并行工程环境，支台主机联网的并行工程环境，支持持持持238238小组进行产品设计与信息交换小组进行产品设计与信息交换小组进行产品设计与信息交换小组进行产品设计与信息交换pp减少设计更改和返工率减少设计更改和返工率减少设计更改和返工率减少设计更改和返工率50%50%以上，降低成本以上，降低成本以上，降低成本以上，降低成本30%-60%30%-60%，缩短开发时间，缩短开发时间，缩短开发时间，缩短开发时间50
40、%50%2024/8/1936数字工厂及其应用技术课件数字制造的概念n n数据是未经过组织的数字、词语、声音、图像等；数据是未经过组织的数字、词语、声音、图像等；数据是未经过组织的数字、词语、声音、图像等；数据是未经过组织的数字、词语、声音、图像等；n n信息是以有意义的形式加以排列和处理的数据；信息是以有意义的形式加以排列和处理的数据；信息是以有意义的形式加以排列和处理的数据；信息是以有意义的形式加以排列和处理的数据；n n知识是用于生产的信息，信息是知识的基石，信息经过加知识是用于生产的信息，信息是知识的基石，信息经过加知识是用于生产的信息，信息是知识的基石，信息经过加知识是用于生产的信息
41、，信息是知识的基石，信息经过加工处理、应用与生产，才能转变成知识；工处理、应用与生产，才能转变成知识；工处理、应用与生产，才能转变成知识；工处理、应用与生产，才能转变成知识；n n数字是用于表示事物以及事物之间的联系符号，信息的载数字是用于表示事物以及事物之间的联系符号，信息的载数字是用于表示事物以及事物之间的联系符号，信息的载数字是用于表示事物以及事物之间的联系符号，信息的载体，而信息是数字的内涵；体，而信息是数字的内涵；体，而信息是数字的内涵；体，而信息是数字的内涵；n n企业信息化就是将数据、信息和知识高效地存储管理起来，企业信息化就是将数据、信息和知识高效地存储管理起来，企业信息化就是
42、将数据、信息和知识高效地存储管理起来，企业信息化就是将数据、信息和知识高效地存储管理起来，并完成从数据到信息再到知识的的转换，进而从知识中再并完成从数据到信息再到知识的的转换，进而从知识中再并完成从数据到信息再到知识的的转换，进而从知识中再并完成从数据到信息再到知识的的转换，进而从知识中再创造出新的知识，将企业的效益最大化；创造出新的知识，将企业的效益最大化；创造出新的知识，将企业的效益最大化；创造出新的知识，将企业的效益最大化；2024/8/1937数字工厂及其应用技术课件数字制造的定义数字制造数字制造数字制造数字制造是用数字化定量、表述、存储、处理和控制方法，是用数字化定量、表述、存储、处
43、理和控制方法，是用数字化定量、表述、存储、处理和控制方法，是用数字化定量、表述、存储、处理和控制方法，支持产品全生命周期和企业的全局优化运营，以制造过程的支持产品全生命周期和企业的全局优化运营，以制造过程的支持产品全生命周期和企业的全局优化运营，以制造过程的支持产品全生命周期和企业的全局优化运营，以制造过程的知识融合为基础，以数字化建模仿真与优化为特征；它是在知识融合为基础，以数字化建模仿真与优化为特征；它是在知识融合为基础，以数字化建模仿真与优化为特征；它是在知识融合为基础，以数字化建模仿真与优化为特征；它是在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库等技术支撑下，虚拟现实、计算机网络、快速原型
44、、数据库等技术支撑下，虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库等技术支撑下，虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库等技术支撑下，根据用户的需求，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分根据用户的需求，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分根据用户的需求，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分根据用户的需求，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品的整个制造过造，进
45、而快速生产出达到用户要求性能的产品的整个制造过造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品的整个制造过造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品的整个制造过程。程。程。程。微观过程数字化：制造工艺过程知识的获取以及进行制造工微观过程数字化：制造工艺过程知识的获取以及进行制造工微观过程数字化：制造工艺过程知识的获取以及进行制造工微观过程数字化：制造工艺过程知识的获取以及进行制造工艺自主设计和优化控制艺自主设计和优化控制艺自主设计和优化控制艺自主设计和优化控制宏观过程数字化：生产系统的布局设计与实际优化运作的数宏观过程数字化：生产系统的布局设计与实际优化运作的数宏观过程数字化：生产系统的布局设计与实际优
46、化运作的数宏观过程数字化：生产系统的布局设计与实际优化运作的数字化字化字化字化2024/8/1938数字工厂及其应用技术课件数字制造的概念轮图数字制造的概念轮图数字制造的概念轮图数字制造的概念轮图2024/8/1939数字工厂及其应用技术课件三种数字制造观p以制造为中心的数字制造观以制造为中心的数字制造观以制造为中心的数字制造观以制造为中心的数字制造观n来源于数字控制技术与数控机床是数字制造来源于数字控制技术与数控机床是数字制造来源于数字控制技术与数控机床是数字制造来源于数字控制技术与数控机床是数字制造的基础；的基础；的基础；的基础；n多台数控机床和工业机器人协同工作，形成多台数控机床和工业机
47、器人协同工作，形成多台数控机床和工业机器人协同工作，形成多台数控机床和工业机器人协同工作，形成柔性制造单元，若干柔性制造单元形成柔性制柔性制造单元，若干柔性制造单元形成柔性制柔性制造单元，若干柔性制造单元形成柔性制柔性制造单元，若干柔性制造单元形成柔性制造系统，以数字量造系统，以数字量造系统，以数字量造系统，以数字量 实现加工过程的物料流、加实现加工过程的物料流、加实现加工过程的物料流、加实现加工过程的物料流、加工流和控制流的表征、存储和控制工流和控制流的表征、存储和控制工流和控制流的表征、存储和控制工流和控制流的表征、存储和控制n通过网络技术将每台设备作为一个节点实现通过网络技术将每台设备作
48、为一个节点实现通过网络技术将每台设备作为一个节点实现通过网络技术将每台设备作为一个节点实现一个车间或多个车间的生产过程自动化一个车间或多个车间的生产过程自动化一个车间或多个车间的生产过程自动化一个车间或多个车间的生产过程自动化2024/8/1940数字工厂及其应用技术课件三种数字制造观p以设计为中心的数字制造观以设计为中心的数字制造观以设计为中心的数字制造观以设计为中心的数字制造观n由于计算机的发展以及计算机图形学与机械由于计算机的发展以及计算机图形学与机械由于计算机的发展以及计算机图形学与机械由于计算机的发展以及计算机图形学与机械设计的结合，产生了以数据库为核心，以交互设计的结合，产生了以数
49、据库为核心，以交互设计的结合，产生了以数据库为核心，以交互设计的结合，产生了以数据库为核心，以交互式图形系统为手段，以工程分析计算为主体的式图形系统为手段，以工程分析计算为主体的式图形系统为手段，以工程分析计算为主体的式图形系统为手段，以工程分析计算为主体的计算机辅助设计系统（计算机辅助设计系统（计算机辅助设计系统（计算机辅助设计系统（CADCAD）；）；）；）；n将将将将CADCAD的产品设计信息转换为产品制造、工的产品设计信息转换为产品制造、工的产品设计信息转换为产品制造、工的产品设计信息转换为产品制造、工艺规则信息，进一步形成面向产品设计、制造、艺规则信息，进一步形成面向产品设计、制造、
50、艺规则信息，进一步形成面向产品设计、制造、艺规则信息，进一步形成面向产品设计、制造、工艺、管理、成本核算等所有信息数字化；工艺、管理、成本核算等所有信息数字化；工艺、管理、成本核算等所有信息数字化；工艺、管理、成本核算等所有信息数字化；n计算机网络技术的高速发展形成了支持异地计算机网络技术的高速发展形成了支持异地计算机网络技术的高速发展形成了支持异地计算机网络技术的高速发展形成了支持异地协同跨平台、区域的群体智能协作协同跨平台、区域的群体智能协作协同跨平台、区域的群体智能协作协同跨平台、区域的群体智能协作2024/8/1941数字工厂及其应用技术课件三种数字制造观p以管理为中心的数字制造观以管
51、理为中心的数字制造观以管理为中心的数字制造观以管理为中心的数字制造观n根据不断变化的市场信息、用户订货和预测，根据不断变化的市场信息、用户订货和预测，根据不断变化的市场信息、用户订货和预测，根据不断变化的市场信息、用户订货和预测，从企业全局和长远利益出发，通过决策模型，从企业全局和长远利益出发，通过决策模型，从企业全局和长远利益出发，通过决策模型，从企业全局和长远利益出发，通过决策模型，评价企业的生产和经营状况，预测企业的未来评价企业的生产和经营状况，预测企业的未来评价企业的生产和经营状况，预测企业的未来评价企业的生产和经营状况，预测企业的未来和现阶段的运行状况；和现阶段的运行状况；和现阶段的
52、运行状况；和现阶段的运行状况；n出现了能够覆盖整个企业从产品的市场需求、出现了能够覆盖整个企业从产品的市场需求、出现了能够覆盖整个企业从产品的市场需求、出现了能够覆盖整个企业从产品的市场需求、研发、设计、制造、销售、服务、维护等生命研发、设计、制造、销售、服务、维护等生命研发、设计、制造、销售、服务、维护等生命研发、设计、制造、销售、服务、维护等生命周期中信息的产品数据管理系统，从而实现以周期中信息的产品数据管理系统，从而实现以周期中信息的产品数据管理系统，从而实现以周期中信息的产品数据管理系统，从而实现以产品和供应链为核心的过程集成；产品和供应链为核心的过程集成；产品和供应链为核心的过程集成
53、；产品和供应链为核心的过程集成；n形成了以形成了以形成了以形成了以ERPERP为中心的为中心的为中心的为中心的MRP/PDM/MIS/ERPMRP/PDM/MIS/ERP等技术集成等技术集成等技术集成等技术集成2024/8/1942数字工厂及其应用技术课件数字制造技术内涵数字制造宏观数字制造微观数字制造制造资源、环境、服务等数字化生产系统布局设计与实际优化运作产品营销、维修、使用等数字化决策支持系统QFD、CAD、DFX、VM、RP、CAE、CAM、CAPPNC、MC、CNC、FMC、FMS、基于Web制造、无纸化制造、远程协同2024/8/1943数字工厂及其应用技术课件决策支持数字设计计算
54、机辅助工程管理调度市场与客户维修与报废数字制造数字制造的概念体系标准化数据库建模仿真知识管理监控调度通信网络信息网络技术数字装备制造工艺材料资源制造技术与装备信息科学管理科学控制科学制造科学基础理论和科学问题2024/8/1944数字工厂及其应用技术课件数字制造关键技术1.数字制造技术标准及实施规范数字制造技术标准及实施规范2.制造信息学制造信息学3.数字制造建模与仿真工具数字制造建模与仿真工具4.网络化制造网络化制造5.数字装备数字装备6.数字制造中的知识管理与应用数字制造中的知识管理与应用7.以可视化为代表的人机交互技术以可视化为代表的人机交互技术2024/8/1945数字工厂及其应用技术
55、课件产品产品数字化数字化过程过程数字化数字化资源资源数字化数字化实际实际数字化制造数字化制造过程体系过程体系制造活动制造活动数字样机数字样机建模体系建模体系数字样机数字样机虚拟试验和虚拟试验和制造体系制造体系数字化工厂与数字化制造系统数字化工厂与数字化制造系统扩展企业扩展企业单独企业单独企业数字车间数字车间数字制造单元数字制造单元设计方法学设计方法学产品数字模型产品数字模型试验建模试验建模VR方法方法管理数字化管理数字化装备数字化装备数字化服务服务数字化数字化2024/8/1946数字工厂及其应用技术课件HeadquartersCustomerEquipment ProviderWarehou
56、se/DistributionFactorySupplierCustomerCustomerWarehouse/DistributionWarehouse/DistributionMachine ProviderSupplierSupplierSupplierSupplierFactoryFactoryFactoryDesignCentreDesignCentreDesignCentredistributed transaction and informationmanagementmaterial flow mains pipelineeffective supply network2024
57、/8/1947数字工厂及其应用技术课件 40年代 50年代 60年代 70年代 80年代 90年代 00年代 STEP产品数据交换标准产品数据交换标准敏捷制造敏捷制造CIMS虚拟制造虚拟制造设计方法学设计方法学并行工程并行工程网络化制造网络化制造虚拟现实与高性能计算虚拟现实与高性能计算Internet/专家系统专家系统FMS网络化网络化CAD/CAMCAD/CAMCAPPCAMIGESCAD自由曲面自由曲面计算机图形学计算机图形学有限元分析有限元分析数控技术数控技术APT计算机计算机绿色制造绿色制造服务型制造服务型制造2024/8/1948数字工厂及其应用技术课件以数字制造为基础的先进制造技术
58、数字制造的全球实现数字制造的全球实现网络化制造网络化制造数字制造的动态联盟数字制造的动态联盟敏捷制造敏捷制造数字制造的计算机实现数字制造的计算机实现虚拟制造虚拟制造数字制造的快速实现数字制造的快速实现快速原型制造快速原型制造数字制造的集成模型数字制造的集成模型计算机集成制造计算机集成制造数字制造的环保实现数字制造的环保实现绿色制造绿色制造数字制造的服务化数字制造的服务化服务型制造服务型制造2024/8/1949数字工厂及其应用技术课件Manufacturing Cell1Manufacturing Cell nOEM 1OEM mInternet 网Customer 1Customer pSy
59、stem portalClient expertTechnology supportNetworked manufacturer在网络化制造系统下，需要有在网络化制造系统下，需要有客户、供应商、网络化制造集客户、供应商、网络化制造集成者、技术专家等的共同参与成者、技术专家等的共同参与。他们借助于网络化制造的门。他们借助于网络化制造的门户网站进行异地网络化制造系户网站进行异地网络化制造系统的组建、管理、合作协调等。统的组建、管理、合作协调等。网络化制造2024/8/1950数字工厂及其应用技术课件设备人员成本质量服务一定的产品开发能力产品的数据管理生产技术准备生产计划与调度成本核算质量管理设备工
60、作情况运行数据采集CADCAPPCAM办公自动化制造资源仿真虚拟现实技术过程仿真合作伙伴选择联盟组建项目流程管理招/投标机制合作与协同任务管理用户管理供应商管理评价机制网络和通信技术网络数据库网络安全电子邮件/白板 虚拟遥现客户 1客户 n供应商 1供应商 m网络化制造者Internet 网2024/8/1951数字工厂及其应用技术课件外购零件外购零件外购零件外购零件外协零件外协零件外协零件外协零件自制零件自制零件自制零件自制零件外购部件外购部件外协部件外协部件外协部件外协部件自制部件自制部件自制部件自制部件产品自装配产品自装配产品自装配产品自装配产品外协装配产品外协装配产品外协装配产品外协装
61、配或关系或关系或关系或关系e-配套工厂11e-配套工厂11e-配套工厂1me-配套工厂1me-责任工厂ne-责任工厂ne-配套工厂 n1e-配套工厂n1e-配套工厂nwe-配套工厂nw所选制造资源所选制造资源所选制造资源所选制造资源所选制造资源所选制造资源制造服务e-责任工厂1e-责任工厂1外购零件外购零件外协零件外协零件自制零件自制零件外购部件外购部件外协部件外协部件自制部件自制部件产品自装配产品自装配产品外协装配产品外协装配e-配套工厂11盟友企业盟友企业11e-配套工厂1m盟友企业盟友企业1me-责任工厂n盟主企业ne-配套工厂 n1盟友企业盟友企业n1e-配套工厂nw盟友企业盟友企业n
62、m所选制造资源所选制造资源所选制造资源所选制造资源所选制造资源所选制造资源e-责任工厂1产品自装配产品自装配产品外协装配或关系或关系或关系或关系外协部件自制部件自制零件外协零件外购零件盟主企业1BOM流信息流信息跟踪与管理跟踪与管理制造商务和供应制造商务和供应链管理链管理加工设备加工设备“e-e-化化”服务服务企业、车间、企业、车间、单元的封装单元的封装动态制造任务动态制造任务提交服务提交服务制造任务制造任务决策服务决策服务动态制造任动态制造任务分配服务务分配服务工艺规划服务工艺规划服务工艺规划服务工艺规划服务基于制造单元和基于制造单元和设备的制造任务设备的制造任务分配服务分配服务制造单元调度
63、制造单元调度服务服务产品结构配置产品结构配置产品级制造任务分配决策产品级制造任务分配决策企业树动态生成企业树动态生成MESMES动态配置动态配置制造执行制造执行面向制造活动面向制造活动的协同服务的协同服务制造服务制造服务制造服务制造服务制造服务2024/8/1952数字工厂及其应用技术课件第2章 数字化工厂理论 1计算机辅助生产工程技术计算机辅助生产工程技术2数字工厂的概念及内涵数字工厂的概念及内涵3数字工厂体系框架数字工厂体系框架4数字工厂功能分解数字工厂功能分解5数字工厂实施与应用数字工厂实施与应用2024/8/1953数字工厂及其应用技术课件计算机辅助生产工程技术2024/8/1954数
64、字工厂及其应用技术课件广义数字工厂广义数字工厂虚拟制造虚拟制造狭义数字工厂狭义数字工厂2024/8/1955数字工厂及其应用技术课件广广义义数数字字工工厂厂供应方供应方核心企业核心企业协作协作/ /合作方合作方销售方销售方虚拟采购虚拟采购虚拟订货虚拟订货虚拟定制虚拟定制。虚拟管理虚拟管理虚拟制造虚拟制造。虚拟协作虚拟协作。虚拟销售虚拟销售虚拟服务虚拟服务。设计性虚拟制造设计性虚拟制造生产性虚拟制造生产性虚拟制造控制性虚拟制造控制性虚拟制造结构设计结构设计热力学分析热力学分析动力学分析动力学分析应力分析应力分析工艺分析工艺分析。工艺规划工艺规划工艺审查工艺审查生产计划生产计划生产线规划生产线规划物流仿真物流仿真。生产线优化生产线优化虚拟仪器虚拟仪器。狭狭义义数数字字工工厂厂2024/8/1956数字工厂及其应用技术课件CAD/PDM做什么产品？做什么产品？What?产品数据结构产品数据结构ERP/MES何时做？在哪何时做？在哪里做？里做？When/Where资源材料清单资源材料清单怎样制造？怎样制造？How电子化的工艺过程表电子化的工艺过程表操作操作资源资源零件零件2024/8/1957数字工厂及其应用技术课件
