數(shù)字化工廠-智能制造

為了充分受益于數(shù)字化所帶來的所有優(yōu)勢(shì)，企業(yè)首先必須實(shí)現(xiàn)其數(shù)據(jù)的完全一致性。通過完全數(shù)字化的業(yè)務(wù)流程，可以幫助創(chuàng)建涵蓋整個(gè)價(jià)值鏈的數(shù)字化。這就需要：工業(yè)軟件和自動(dòng)化系統(tǒng)的集成，通訊網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，自動(dòng)化系統(tǒng)安全，針對(duì)具體業(yè)務(wù)的工業(yè)服務(wù)。

如今，數(shù)字化轉(zhuǎn)型給企業(yè)業(yè)務(wù)帶來新挑戰(zhàn)。數(shù)字化工業(yè)服務(wù)和工業(yè)安全服務(wù)能夠幫助客戶進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型，同時(shí)確保工廠安全，涵蓋從規(guī)劃、工程、安裝和調(diào)試，直至運(yùn)營和現(xiàn)代化改造?？芍蛻籼岣哒w設(shè)備的有效性，改進(jìn)資源與維護(hù)管理。其全面的服務(wù)組合可幫助客戶逐步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的數(shù)字化，對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并將其與物理設(shè)備的數(shù)據(jù)整合，生成智能數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)更加高效、安全、靈活的資產(chǎn)運(yùn)營。

工信部對(duì)數(shù)字化智能工廠要素的說明，有如下這些方面：

1.    車間/工廠的總體設(shè)計(jì)、工藝流程及布局均已建立數(shù)字化模型，并進(jìn)行模擬仿真，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃、生產(chǎn)、運(yùn)營全流程數(shù)字化管理。

2.    采用三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）、設(shè)計(jì)和工藝路線仿真、可靠性評(píng)價(jià)等先進(jìn)技術(shù)。產(chǎn)品信息能夠貫穿于設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量、物流等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期管理（PLM）。

3.    制造裝備數(shù)控化率超過70%，并實(shí)現(xiàn)高檔數(shù)控機(jī)床與工業(yè)機(jī)器人、智能傳感與控制裝備、智能檢測(cè)與裝配裝備、智能物流與倉儲(chǔ)裝備等關(guān)鍵技術(shù)裝備之間的信息互聯(lián)互通與集成。

4.    建立生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，能充分采集制造進(jìn)度、現(xiàn)場(chǎng)操作、質(zhì)量檢驗(yàn)、設(shè)備狀態(tài)等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息，并與MES實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成和分析。

5.    建立車間制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES），實(shí)現(xiàn)計(jì)劃、排產(chǎn)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)的全過程閉環(huán)管理，并與企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)（ERP）集成。

6.    建立工廠內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝、制造、檢驗(yàn)、物流等制造過程各環(huán)節(jié)之間，以及制造過程與制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（ERP）的信息互聯(lián)互通。

7.    建有工業(yè)信息安全管理制度和技術(shù)防護(hù)體系，具備網(wǎng)絡(luò)防護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)等信息安全保障能力。建有功能安全保護(hù)系統(tǒng)，采用全生命周期方法有效避免系統(tǒng)失效。

通過持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)設(shè)計(jì)、工藝、制造、管理、物流等環(huán)節(jié)的產(chǎn)品全生命周期閉環(huán)動(dòng)態(tài)優(yōu)化，推進(jìn)企業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)、裝備智能化升級(jí)、工藝流程優(yōu)化、精益生產(chǎn)、可視化管理、質(zhì)量控制與追溯、智能物流等方面的快速提升。

通過“數(shù)字化雙胞胎”應(yīng)用將現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜的產(chǎn)品研發(fā)，生產(chǎn)制造和運(yùn)營維護(hù)轉(zhuǎn)換成在虛擬世界相對(duì)低成本的數(shù)字化信息進(jìn)行協(xié)同及模型優(yōu)化，并給予現(xiàn)實(shí)世界多種方案和選擇。通過雙胞胎的虛實(shí)連接，數(shù)據(jù)的不斷迭代，模型的不斷優(yōu)化，進(jìn)而獲得最優(yōu)的解決方案。

作用：

1）預(yù)見設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造過程

傳統(tǒng)模式下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后必須先制造出實(shí)體零部件，才能對(duì)設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量和可制造性進(jìn)行評(píng)估，這不僅導(dǎo)致成本增加，也加長了研發(fā)周期。而通過數(shù)字雙胞胎模型，在實(shí)際被制造之前，都可以預(yù)測(cè)其成品質(zhì)量，判斷是否存在設(shè)計(jì)缺陷，比如零部件之間干擾，設(shè)計(jì)是否符合規(guī)范等。在實(shí)際制造系統(tǒng)中，只有當(dāng)全部流程都無差錯(cuò)，生產(chǎn)才能順利開展。當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用廣泛，機(jī)器人代替部分人員工作。機(jī)器人的大小，工作范圍是否對(duì)周圍設(shè)備干涉，會(huì)不會(huì)傷害附近人員，這些在初期布局和工藝設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行仿真驗(yàn)證，十分必要。（PDPS仿真）

2）推進(jìn)設(shè)計(jì)和制造高效協(xié)同

在數(shù)字雙胞胎模型中，對(duì)需要制造的產(chǎn)品，工藝，資源以及地點(diǎn)等各方面進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，將各方面關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員和制造人員協(xié)同：一旦發(fā)生設(shè)計(jì)變更，可以在數(shù)字雙胞胎模型中方便更新制造過程，包括BOP，BOM，為變更分配新的人員，將各項(xiàng)任務(wù)所需時(shí)間及所有不同的工序整合，進(jìn)行分析和規(guī)劃，直到產(chǎn)生滿意的制造過程。

傳統(tǒng)的二維布局圖對(duì)于產(chǎn)線的變更，缺乏智能關(guān)聯(lián)性，修改會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，然而借助數(shù)字雙胞胎模型，可以設(shè)計(jì)包含所有細(xì)節(jié)信息的生產(chǎn)布局圖，包括設(shè)備，人員，操作信息，并將之與產(chǎn)品設(shè)計(jì)無縫關(guān)聯(lián)。比如產(chǎn)線變更，新引入的機(jī)器人干涉了傳送帶，工程師需要進(jìn)行調(diào)整。同事，機(jī)器人的生產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍的影響，物料調(diào)度的影響，就能進(jìn)行分析。節(jié)約大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間和返工。

3）確保設(shè)計(jì)制造準(zhǔn)確執(zhí)行

制造環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題并影響產(chǎn)出的時(shí)候，很難迅速找出問題所在。針對(duì)這種情況，可以在數(shù)字雙胞胎模型中對(duì)不同生產(chǎn)策略進(jìn)行模擬仿真和評(píng)估，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)技術(shù)，快速找出空擋時(shí)間的工序，不斷模擬仿真和調(diào)整優(yōu)化。搭建規(guī)劃和執(zhí)行的閉合環(huán)路，將虛擬生產(chǎn)世界和現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)世界結(jié)合起來，即集成PLM系統(tǒng)、制造運(yùn)營管理生成詳細(xì)作業(yè)指導(dǎo)書，并與生產(chǎn)設(shè)計(jì)全過程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，若發(fā)生任何變更，整個(gè)過程都會(huì)相應(yīng)更新，甚至還能從生產(chǎn)環(huán)境手機(jī)有關(guān)生產(chǎn)執(zhí)行情況的信息。

數(shù)字化雙胞胎不是要讓虛擬世界做現(xiàn)在我們已經(jīng)做到事情，二是要發(fā)現(xiàn)潛在問題、激發(fā)創(chuàng)新思維、不斷追求優(yōu)化進(jìn)步，這才是數(shù)字化雙胞胎目標(biāo)所在。

我們建議數(shù)字化工廠建設(shè)遵循頂層設(shè)計(jì)→分領(lǐng)域詳細(xì)設(shè)計(jì)→分階段實(shí)現(xiàn)與變革→智能化管理這一路線圖。

001 數(shù)字化車間集成-海洋工程裝備；

002 數(shù)字化車間集成-汽車零部件；

003 數(shù)字化車間集成-民用航空航天關(guān)鍵部件；

004 數(shù)字化車間集成-通用機(jī)械及零部件；

005 數(shù)字化車間集成-發(fā)電裝備（不含光伏）；

006 數(shù)字化車間集成-服裝服飾；

007 數(shù)字化車間集成-皮革和制鞋；

008 數(shù)字化車間集成-醫(yī)療設(shè)備；

009 數(shù)字化車間集成-制藥專用設(shè)備；

010 數(shù)字化車間集成-家具制造；

011 數(shù)字化車間集成-電子信息（不含電子元器件）；

012 數(shù)字化車間集成-印刷包裝；

013 智能工廠集成-工業(yè)炸藥；

014 智能工廠集成-黑色和有色金屬冶煉及無機(jī)非金屬功能材料加工；

015 智能工廠集成-日用化學(xué)品；

016 智能工廠集成-乳制品和飲料制造；

017 智能工廠集成-陶瓷制品；

018 智能工廠集成-新材料；

019 協(xié)同制造集成（離散型制造）；

020 協(xié)同制造集成（流程型制造）；

021 總體方案規(guī)劃（離散型制造）；

022 總體方案規(guī)劃（流程型制造）