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数字化工厂 新时代下的智慧产业_9

2019-06-13 14:08编辑:admin人气:


  随着科学技术的不断发展,尤其是计算机技术和信息化技术的飞速发展,制造技术已从原有物质形式的制造向信息制造转变,产品中的知识比重越来越高,出现了各种新的制造理念和制造模式,如计算机/现代集成制造、柔性制造、并行制造、网络化制造等,提高了制造系统的数字化和智能化水平。另一方面,随着数字仿真技术和虚拟现实技术发展,使得对真实工业生产的虚拟规划、仿真优化成为现实。因此,随之出现了一种新的概念数字化工厂,为制造技术的发展提供新的途径。

  数字化工厂(DF)是指以产品全生命周期的相关数据为基础,在计算机虚拟环境中,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。是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物,同时具有其鲜明的特征。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。

  在如今这个产品繁多、竞争激烈的时代,如何提高资金流转的效益、如何缩短新产品从研发到上市的时间、如何在销售领域延伸人性化的服务,是整个工业领域面临的挑战。数字化工厂的出现,为解决这些问题提供了钥匙,它将为传统工业制造业带来一场新革命。

  在当今激烈的市场竞争中,制造企业已经意识到他们正面临着巨大的时间、成本、质量等压力。在设计部门,CADPDM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,大部门国内企业还没有实现有效的计算机辅助管理机制,数字化工厂技术则是企业迎接21世纪挑战的有效手段。

  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,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。在汽车行业,数字化工厂更是发挥着重要的作用。从产品设计到制造开始的工作转换是汽车开发过程中最关键的步骤之一,数字化工厂规划系统可以通过详细的规划设计和验证预见所有的制造任务,在提高质量的同时减少设计时间,从而加速汽车开发周期;并且还可以消除浪费,减少为了完成某项任务所需的资源数量等。此外,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。

  当年,西门子公司收购UGS公司时,曾展示了一个蓝图,要以信息中心为核心,把原材料开采、概念设计、详细设计、工艺设计、生产制造过程、产品交付使用、维修服务等所有的信息都由信息中心管理起来,建立一个网络工厂。虽然不知道称之为数字工厂是否合适,但如果从西门子的那幅蓝图来理解的话,就是把制造的环节扩充了,不仅仅机床上的加工,构思、设计、原材料的采购,包括原材料的生产过程,以及产品的使用维修服务整个过程都属于数字化工厂要管理的对象,而且不能靠人去管理。

  通过数字化工厂的建立,信息可以全部覆盖,各方面的信息都能控制,使得各个环节都处于最优状态,以此来保证企业的核心竞争能力。

  这就是数字化工厂的概念,不仅仅是工厂的数字化,数字化工厂和工厂数字化是两个层面,如同信息化企业和企业信息化是两个层面。西门子这个理想非常高远,我们都拭目以待。

  数字化工厂的优势

  数字化工厂利用其工厂布局、工艺规划和仿真优化等功能手段,改变了传统工业生产的理念,给现代化工业带来了新的技术革命,其优势作用较为明显。

  预规划和灵活性生产:利用数字化工厂技术,整个企业在设计之初就可以对工厂布局、产品生产水平与能力等进行预规划,帮助企业进行评估与检验。同时,数字化工厂技术的应用使得工厂设计不再是各部门单一地流水作业,各部门成为一个紧密联系的有机整体,有助于工厂建设过程中的灵活协调与并行处理。此外,在工厂生产过程中能够最大程度地关联产业链上的各节点,增强生产、物流、管理过程中的灵活性和自动化水平。

  缩短产品上市时间、提高产品竞争力:数字化工厂能够根据市场需求的变化,快速、方便地对新产品进行虚拟化仿真设计,加快了新产品设计成形的进度。同时,通过对新产品的生产工艺、生产过程进行模拟仿真与优化,保证了新产品生产过程的顺利性与产品质量的可靠性,加快了产品的上市时间,在企业间的竞争中占得先机。

  节约资源、降低成本、提高资金效益:通过数字化工厂技术方便地进行产品的虚拟设计与验证,最大程度地降低了物理原型的生产与更改,从而有效地减少资源浪费、降低产品开发成本。同时,充分利用现有的数据资料(客户需求、生产原料、设备状况等)进行生产仿真与预测,对生产过程进行预先判断与决策,从而提高生产收益与资金使用效益。

  提升产品质量水平:利用数字化工厂技术,能够对产品设计、产品原料、生产过程等进行严格把关与统筹安排,降低设计与生产制造之间的不确定性,从而提高产品数据的统一性,方便地进行质量规划,提升质量水平。

  过去的工厂是根据研发出来的产品设计方案来决定生产流程,并按序生产,一旦产品发生变化,工厂里的一切都需要改变。数字化工厂的模块化设计改善了这种情况,你只需要随时调出设计图,修改或虚拟某一个工艺段,就可以在不影响其他工艺段的情况下完成改变,甚至可以不花一分钱虚拟出整个生产流程,并看到其中可能存在的问题。

  数字化工厂的发展现状

  几年前,数字化工厂在人们的脑海中还仅仅是个梦想,而今天,它已经真切地实现了。它不仅能够使制造充满灵活性,而且提高了资金效率,减少新产品上市时间,因而使企业能够以有竞争力的价格提供优质的产品。

  目前,大多数开始实施数字化工厂的企业都是对时间和快速变化要求很高的行业,如汽车、航空航天、电子、机械/模具设计、消费品等等。世界上很多工业强国已经开始采用了数字化工厂的解决方案:美国国家航空航天局采用数字化工厂来仿真、分析太空船中的仪器在卫星飞行过程中环境的变化;波音公司采用数字化工厂大幅度降低飞机成本、缩短设计与制造时间、减少产品缺陷;海尔集团采用数字化工厂可以实现500种洗衣机的按单生产;康佳集团通过数字化工厂,减少了90%的手工操作错误,透明的研发过程节约了30%的产品研发费用。

  在汽车制造业,数字化工厂技术得到了广泛应用。在国外,如通用汽车公司使用tecnmatixempower的解决方案,大大缩短了通用公司从新产品设计、制造到投放市场的时间,同时提升了其产品质量。奥迪公司使用em-plant进行物流规划仿真,如a3sportback项目。通过物流规划仿真不仅使得整个生产物流供应链之间建立起了紧密有序的联系,同时也方便对物流方案进行先期评估和可行性分析。在国内,如一汽大众在白车身主拼线工艺设计中采用数字化工厂技术,提高了车身改善了车身焊接工艺,提高车身焊接质量。上海大众在发动机设计和产品总装领域采用数字化工厂技术,大幅提升了公司的制造技术和产品质量。目前,华晨金杯公司引进西门子的tecnomatix软件,对产品的总装工艺进行数字化改造。

  在飞机制造业,数字化工厂技术的先进性也得到了充分体现。如美国的洛克希德马丁公司在f35研制过程中,采用数字化工厂技术缩短了2/3的研制周期,降低了50%的研制成本,开创了航空数字化制造的先河。有如波音787飞机在研制过程中采用基于delmia的数字化工厂技术,实现其产品的虚拟样机发布。空客a380飞机采用虚拟装配方案,实现整机的三维虚拟装配仿真和验证。不仅国外飞机制造企业在其产品的研制、生产过程中使用数字化工厂技术,国内的飞机制造企业也是如此。如上海飞机制造厂利用数字化工厂技术在三维环境中进行人工装配操作的数字化模拟,提高了人工操作的标准化。而西安航空动力控制公司则采用tecnomatix的数字化工厂软件对其异型件生产线进行仿真和优化,进行技术改造探索。

  在数字化工厂信息系统的研发与理念的推广中,国内包括中视典数字科技在内的许多VR公司也不甘示弱,纷纷推出自己的核心产品,例如,VRP-PHYSICS是中视典公司推出来的一款适合高端工业仿真的虚拟现实物理系统引擎,强大的物理实时计算功能、简便快捷的开发方式、成熟完善的功能定制,为国内广大工业仿真用户的发展带来了质的飞跃。在未来,中视典数字科技将持续保持强大的进取精神与过硬的产品质量和性能,为由中国制造转化为中国创造贡献力量。

  自工业革命以来,工业化的齿轮运转的越来越来快,数字化工厂的实现无疑给这个大齿轮加上了更多的润滑油。它不仅带来了技术上的改变,而且生产中的高度透明化、自动化还将带来众多管理和观念上的改变。我们非常期待着数字化工厂、数字化生活、数字化城市的未来。

  随着计算机技术、网络技术的飞速发展,数字化工厂技术不断与现代企业相结合,已成为提升企业竞争力的新动力。在当前企业发展的新形势下,数字化工厂技术出现了新的趋势。首先,现场总线技术在数字化工厂中的应用,提升数字化工厂的现场可操作性;其次,应用网络技术,拓展数字化工厂网络互联能力;最后,数字化工厂的智能化发展,实现虚拟仿真与企业真实生产的无缝链接,打造真正的智能数字化工厂。

(来源:未知)

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