制造业数字化（精选12篇）
制造业数字化 篇1
2008年金融危机之后, 欧美开始重视制造业, 欧盟加大制造业科技创新力度, 美国于2011年也成立“先进制造业伙伴关系” (AMP) , 以期通过政府、高校、企业合作, 强化制造业。先进制造业的实质是制造业的数字化革命, 有人称之为第三次工业革命。
数字化以数字的生成、加工、传输、使用、修改和储存为基础, 以数字样机为核心, 以单一数据源管理为纽带, 在设计、制造和试验过程中用数字量取代模拟量, 用数字技术取代传统技术, 并以数字量作为设计、制造和试验的唯一依据。
快速响应市场需求
制造业的数字化革命呈现以下特点。
一是适应个性化小批量市场需求。
伴随着客户对产品的需求越来越个性化, 快速响应市场和产品变化的能力更加深刻地影响着制造业企业的生存与发展。数字化革命正是为适应市场需求的个性化需求而产生的。由于采用了新材料、全新的生产工艺、易操作的机器人, 以及在线制造协作服务的普及, 制造业小批量生产变得更加划算。
可重组制造系统的概念正是针对提高企业快速响应能力而提出的。美国国家研究委员会 (NRC) 在《2020年制造业面临的挑战》报告中指出, 可重组制造为未来20年制造业的重大挑战。快速可重组制造系统已成为国内外先进制造企业压缩设备系统投资、缩短新型制造系统设计建造周期、增强企业市场变化适应力的有效手段。国内外制造企业的实践业已证明, 成功采用可重组制造系统, 可以降低制造系统投资, 缩短重组制造系统的辅助时间, 降低产品成本, 并提高投资回报率。
先进制造技术 (AMT) 在制造系统和制造过程中, 有机融合并有效应用信息、自动化和现代管理等现代科学技术, 实现优质、高效、低耗、清洁、快速、灵活地制造市场所需产品的先进工业技术, 包括制造业信息化技术、工业智能化控制技术、先进制造的基础技术与装备等。先进制造技术的概念和研究开发形成于20世纪90年代, 是信息化带动工业化、工业化促进信息化的结晶, 是现代制造业发展的基础。近十年来, 发达国家纷纷调整产业政策与技术政策, 将高技术发展的重点转向先进制造技术领域。从国家目标的高度, 相继制定了一系列先进制造技术发展计划, 投入巨大的财力和物力, 以确立技术领先基础和抢占竞争制高点。
二是全新的企业经营管理理念。
发达国家将先进的制造技术与先进的生产经营方式相结合, 对现代制造模式进行广泛深入的研究, 一系列面向21世纪的现代制造模式在制造业中应用和发展。以快速响应市场需求为导向, 依托信息技术为核心的管理技术, 对企业体制、生产组织、经营管理、技术系统的形态和运作进行整合, 实现技术、组织、人力三大资源的系统集成, 构筑起现代制造模式。精益思维、柔性制造、敏捷制造、计算机集成制造、并行工程、供应链管理等现代制造模式广泛推行, 创造出先前难以比拟的产业绩效, 形成强劲的产业竞争力。
在现代制造模式的推动下, 企业生产经营方式发生深刻变化。企业管理的重点从内部控制性管理转向外部适应性管理。管理目标由注重提高效率向注重提高适应能力发展, 企业竞争从注重争夺市场向注重争夺顾客发展。企业竞争优势的核心从物转向人。以人为本成为现代管理的基本点, 加强人力资源管理成为企业管理的重要领域。企业组织形式由固定化和显性化转向实时化和虚拟化。企业组织设计的基础由物流转向价值流和信息流, 出现了虚拟企业、网络制组织、学习型组织、无界限组织等新型企业组织形式。企业管理方式由制度化和程式化转向模块化。简明、精确、快速的模块化电子管理程序广泛应用, 使得传统的职能计划和信息处理变得异常简单。
三是劳动成本占比下降。
数字化革命带来的高效率, 使直接从事生产的劳动力人数不断地快速下降, 劳动力成本占总成本的比例会越来越小。
一些汽车制造商比起约10年前, 已经能以同样的人力生产两倍数目的汽车。日产汽车位于英国桑德兰的工厂建于1986年, 目前是欧洲生产效率最高的汽车厂之一。1999年, 它雇用4594名员工, 共生产了271157辆汽车;2011年, 该厂制造了480485辆汽车, 是英国产量最高的汽车厂, 而它的员工只有5462名。
产业结构多元化
第一次工业革命和第二次工业革命都是适应标准化、大批量市场需求而产生的, 规模经济效益显得很突出, 大企业具有明显的竞争优势;而以数字化为标志的第三次工业革命是适应个性化、小批量市场需求而产生的, 规模经济效益不再重要, 交易费用下降, 中小型企业的优势明显增强。
在数字化时代, 多品种小批量生产体制将取代少品种大批量生产体制;产业结构从资本密集型转向技术、知识密集型;企业的技术革新活动空前加强, 人们对大企业的生产体制产生了疑问, 对“规模经济”的认识也从根本上发生了动摇;随着“规模经济”的受阻, 多元化产业结构应运而生, 而这样的产业结构则促进了新型中小企业的产生和发展, 使过去认为中小企业具有脆弱性和不稳定性的传统观点被彻底否定。
随着劳动力成本在整个生产成本中的比例下降, 制造业回流发达国家的趋势明显。波士顿咨询集团预计, 在诸如运输、电脑、金属制品和机械制造等领域, 到2020年10%—30%从中国进口的产品可以在美国本土制造, 使美国出口总值每年增加200亿—550亿美元。
最近的一些调查显示, 已有近40%的美国企业准备把工厂从中国迁回到美国。把“外包”给发展中国家的产品又“内包”回发达国家的企业, 是第三次工业革命的新趋势。外商在中国对制造业的投资呈下降的趋势, 而且这种趋势将越来越明显。这是中国制造面临的新的更加严峻的挑战。
更靠近消费者也是制造业回流发达国家的原因之一。更靠近市场, 可以对市场的反应更迅速。而如果是在中国制造, 可能需要几个月的时间, 先要把设计送到中国, 制造产品, 然后再运回美国。当然, 这并不意味着发达国家所有的制造业公司都会放弃在中国造产品。
制造业数字化 篇2
目前在我国乃至全世界。要实现船舶行业的跨越式发展，必须以信息技术为基础。世界造船强国从CAX开始，逐步由实施CIMS、应用敏捷制造技术向组建“虚拟企业”方向发展，形成船舶产品开发、设计、建造、验收、使用、维护于一体的船舶产品全生命周期的数字化支持系统，实现船舶设计全数字化、船舶制造精益化和敏捷化、船舶管理精细化、船舶制造装备自动化和智能化、船舶制造企业虚拟化、从而大幅度提高生产效率和降低成本。所谓数字化设计就是运用虚拟现实、可视化仿真等技术，在计算机里先设计一条“完整的数字的船”。不仅可以点击鼠标进入船体内部参观一番，还可以在虚拟的大海中看它的速度、强度、抗风浪能力。这样一来船舶设计的各个阶段和船、机、舾、涂等多个专业模块在同一数据库中进行设计。
船舶是巨大而复杂的系统，由数以万计的零部件和数以千计的配套设备构成，包括数十个功能各异的子系统，通过船体平台组合成一个有机的整体。造船周期一般在10个月以上，既要加工制造大量的零部件，又要进行繁杂的逐级装配，涉及物资、经营、设计、计划、成本、制造、质量、安全等各个方面。这样的一个复杂的系统需要非常强大的信息处理能力。我国船舶行业今年来虽有很大的发展，但与国际造船强国相比，无论在产量，还是在造船技术上差距甚大，信息化水平落后是直接原因。其中，集成化设计系统与生产进程联系不紧密、船舶零部件标准化程度低、信息采集手段落后、物资/物流管理系统信息部同步、生产日程计划安排手段落后、成本管理工作缺乏系统性、数字化应用未有效的促进体制和管理创新等问题的存在，导致了我国船舶行业参与国际竞争的综合能力不高。
船舶工业是集资金、技术、劳动密集为一体的产业，科技含量较高。尽管我国船舶行业的造船量已连续多年位居世界前三位，造船相关经济指标持续增长，但是与其他造船强国相比，我国船舶企业还存在很大的差距，尤其是在造船信息化数字化方面，由于信息技术和应用的滞后，使得我国船舶企业与世界造船强国的船舶企业差距有扩大的趋势。具体表现在：
1、开发设计滞后。由于缺乏一体化的数字设计工具，我国船舶工业长期以来在船舶设计与开发方面能力很差，已经严重影响我国船舶工业的发展，设计周期长和设计水平落后都制约了我国造船生产效率的提高。
2、信息建设无序。目前我国数字化造船存在的主要问题有船舶设计自顶向下的全过程集成尚未实现；现有系统的集成度差，信息孤岛现象严重；信息架构的整体考虑不足，协同能力和柔性应对能力差，产品设计、制造、管理信息一体化的集成度较低，数字化设计、制造、管理生产线各主线尚未贯通，数字化制造技术效能远未发挥。
3、运营管理薄弱。由于缺乏对造船成本的实时跟踪管理，导致造船专业化水平低、生产流程不尽合理，生产准备周期长、单位产品工时耗费高制约了造船业的发展。特别是随着产业规模的快速扩大来自企业管理方式和成本节约的挑战将会更加突出。
4、配套商全球化。在我国船舶工业规模迅速扩大、造船产量急剧增加和船舶品种结构不断升级的情况下，特别加入WTO后，国家对船用设备进口采取行政性限制措施，进一步降低船用设备进口关税，更多性价比高的国外同类产品进入我国市场，使得船舶企业配套设备的提供商遍布全球，这从侧面也对船舶企业信息一体化建设提出了更高的要求。
5、协同响应速动。船舶制造正在从集成制造向敏捷制造过程转化，真正面向大批量定制技术的船舶敏捷制造系统，并没有实现的基础。但随着造船模式向船舶敏捷制造过程转化的深入，船舶结构设计模块化和标准化技术也将会更加深入地研究并逐步推广应用，这必将带来船舶制造过程和模式的快速演变，可以预测，随着以上关键技术的成熟，船舶制造大批量定制的环境将逐步形成，这将对船舶企业间协同的速动响应能力提出更高的要求，而船舶企业间的实时互通也需要强有力的信息化平台作支持。
数字化驱动制造价值 篇3
这意味着，所有组织都将开始数字化转型之旅，IT将实现从支持到引领。
许多大型制造商正利用不同的数字技术驱动企业价值。
长城汽车股份有限公司（以下简称“长城汽车”）拥有40多家控股子公司，员工总数超过7万余人，2015年营业收入达760.33亿元，产品销往120多个国家，这是一家总部位于河北省保定市的大型民营汽车制造商。
然而早在2009年，为了顺利打入欧洲市场，长城汽车需要通过欧盟整车型认证（WVTA）。欧盟认证包括48个测试项目，在排放水平、安全性和环境影响方面对车辆设定了较高的标准。
一辆汽车会有上千万个零部件，一些通过整车制造商自己制造，而另一些从众多供应商处采购。由于改动一处设计可以影响很多其他部件的制造，采购的复杂性就可能迅速上升。
从2008年开始，长城汽车在解决欧盟ELV（报废车辆指令）中关于整车回收率计算的问题，选用了达索系统开发的ENOVIA物料合规管理模块（MCC）解决方案。ENOVIA MCC是一种业务流程应用，旨在帮助企业在产品从设计到回收的全生命周期内主动引入环境合规战略。ENOVIA MCC帮助长城汽车4款车型一次性通过欧盟认证，使其成为首家通过欧盟整车型式认证的自主车企。
而随着业务的持续拓展，2012年，长城汽车与达索系统达成战略合作，和达索系统进行“一揽子”的合作计划，包括研发、工程、制造、营销以及服务等跨地区、全球化的信息化平台建设。长城汽车进一步选用达索系统的CATIA V5平台来进行虚拟设计和测试、数字化样机开发，数字化组装等，用于按时、按预算来交付产品，大大缩短了研发周期。
“长城汽车今年会有两个基于达索系统平台的车型下线，通过采用达索系统产品全生命周期管理（PLM）的解决方案，长城汽车从车辆研发到制造下线的周期仅为7个月。”达索系统大中华区销售副总裁李智军在1月30日举行的2016达索系统VS销售大会上表示。要知道在以效率著称的日本汽车企业，这一周期为12个月。
“数字化工厂是覆盖汽车整个生产环节的，目标是要在真实生产之前，就把汽车在生产线上的整个制造过程全部仿真，它的目标是要减少设计错误、缩短在生产线上的调试周期。”北京迅利创成科技有限公司（以下简称“北京迅利”）董事长代军解释道。
在中国，北京迅利已经向15家主要汽车整车企业提供了达索系统全系列产品，同时还提供了DMU与VPM集成的电子样车技术、针对产品开发的逆向工程技术、汽车研发项目中的产品数据管理、集成数字化制造与仿真技术以及3D产品设计方法论等专业服务。
在中国，与北京迅利一样的达索系统VS（价值解决方案）合作伙伴还有100家左右，面向汽车、航空航天、工业设备等12个行业提供针对达索系统3D设计、数字仿真以及生命周期管理解决方案的销售、技术服务和培训。
作为未来10年引领我国制造强国建设的行动指南和未来30年实现制造强国梦想的纲领性文件，《中国制造2025》的发布实施全面开启了中国制造由大变强之路。“中国、日本、美国、德国都从国家层面提出了一些计划来帮助企业进行转型，在全世界各国通力合作的情况下，我对制造业数字化转型充满了热情和信心。”达索系统VS渠道全球高级副总裁Betrand Sicot说。
制造业数字化 篇4
日本天田公司数字制造技术进入中国农机市场
数字化制造技术即数字化技术和制造技术的融合, 在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下, 根据用户的需求, 迅速手机资源信息, 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造, 进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。其内涵包括3个层面:以设计为中心的数字化制造技术、以控制为中心的数字化制造技术、以管理为中心的数字化制造技术。数字化制造技术包括数字化设计、数字化工艺、数字化加工、数字化成形、数字化管理和数字化检验等技术。采用数字化制造可以通过加工工序的改革, 缩短整体生产周期, 从而达到提高产品质量、降低生产成本、缩短交货期的目的。
据了解, 日本天田公司是一家以生产数字化机床为主的现代化企业, 既是当今先进数字化制造技术 (软件) 和装备 (机床) 的提供者, 也是工厂数字化制造技术的实践者和领先者, 2011年, 在日本本土的制造基地只有900名员工, 产值却高达68亿元, 生产效率非常高, 这都得益于天田公司数字化加工技术和智能化生产管理, 其智能化管理涉及方方面面, 他们自己将其表述为“摊位式生产方式的高效率工厂”、“IT生产管理系统的数码工厂”。这是一个全工程的体验, 不仅是单台的设备, 还有软件, 整个工厂的体验。此次与农机工业协会签订合作协议, 承诺给与农机协会会员企业市场实际销售价格9.3折的优惠, 加强与中国农机企业的合作。中国农机企业引进这一技术和设备, 必将对我国农机事业产生深远影响。
中国农机制造数字化面临重重困难
进入21世纪, 我国农机行业发展迅速, 生产力不断提高, 年产值在全球已达到20%, 产品质量和制造技术都有所改善, 但从整体来看, 与国外发达国家相比, 我国制造和装备水平差距还非常大, 提高产品的可靠性仍是现在亟待解决的问题。近几年, 装备制造业有一个质的飞跃, 即向数字化发展, 日本天田公司已经把数字化技术充分的用到了钣金加工过程中, 利用软件和数字化工程, 将各个制造设备串接起来, 使整个制造技术实现了数字化制造。而将这一新的技术和设备引进到中国农机行业中, 必能对我国农机企业产品质量升级、性能升级、装备水平升级和制造技术升级起到非常大的作用。现在, 我国农机制造业正处于调整阶段, 从制造低端产品向制造高端产品转变是发展趋势, 而数字化技术制造正是实现这一转变的重要途径。
高会长表示, 绝大部分企业已经意识到我国农机企业与国外的差距, 加强国际合作对提高农机行业的制造水平至关重要, 引进高端的装备和专业的人才, 才能较快提升我们的水平, 但是要实现这一技术还是有一定难度的。首先, 数字化制造技术要求企业自身有比较好的技术条件, 若是技术条件落后, 根本无法采用此技术;其次, 要有比较好的经济实力, 购进这样的设备不是买一台普通的车床或激光切割机, 设备的投入会比较大;再次, 要求我们制造的产品要要有一定的技术含量, 不能用昂贵的设备来做一些简单的、半机械化的产品, 这样就浪费了。北京亨运通机械有限公司董事长王世秀也表示, 在中国劳动力越发缺少, 人员成本不断提高的形势下, 这样的设备确实能够提高生产效率, 降低生产成本, 使农机质量有一个升级, 但是对于刚刚起步的民营企业来说, 资金问题确实是最大的困难。天田中国公司负责人柴田说, 虽然天田中国公司刚刚成立1年, 但是与企业合作共同解决问题已经在几年前就开始了, 天田公司非常重视中国农机市场, 公司计划未来3年, 逐渐将制造工厂转移到中国, 国产化加工由现在的20%提高到60%, 以减低成本和产品价格。而且, 天田公司也提供分期付款等服务, 与客户共同解决问题。
硬实力与软实力孰轻孰重
在产业升级过程中, 企业要处理好硬实力和软实力的关系, 二者是企业生存发展的基础, 他们之间的关系是相辅相成的。近几年来, 我国农机企业也曾引进过全面质量管理、5S等管理模式, 但是总的来看, 我国农机企业的管理水平, 特别是现在强调的数字化、智能化管理水平差距较大。比如, 现在日本普遍采用的是信息化技术支持下的混流生产方式, 插秧机和水稻机等多个产品被布置在一个生产线上, 一台插秧机紧跟着一台收割机, 交替布置同时生产, 在同一条生产线上, 实行有节奏、按比例的混合连续流水生产, 是以品种、产量、工时、设备负荷全面均衡为前提的生产方式, 这样可以有效的使用工厂和设备, 而混流生产模式必须依赖数字化管理技术。所以, 企业只有将软实力和硬实力结合起来, 才能不断的提高经济效益。最近, 行业的一些企业也开始注重软实力的培养, 五征集团从日本请了管理质量控制、生产等三位专家, 帮助企业优化管理模式。
数字化制造与现代化管理 篇5
数字化制造与现代化管理
小巨人公司进行了大胆的探索,引入了全新的机床制造概念,也就是加工过程高度柔性化、复合化、精益化,制造和管理过程网络化、信息化、智能化.企业的销售(包括售前和售后的服务)、生产、技术、财务、人事全部实现了计算机网络化、信息化、智能化管理.
作 者：王勇 刘玉霞 作者单位：王勇(小巨人机床有限公司)刘玉霞(宁夏职业技术学院)
刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(2) 分类号：V2 关键词：制造业数字化 篇6
关键词：汽车；协同设计；数字化
中图分类号： TH122 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2011）04-0010-05
Research and Application of Collaborative Digital Design and
Manufacture for Automobile Industry
HU Wei-ming
（Dongfeng Yunnan Automobile Co.，Ltd. Kunming 650106，China）
Abstract： To improve the ability to response of market，the network manufacturing mode must be adopted to research on the great system engineering about automobile. And the road should go along，which is to combine the multi—enterprises to exert advantage of them，and to share the resource and experience about products development when they are in co-researching . Therefore，it is meaningful to research into other places design，manufacturing，management and Collaborative work. collaborative digital design and manufacturing is the inevilable trend of the automobile industry in the future.
Key words： automobile；collaborative design；digital.
随着信息技术和网络技术的飞速发展，汽车制造业生存和发展的外部环境发生了重大变化——客户对产品的价格、交货期、质量、环保、售后服务的要求越来越高，社会需求日益多样化、个性化。这就要求汽车制造业建立一种按市场驱动的、具有快速反应机制的网络化制造模式。该制造模式是以数字化、柔性化、敏捷化为基本特征，而柔性化和敏捷化的前提是数字化。目前国内许多汽车生产企业在其设计阶段采用了数字化产品开发技术，但仍不能满足市场对各类汽车的旺盛需求，因此必须采用网络化制造模式，走多企业联合研制的道路，充分发挥各企业的优势，共享产品开发的资源和经验。
1 协同设计的基本概念
1.1 协同设计的产生背景
20世纪80年代以来，随着市场竞争的不断加剧，人们纷纷寻找新技术、新方法来改进自己的产品开发模式，出现了CIMS、精益生产、并行工程、敏捷制造和虚拟设计等涉及技术、企业管理体制的新概念，使企业组织管理、任务分配、工作协调、信息交流等方式发生了根本的变化。
与此同时，计算机应用也逐步从单用户工作模式向分布式的多用户协作模式过渡，人机交互理论逐渐成熟，出现了“计算机支持的协同工作”（Computer Supported Cooperative Work，CSCW）的概念。CSCW是美国MIT的Irene Greif和原DEC公司的Paul Cashman于1984年提出的，它将计算机科学、社会学、心理学、认知科学、人机工程学等多个学科综合于一体，形成了一个新兴而重要的研究和应用领域。
自CSCW概念提出后，其研究及应用价值引起了全世界专家和学者的兴趣，许多人投入到CSCW的研究之中。尤其是互联网的出现，使CSCW在通信、分布式系统、数据库系统、并行工程、多媒体信息处理、人机界面等方面取得了一系列突破性成果，协作的发展也完成了从简单到复杂、从支持工作组级的小规模协作到跨机构的、全球范围内的大规模协作过程，人们成功地开发出基于网络的会议系统、电子邮件系统、工作流管理系统等。在此背景下，CAD与CSCW技术相融合的产物——计算机支持下的协同设计CSCD（Computer Supported Cooperative Design，CSCD）应运而生。
1.2 协同设计的定义
CSCD是指在计算机的支持下，各异地协作成员围绕一个共同的项目，承担相应部分的设计任务，并行交互地进行设计工作，最终得到符合要求的设计结果的设计方法。协同设计的目的是为了实现不同领域、不同层次人员对信息和资源的共享，协调处理各种耦合、冲突和竞争，完成跨领域、跨时空的协作，以满足变化多端的市场需求。它通过对复杂产品设计过程的重组，建模优化，建立协同设计开发流程，并利用CAD/CAM/CAPP、PDM、虚拟设计等集成技术与工具，系统地进行产品开发。它不但可以体现面向用户的设计、面向制造的设计、面向装配的设计等现代设计技术，而且还可体现现代管理技术。
协同设计的概念主要反映在设计信息的“并行”共享，即设计者能在“适当”的时候，采用“适当”的方法，在“适当”的地方，以“适当”的形式，存取“适当”的设计信息。这里强调五个“适当”是因为协同行为发生在不同地点和不同时间。CSCD中协同的含义可以从以下几个方面来理解。
（1）产品设计信息的协同
在协同设计时，各设计者在使用同一产品信息模型的过程中，由于同一信息源在不同设计环境中描述不尽相同，不同的设计群体出于各自的需要，对信息的使用也存在着差别。因此，存在着不同设计者之间设计信息的协同。
（2）设计过程的协同
多个领域的设计者在共同完成一项复杂设计任务的过程中所承担完成的子任务之间存在着一定的关联，它们可能是前后串行依赖关系，也可能是并行独立关系，还可能是交叉耦合关系。可见，设计者所承担的子任务间存在的关联性决定了设计活动必须按照一定顺序协调一致地完成，这样才可以避免设计者因对时序控制不好而造成的过程冲突。
（3）设计人员之间的协同
协同设计采用的是群组工作方式，产品设计是通过不同领域专业人员的相互配合完成的，这就不可避免地需要解决两个方面的问题：一是不同领域人员之间的配合与协同问题；二是同一领域不同层次设计人员之间的配合与协同问题。另外，在大型复杂产品的设计中，一位设计人员可以承担多个工作——在某个任务中担任设计员或在另一个任务中担任审核员，这对设计人员之间的协同就更为复杂。所以，一般的系统将设计人员授予一定的角色，通过对角色的控制来实现设计人员之间的协同。
（4）设计环境的协同
协同设计是不同部门、不同企业之间的设计活动，不同企业的设计环境存在差别，并且随着设计进程的推进而不断变化着，对异构环境下设计者之间的通信必须就设计者之间对知识理解与表达方式的转换进行协调。由于不同设计者使用的设计工具不一定相同：有的设计者使用PRO/E软件，有的使用IDEAS软件，有的使用Ansys软件。各软件设计结果的显示方式不同，需要提供这些设计工具的协同交互组件。所以，异构设计环境的集成是协同设计系统的一个重要内容。
（5）工作模式上的协同交互
协同设计工作模式大致可以分为面对面同步交互、异步交互、同步分布式交互和异步分布式交互四种类型。面对面同步交互是指设计人员通过CSCD系统在同时间、同地点进行设计的工作模式，如召开决策会议时，采用并发控制策略以保证多个专家访问同一个设计对象的过程中，数据完整且一致；异步交互是指在不同时间、同一地点异步交互的工作模式，如Team Work成员使用的公告栏，是一种非实时交互类型；同步分布式交互是指在同一时间、不同地点的工作模式，如共享CAD、视频会议系统；异步分布式交互是指在不同时间、不同地点的工作模式，如Team Work成员使用的E-Mail、分布式数据库等。四种类型中，同步分布式交互模式实现的难度最大。
1.3 协同设计的模式
随着并行设计的发展，人们发现对复杂产品的设计，采用并行方式解决问题还不够，需要从更高层次上协调处理并行过程中棘手的各种耦合、冲突和竞争，实现各领域、各小组人员对信息和资源的共享，以群体协同工作为主的协同设计是并行设计向前发展的必然结果。协同设计使不同地点、不同领域的人员以及客户能同步或异步地进行产品开发，充分利用网络共享信息，靠集体智慧来进行决策。它强调信息共享，各阶段可以同时进行工作，概念设计人员甚至可以在市场调查人员完成任务之前就开始他们的任务。为了保证数据模型的一致性和安全性，协同设计必须建立一个统一的信息模型。在所有设计完成之前，各阶段生成的数据是不完整的，而通过协同设计，数据通过统一的信息模型进行共享，可以得到及时的修改和交互操作。
协同设计流程见图1，图中各模块之间的信息可以随时交互。协同工作小组在前阶段工作小组完成任务之前就可以利用对方已做的工作和传递来的信息开始工作，相关工作小组之间的信息传输与传递是持续的。设计工作每完成一部分，就将结果输出给相关过程，设计工作逐步完善。工作小组不再有输入需求时，设计工作也就完成了。由于协同设计对网络和相关支持工具集成化程度的利用较并行工程更充分，所以其完成产品设计时间也较并行工程少。
2 汽车产品协同数字化设计系统的主要内涵
2.1 汽车产品协同数字化设计系统的功能需求
（1）满足客户个性化需求
在激烈的市场竞争中，人们对产品的要求越来越高，除功能、质量和价格外，还要求考虑产品的外观、耐用性等其他因素。满足客户的个性需求己成为现代企业的经营宗旨，许多企业尝试利用网络为客户提供可以定制不同类型、不同型号的汽车产品，并且尽可能提供产品开发者与客户动态交流的窗口，以使设计人员随时了解客户的个性化需求，快速开发出多功能、多样化的汽车产品。
（2）实现设计制造的数字化
随着人们对产品精度要求的提高，数字化设计制造技术逐渐成为改造传统产业、实现技术创新和产业升级的有力手段。在汽车产品开发过程中，需要吸收数字化技术并采用数字化装置，通过计算机对汽车产品设计制造过程进行有效地控制，重点突破汽车产品数字化定义、数字化预装配和产品数据管理，以实现真正完全无图纸的汽车产品数字化设计和虚拟制造。
（3）实现设计制造的网络化
网络技术的迅速发展，使企业可以通过互联网，针对世界上任何地域的用户定单组成动态联盟，利用各种分布的、异构的设计与制造资源，进行异地设计与制造。为了实现汽车产品的协同设计，必须借助网络技术，构建CAD、CAE、CAPP和CAM等的网络环境，提供网络通讯与资源共享的工具。
（4）协同工作的需求
汽车产品可以分解为若干功能模块，这些模块又可以分别划分给不同的设计团队，团队之间经常需要交流和协作。就同一模块的设计而言，当CAX人员并行工作时，他们相互之间也需要频繁地交流和协作。不同团队、不同人员之间协同工作的效率决定了汽车产品开发的质量和速度。为了提高协作效率，需要协调好协同设计过程中的各种耦合、冲突和竞争，建立一个协同机制，有效地实现项目管理、任务规划、进度监控、冲突检测与消解等管理工作。
（5）面向产品全生命周期的需求
汽车产品种类繁多，为了满足客户的需求，必须在产品开发初期全面考虑市场需求、设计、制造、销售、维护服务、回收再用等产品全生命周期各阶段施加的设计约束。然后建立面向汽车产品全生命周期的、统一的、具有可扩充性和能表达不完整信息的产品模型，研制相应的CAX/DFX封装组件，力求汽车产品全生命周期中所有相关因素在产品设计阶段就能得到综合规划和优化，以达到设计“一次成功”，避免和减少在设计后期发现错误而导致的返工。
（6）数据交互与共享的需求
在汽车产品开发过程中，涉及到大量的设计数据、分析数据、制造数据等，这些数据彼此关联且动态变化，为了处理异质异构的数据与三维图形，必须研究基于网络的汽车产品数据交互与共享的机制，以保证设计数据的正确。
2.2 汽车产品协同数字化设计系统的工作流程
汽车产品协同数字化设计系统的工作流程见图2。
客户、盟主、盟员可以通过登录网页，在动态网页的指导下，完成相应的工作。针对某项具体的汽车产品设计任务，盟主在分析客户需求、接受客户任务后，进行任务规划：将设计任务分解，并发布投标信息；根据合作伙伴的投标情况，组建设计联盟，确定盟员。盟员中的设计负责人主要进行任务投标、任务分解与发布、设计授权、设计审核/批准、任务协调等关键性负责工作；盟员中的设计人员主要接受和完成分配到的子任务，对重要零部件进行设计，还可以请求CAE、CAPP盟员等其他多领域人员的帮助，共同完成设计工作。对于CAD设计中内部存在的问题，CAD盟员设计负责人可以召开内部会议进行裁决，对于自身无法解决、需要其他盟员评判的问题，可以请求盟主召开联合会议共同裁定。
3 结语
协同设计以及协同理论等方面的研究，在汽车行业上的应用处于起步阶段，对有关的多项关键技术进行探索和研究，包括异地协同数字化设计和制造技术、虚拟产品开发技术、异地产品数据管理技术、异地协同工作技术等，对汽车行业多企业联合进行汽车研制和异地联合生产模式具有重要意义。
参考文献：
［1］ 龙晓苑. 数字化艺术［M］. 北京： 北京大学出版社，2000.
我国制造业数字化的现状与趋势 篇7
全球制造业的竞争从20世纪初期的规模化及降低产品成本、20世纪中后期的提高企业整体效率及产品质量, 至20世纪后期的交货期、质量、价格和服务等方面的竞争, 进入21世纪以来, 已经发展至创新能力的竞争。这种态势导致制造业竞争焦点集中在产品研发速度和创新能力上, 为提高创新能力和效率, 数字化战略已成为跨国制造企业产品创新的首选战略。
(一) 制造业数字化的内涵
数字化是以数字的生成、加工、传输、使用、修改和储存为基础, 以数字样机为核心, 以单一数据源管理为纽带, 在设计、制造和管理过程中用数字量取代模拟量、用数字技术取代传统技术, 并以数字量作为设计、制造和管理的唯一依据。
制造业数字化的核心是数字化制造技术, 数字化制造是指在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下, 根据用户需求, 迅速收集资源信息, 对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组, 对产品设计和功能的仿真以及原型制造, 快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。
(二) 制造业数字化是制造业信息化发展的新阶段
数字化生产方式是先进制造业的重要发展方向。制造业数字化是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果, 也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。随着信息技术的发展, 制造业的数字化不断加强, 制造技术与信息技术交叉融合, 制造业数字化成为信息技术改造传统产业和实现信息化带动产业升级的突破口。
(三) 我国制造业数字化的发展进程亟待加快
随着美国“制造业回归”强力推动以及国内劳动力土地成本上升, 我国制造业依赖传统比较优势参与国际竞争的局面难以为继。当前, 在全球经济缓慢复苏、国际制造业竞争加剧、传统比较优势难以持续、新工业革命正在孕育的复杂背景下, 中国制造业面临着严峻挑战和重大机遇, 加快我国制造业数字化的发展进程, 培育和发展新优势, 在新一轮国际产业竞争中赢取主动, 成为促进中国工业转型升级的重大战略抉择。
我国制造业数字化的现状与趋势
改革开放30多年来, 中国制造业生产总值已发展成为世界第一, 未来数十年我国将实现从工业大国向工业强国的转变, 提高技术创新能力和产品质量水平成为我国制造业发展的迫切需要。加快制造业数字化的变革, 推动从“中国制造”到“中国智造”的转型升级, 我国经济发展方式将发生根本性变化。
(一) 数字化制造技术在我国已经取得大量应用
我国政府组织实施了制造业信息化工程专项, 推动设计数字化、制造装备数字化、生产过程数字化、管理数字化和企业数字化等方面的发展, 数字化制造技术在我国已经取得大量应用:一是CAD/CAPP/CAE/CAM的推广应用, 改变了传统的设计生产、制作模式, 已经成为我国现代制造业发展的重要技术特征;二是MRP/ERP的推广应用;三是CIMS的推广应用;四是网络建设方面, 近年来互联网技术的飞速发展, 企业网络迅猛发展。
目前, 数字化制造技术正在深入发展, 呈现以下趋势:一是正由2D向3D转变, 形成以基于模型的定义/基于模型的作业指导书为核心的设计与制造;二是并行和协同, 通过产品、工艺过程和生产资源的建模仿真及集成优化技术, 提高多学科的设计与制造的协同性和并行性, 实现产品和工艺设计结果的早期验证;三是数字化装配与维修;四是数字化车间与数字化工厂, 这是数字化制造技术在车间和和工厂集成应用和高效运营的全新生产模式, 为高效物流实施以及精益生产、可重构制造、元化制造等先进制造模式提供辅助工具;五是工业互联网, 由机器、设备组、设施和系统网络组成, 能够在更深的层面将连接能力、大数据、数字分析、3D打印等结合。
(二) 我国制造业数字化初见成效
数字化制造具有柔性化和敏捷化的特征, 能快速响应市场需求的变化, 随着制造业从以生产为中心向以市场需求为中心的转变, 我国制造业数字化发展初见成效。首先, 我国制造业设计数字化方面的投入不断加大;其次, 我国数字化制造快速发展, 仪器仪表、数控机床、机器人等行业自主创新成效初现, 3D打印等新兴产业发展迅速;再者, 我国制造业管理数字化成效显现, 信息化技术在制造企业得到大量应用。
(三) 我国数字化制造在制造业中的比重有待提高
近年来, 高技术产业在我国制造业增加值所占的比重呈下降趋势, 制造业产业结构亟待调整。我国制造业与发达国家相比, 创新能力不强, 高新技术方面仍然处在追赶状态, 许多关键的核心技术还没有掌握, 制造业综合竞争力较弱, 总体上处于国际分工和产业链的中低端。目前, 我国高技术产业占制造业的比重大约是美国的三分之一, 我国制造业产业结构有待优化, 数字化制造在制造业中的比重亟待提高。
我国制造业数字化发展的制约因素
在当前复杂的国际国内环境下, 为提升我国制造业在全球产业价值链中的地位, 解决制造业大而不强的问题, 必须促进从工业大国向工业强国的转变。从传统生产方式向数字化生产方式转变, 跨越难度大, 面临严峻困难。
(一) 制造业数字化是长期的“再造”过程, 推广周期漫长从传统制造方式转向数字化制造方式, 将是动摇现有制造流程的“再造”过程, 从基于2D的传统制造方式向基于3D的新型数字化生产方式转换是一场长期的改革
举例而言, 从美国战神航天飞行器数字化制造全流程看, 突破由3D实体模型向可用于制造和车间转移的转折难点有:一是3D模型的可制造化;二是3D设计向3D工艺的转换;三是将3D产品和一、制造业数字化的战略意义
工艺信息向制造作业的工人传递;四是制造作业现场的数字化数据采集和反馈;五是数字化智能和依从性文档的管理。目前看, 我国制造业数字化任重道远, 主要原因是核心能力不强, 具体表现为:一是技术创新能力不足, 具有自主知识产权和高附加值的产品少;二是产品质量不高, 产品的质量水平和可靠性有待提高;三是制造水平不够, 环境和成本的问题日益突出。
(二) 数字化制造的核心软件和关键设备的自主品牌不足, 推广成本巨大
我国缺乏自主品牌的数字化制造软件和关键设备, 核心软件和关键设备仍然主要依赖国外。现阶段, 数字化制造对于大多数国内企业而言, 采购软件和装备的投资成本要靠增量效益来消化, 普通低附加值行业难以承受, 难以得到广泛应用。亟待发展自主品牌的数字化制造软件和设备、提高国内产品的质量水平和可靠性, 发展能够大规模推广的数字化制造软件和装备。
(三) 缺乏基础数据资源和共享管理机制, 专业化标准化艰巨, 缺乏丰富的基础数据资源和共享管理机制, 是中国制造业推广数字化制造技术的难点
当前, 我国制造业数字化在专业化、标准化等方面仍存在以下难点:第一, 多数复杂制造企业没有数据标准, 这是中国制造业数字化进程中的阻碍;第二, 丰富的数据资源是制造业数字化的基础, 而现有数据资源的可利用率不高, 降低了数字化的实用价值;第三, 缺少统一规划和认证, 各行业系统数据之间缺乏统一标准, 形成了众多的“信息孤岛”, 数据开放度低, 给制造业数字化发展造成阻碍;第四, 制造业数字化的法律法规不完善, 推动公共基础数据建设、知识产权保护和隐私保护方面的法规仍需健全, 数据资源开放和共享仍存在种种障碍;第五, 数控设备利用率不高。
(四) 数字化生产方式将改变权力的本质关系, 面临改革阻力制造业数字化不仅是技术变革, 还会导致现有的企业管理模式和政府管理机制改变
制造业数字化 篇8
无论是能源、材料、生物还是其他领域, 都面临着用新的信息技术使产业发生改变, 这正是第三次工业革命和前两次不一样的地方。工业化与信息化融合已成为科技进步的必然, 成为发展现代产业体系的重要途径, 为企业创新发展带来了新机遇, 开辟了应对资源环境挑战的新方式。工业化是信息化的物质支撑和主要载体, 信息化是工业化的推动引擎和提升动力, 只有两者深度融合, 才能达到科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的要求, 实现工业革命。
在荷兰飞利浦电子公司的一家工厂里, 128部具备高超柔韧性的工业机器人在永不停息地工作着, 从事着工人无法完成的精细工作
全球工业格局悄然变化
“新一轮的工业革命正在深化, 西方发达国家在振兴制造业上走出一条新路子。他们依靠科技创新, 以数字化和智能化为核心, 抢占国际竞争制高点, 提高经济发展核心竞争力, 谋求未来发展的主动权。甚至有国外学者称, 新技术的出现, 很可能导致中国制造业在未来20年中出现困境。我们对此应该有强烈的忧患意识。”中国工程院院长周济对制造业数字化智能化的论述, 同样传达出我国广大科技工作者对其在第三次工业革命中的重要性拥有清醒认识。
看看当今全球顶级企业, 受益于数字化智能化技术的典型案例比比皆是。苹果公司就是通过产品模式创新、各种最新技术的集成创新, 成功引领了信息产品的发展方向。又如美国页岩气开发技术的突破, 引起了一场页岩气革命, 对世界能源格局乃至政治、经济发展都产生了深刻影响。相反, 一些辉煌一时的国际顶尖企业, 则因为没有及时把握住新一轮工业革命浪潮, 正在经受前所未有的发展困境。
我国经过几十年的努力奋斗, 在制造业方面实现了历史性的跨越式发展, 制造业生产总值已跻身世界第一。但“大而不强”一直是我国制造业亟待突破的瓶颈。其中, 自主创新能力不强, 在技术方面一直处在跟踪和追赶状态, 许多关键核心技术还没有掌握, 是导致我国制造业综合竞争力弱的最主要因素。如果能够在中国制造前面加上“中国设计、中国创造”, 我国的经济和产业格局就会发生根本性变化。因此, 紧抓第三次工业革命契机, 努力在创新和综合竞争力上步入世界前列, 是我国制造业未来发展的重点所在。
挑战与机遇同在, 我国制造业要实现跨越式发展, 也具备了许多良好条件。周济指出:“一是我国制造业拥有巨大市场需求。二是我国制造业有着世界最为完整的体系。三是我国一直坚持信息化与工业化融合发展, 在制造业数字化方面掌握了核心关键技术, 具有强大的技术基础。四是我国在制造业人才队伍建设方面已经形成了独特的人力资源优势。五是我国制造业在自主创新方面已经取得了一些辉煌成就, 上天、入地、下海等等, 都显示出我国制造业巨大的创新力量。”
当然, 与发达国家相比, 我国在自主创新, 尤其是信息技术原始性创新方面还有很大差距。今后, 在制造业数字化、智能化的核心技术方面, 我国制造业还需要实现战略性的重点突破。
我国自主研制的海洋石油981深海平台, 能够在3000米深海平稳钻井, 即使钻入地下1.2万米, 也能在大风大浪中岿然不动
数控技术优势巨大
第三次工业革命的核心技术是制造业数字化和智能化, 它主要涉及产品创新、制造技术创新和产业模式创新三个方面。其中, 以数控与智能的机械产品为代表的产品创新至关重要。
数码相机就是应用数字化技术对传统产品进行创新的典范:昔日胶片行业的霸主柯达公司曾在1975年研发出世界上第一台数码相机, 但由于战略性决策失误, 它并没有及时将这一技术创新成果市场化。最终, 伴随着传统胶片产业被数字化技术颠覆的阵痛, 柯达公司于今年宣告破产。
事实证明, 只有充分认清产品创新对企业以及制造业的终端重要性, 才能适应当前激烈的市场竞争格局。
数控机床是应用数控技术创新机械产品的典范之一。以注塑机的数控化和智能化为例, 我国是全球最大的注塑机生产国, 产量占据世界年产能70%以上, 但在高端产品方面, 远远落后于世界先进水平。注塑机发展已向全电动型演变, 这种数控技术创新可以实现能量的按需供给, 减少40%至80%的电能消耗, 并具有加工精度与稳定性高、生产效益高、噪音低、没有污染等优点。而进一步产生的智能型数控注塑机, 进一步实现了工艺自动优化、产品自动分拣、过程自动监控等功能, 达到更高的效率、精度和节能效果。
“数控技术正在使机械工业由电气化时代跃升为数字化时代, 在可以预见的将来, 智能化技术将使机械工业由数字化时代进入智能化时代。”周济说。
数控技术已经为机械产品带来深刻革命, 由于数控化机械增加了“大脑”, 可使其功能和性能发生质的飞跃, 并最终实现智能化, 引发机械工业的升级。
在可以预见的未来, 数控产品会适用于各行各业机械产品的全面创新, 从食品、饮料、农副产品、日用化工等专用设备, 到火车、汽车、轮船、飞机等交通运输设备, 乃至工程、农业、港口、医药机械等等。对于我国中低档机械产品的升级换代, 提升各种产品性能和市场竞争力, 数控技术将会发挥巨大优势。
我国广东省东莞大朗镇年产毛衣3亿多件, 用工最多时需50万人。如果全部使用数控编织机, 3万至5万人就可以生产出同样数量但质量更好的毛衣
中国制造亟须迎头奋起
数控化可使机械产品“大脑”更精密, 这同样为我国高端机械产品开辟了创新的广阔空间。以信息装备制造当中最关键、最复杂、最昂贵的光刻机精密工作台的研制为例, 超精密的工作台是光刻机的核心关键装置, 其精度几乎接近物理极限。要实现光刻机高速、大行程、自由度纳米级精度运动, 除合理的运动结构和精密检测技术外, 关键在于数字化控制, 核心在于数字化补偿。经过补偿控制, 我国成功研制出100纳米光刻机的工作台, 实现了高速、高清的高端设备技术要求。
周济表示:“以数字化技术为基础, 在互联网、物联网、云计算、大数据等技术的强力支持下催生的产业模式创新, 也会使制造业的产业模式发生根本性变化。”在第三次工业革命中, 生产型服务业将得到全面快速发展, 大中型企业正在走向“产品+服务”的模式, 从产品制造商向系统集成和服务商的方向转变。对应于制造业数字化智能化带来的产品制造技术与管理技术的进步, 新型的生产组织模式, 以及企业的商业模式等众多方面, 都在发生根本性变化。
实际上, 西方某些学者提出的第三次工业革命, 很大程度上是从产业模式的角度考虑。
他们认为, 第三次工业革命会形成多品种、小批量、定制式的新型生产模式。但无论从哪个角度考虑, “制造业数字化智能化”都是公认的第三次工业革命的核心技术。因此, 要实现到2020年我国机械产品全面应用数控技术, 实现一定程度智能化的奋斗目标, 就需要将科技创新与产业发展紧密融合, 努力促进产业结构调整, 全面提升核心竞争力, 并进行有组织创新、集成创新和协同创新, 最大限度地推进科学技术成果的工程化产业化。
制造业数字化 篇9
1 制造业的数字化服务需求
经过近些年的积累和发展, 国内的制造业在诸多领域中已取得了非常大的进步, 从最初的代工模仿到现在的自主研发, 很多国内企业拥有了创新技术和自主知识产权。虽然制造业涉及的很多行业 (如汽车、工程机械设备、家电等等) 均有一定的技术、资金和生产方面的门槛, 但随着市场经济的全球化, 企业面临同质化竞争的问题非常突出。在国内, 社会呈现老龄化的发展趋势、人口红利逐渐消失的背景下, 劳动力等生产要素价格不断上涨, 同时国内企业在技术创新、管理服务等方面仍落后于发达国家, 因而国内制造业的发展面临着严峻挑战。
作为传统的行业, 制造业主要涵盖了如市场需求、原材料供应、产品研发、生产销售、用户消费、客户服务、市场反馈等多个环节, 在这个闭环的流程中, 从产品生产到用户消费还会涉及代理分销、物流配送等方面, 因而市场的消费数据、用户的反馈信息等难以快速、准确地传递给企业。虽然如CRM (客户关系管理系统) 、呼叫中心等信息化支撑或客户服务系统已广泛应用, 但其只能被动地记录和人工分析运营相关数据, 不能主动地进行大数据分析或客户需求挖掘, 因而企业市场响应慢、生产与销售脱节、服务成本高、价格竞争激烈等问题现象较为普遍。
作为制造业的基础和典型代表, 工程机械制造在在城市建设、工业发展中发挥着重要作用, 国内行业的年产量和销售收入均名列世界前茅。2015 年全球最领先的50 家工程机械制造企业中有11 家中国企业, 我国已成为全球工程机械设备重要市场和制造基地。随着经济发展的放缓、市场需求的减少, 整个工程机械设备制造行业的产销量和利润均大幅下降;我国工程机械设备的竞争力优势主要体现在价格方面, 但在智能化控制、自动化监测、远程维护等方面同世界水平有着较大差距, 比如工程机械设备在销售后, 其使用方分散于全国各地, 且因施工要求需经常移动, 当设备发生故障时, 设备的生产/ 租赁厂商只能现场派工去解决问题, 这导致了维护成本高、效率低的现状, 进而影响了企业的盈利。
综上, 为实现制造业各个环节的高效协同、产业资源的优化配置、市场需求的快速响应、售后服务的高效化和低成本化, 需要提升制造业的数字化服务水平, 实现从价格竞争到服务能力竞争的转变, 这也是“互联网+ 制造”推动产业升级实现智能制造的目标。
2 “互联网+ 智能制造”的内涵
在中国2015 年的政府工作报告中, 国家制定了“互联网+”的行动计划, 推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等技术与现代制造业相结合, 提高产业的国际竞争力。在国内的“互联网+ 制造”的落地, 即是借助移动互联网、物联网技术, 在工业产品上增加软硬件模块, 实现用户的远程操作与监控、数据的自动采集与分析等功能, 从而提升工业产品的价值、增加企业的收益。
国际社会提出的“工业4.0”概念是指制造企业运用物联网技术, 将机器等生产设施接入互联网, 构建网络化的物理设备系统, 加快生产制造中实时数据信息的感知、传送和分析, 进而使各生产设备能够自动交换信息、触发动作和实施控制, 最终实现加快生产资源的优化配置、提高企业生产效能、增加企业利润的目的。由此可见, “工业4.0”的核心是智能制造, 与国内“互联网+ 智能制造”的内涵一致。
综上分析, “互联网+ 智能制造”的内涵为基于设备的互联、信息的采集与传输、大数据分析等, 实现制造业的升级, 向智能化、自动化、高端化 (以技术、服务为特征) 的方向发展, 最终为企业及其产品带来附加的价值。同时我们可以看到, 无论物联网还是移动互联网, 均以通信为基础, 因而“互联网+ 智能制造”也是电信运营商、互联网企业与制造业的多方深度融合与合作的过程。
3 “智能制造”数字化服务体系架构
如下重点以“互联网+”与工程机械制造的融合实践为对象, 研究“互联网+”实现智能制造的数字化服务体系架构, 同时描述“互联网+”的实践流程。
3.1 工程机械制造的数字化服务体系架构
国内工程机械行业的竞争力已从价格转移到服务上, “互联网+”可以提升产业的数字化服务水平, 图1 所示为以工程机械制造为代表的“智能制造”的数字化服务体系架构, 主要包括物联网终端、通信网络和数字化服务平台三个层面。
3.1.1 物联网终端
在工程机械产品的制造过程中, 将物联网终端安装于每台工程机械设备内, 通过传感器、控制器与其通信, 用于采集工程机械产品在后续工作过程中的地理位置、工况 (如力矩、转速、工作半径、负载情况等) 、运行状态 (如液压系统的工作压力、发动机转速、机油压力、温度、工作时长等) 等信息, 并将采集的数据通过移动网络远程传输至数字化服务平台进行分析和诊断。当工程机械产品在用户使用过程中发生故障时, 服务平台可通过Internet向物联网终端下发远程控制指令, 用于控制工程机械的关键部件 (如起重机的缸销、臂销、卷扬等) , 让其停止工作。
3.1.2 通信网络
工程机械产品在销售后根据施工需求在全国范围内移动, 其内的物联网终端〔内插SIM (用户识别模块) 卡〕通过移动通信网络接入互联网, 与位于Internet内的数字化服务平台交互采集的数据和远程控制指令。
3.1.3 数字化服务平台
数字化服务平台基于物联网终端采集到的工况、运行状态等数据, 进行专业化的建模分析和故障的初步诊断, 若发现工程机械产品存在异常问题, 在设备造成更大故障前通过短信、电话等方式及时通知用户和产品的售后维护人员, 使得工程机械产品的售后服务由被动变为主动。在设备发生故障后, 根据已有的初步诊断分析结果可减少故障问题的解决时间, 这就大大降低了产品的售后维护成本。
根据物联网终端定时上传的地理位置信息, 数字化服务平台统计和保存了销售的每台工程机械设备的运行轨迹 (即工作轨迹) 、工作时长和销售产品的地理分布情况等, 通过大数据挖掘和分析可以获取产品的地区应用情况 (如开工率、开工时长等) , 进而可得出分区域的市场需求情况 (如市场饱和或需求旺盛等) , 为产品下一步的生产制造 (如数量预估) 、营销 (如面对有潜在需求的地区) 等等提供决策依据。
3.2工程机械产品的“互联网+”实践
图1中的数字化服务平台与工程机械制造企业的CRM、呼叫中心对接, 实现用户投诉处理、智能调度、远程管理、用户回访等功能, 为机械设备生产厂商提供自动化、智能化的售后服务, 以节约企业资源、降低运营成本。图2为国内某知名制造企业的数字化服务的工作流程示例, 国内某省移动公司、互联网企业等均参与了相关信息化的建设工作, 如IDC (因特网数据中心) 机房托管、呼叫中心与数字化服务平台的建设与运营等等。
图2所示的工作流程如下所述。
1) 当客户购买的工程机械产品出现异常告警时, 拨打制造商的客服电话, 接入呼叫中心/CRM系统。
2) 制造企业的客服人员通过可视化的人机界面操作CRM系统, 根据产品编码或客户手机号查询并获取该客户的产品相关信息, 如该工程机械产品的户主信息、购买日期、维修/ 保养记录等等。客服人员同时接入数字化服务平台以查询产品的故障诊断信息。
3) 数字化服务平台获取客户设备的地理位置、设备当前运行状态的各个参数和故障诊断情况等等, 并将结果和维修建议输出给客服人员。
4) 客服人员根据数字化服务平台的初步诊断结果和相关提示, 远程协助用户解决异常问题。当远程协助无法解决客户的问题时, 客服人员通过数字化服务平台搜索问题设备附近的客服人员, 并通过客服人员的工作手机通知和调度其去现场维修, 实现智能派工。
综上所述, “互联网+智能制造”的特征是自动化、主动化、智能化, 落实于企业数字化水平的提升, 最终提高产业的竞争力。
4 总结
纵观制造业的现状, 一方面是以工程机械为代表的传统制造行业低迷萎缩, 另一方面是互联网技术及应用的蓬勃发展, 因而通过两者的结合 (即“互联网+ 智能制造”) 来提升企业的数字化服务水平, 才能激活传统的制造业、提升产业价值和创造力, 最终惠及社会民生, 推动我国经济和社会的创新发展。
摘要：以制造业的典型代表工程机械设备制造为例, 描述了“互联网+”与制造业的融合实践, 对“互联网+”如何提升制造业的数字化服务水平进行研究和分析。
关键词：互联网+,智能制造,工业制造,数字化服务
注释
压力容器的数字化制造 篇10
关键词：压力容器,数字化制造,CAD/CAE/CAM
1 概述
压力容器作为现代工业中的一个重要组成部分, 在现代大工业化中主要用于盛装高温、高压或有毒、或易燃、易爆的介质。一旦压力容器在使用过程中发生安全事故, 其后果不堪设想, 为了确保安全性, 压力容器设计与制造的国家标准非常多。在设计和制造过程中, 如果某些问题思考不周或者工序稍有差错, 就有可能造成产品不能组装, 甚至造成整个产品的报废。
目前, 国内压力容器制造企业水平参差不齐, 很多企业仍沿用传统的加工工艺, 主要以手工机床为主, 自动加工很少, 同时在产品的开发与生产过程中, 设计过程与制造过程缺乏统一的支持基础, 尤其是自动化过程仅仅体现于局部, 不能对整个产品的加工制造过程实施有效的实时控制与管理。
2 数字化制造的基本内涵
数字化制造是席卷全球的数字化浪潮中的关键环节, 它的本质是支持信息化或知识化制造业的技术。数字化制造主要包括计算机辅助设计 (CAD) 、计算机辅助制造 (CAM) 、计算机辅助工艺设计 (CAPP) 、计算机辅助工程分析 (CAE) 和产品数据管理 (PDM) 等内容。从产品的形成过程来看, 即产品规划、概念设计、详细设计到生产准备, 这些环节由过去的过程序列到现在的过程链并在今后发展成为过程流。在设计与制造中, PDM将并行于产品的形成过程, 设计过程中产品模型将以数据的形式储存和表达, 建立数字模型。整个产品的设计与制造的重点也由原来的零件产品形成过程发展到产品全生命周期, 即由点到线再到面。
就现阶段压力容器制造工业而言, 数字化制造技术已经开始逐步被应用。在设计方面, ANSYS、Auto CAD、SW6、PVCAD等CAD软件在很大程度上降低了设计人员的劳动强度, 提高了效率。在制造过程中, 国外企业多采用数控技术加工压力容器零部件, 焊接等工序的自动化程度也较高, 而国内许多企业仍采用手工的机床操作, 加工精度和自动化程度相对较低。虽然压力容器专家系统、CAPP系统的理论研究已经趋于成熟, 但是由于受到企业规模和经济技术条件的制约, 大多数企业还没有完成向设计与制造过程自动化的过渡。
3 在压力容器工业中实施数字化制造的具体措施
为了应对压力容器工业的快速发展、提高我国压力容器工业的总体水平和增强我国压力容器工业的竞争力, 面对目前的压力容器工业具体情况, 我们认为应该采用如下几个方面的具体措施来提高压力容器工业的数字化制造程度。
3.1 CAD方面
CAD作为压力容器工业数字化制造的第一核心系统, 应该被大力提倡。
3.1.1 引导和鼓励企业深化应用CAD技术, 制定引导性政策。
向国家有关综合部门为企业争取CAD应用专项基金。
3.1.2 加强宣传和培训, 做好CAD深化应用的基础工作。
3.1.3 扶植和培育发展模具行业CAD咨询服务业。
通过这些方式为企业使用CAD技术提供资金和技术支持。
3.2 CAE方面
3.2.1 要给予CAE足够的重视。
一项新的技术在起步阶段, 还特别需要各个方面的重视和支持, 只有这样, 才能共同把这项工作做好。另外, CAE的价值有很大一部分隐含或体现在设计工作中, 因此单从CAE部门自身的效益很难看出工作的价值。
3.2.2 CAE行业正处于一个快速发展的成
长时期, 从业人员流动性较大, 因此有必要从政策上对此予以引导和扶持, 采取有效措施吸引、留住人才, 保证工作的持续性。
3.2.3 及时发现问题、解决问题。
能在设计早期进行CAE分析, 及时发现可能存在的问题, 是对设计工作的一个重要补充。
3.3 CAM方面
3.3.1 高速高精度加工和成形设备。
高速、高精度加工的NC编程的投入会因为加工效率和精度的提高而得到成倍的回报。其产业化的重点是:精密零部件的成套加工技术, 近终形加工技术, 自动化成形装备及集成系统, 快速原型成套技术及装备, 相关工艺过程分析、模拟和优化软件, 以及压力容器加工工艺及设备。
3.3.2 钳工制造的只装、不配、少修。
消灭钳工是国外一些工业企业提出的理想和口号, 它集中代表了压力容器制造技术的发展方向———通过CAD技术的提高而实现全数字化制造和少人、无人化加工, 通过CAM技术的提高而实现装配、研合、推磨等钳工作业的高效, 通过CAE技术的提高而实现压力容器调试一举成功。
3.3.3 工业机器人。
采用工业机器人及其自动化生产装备对改进产品质量、降低生产成本、减小劳动强度和提高生产率具有重要的作用。我国工业机器人的生产技术已相对成熟, 并具有小批量生产能力。产业化的重点是:工业机器人的生产设备及控制系统 (包括锻压、喷涂、焊接、搬运、装配和检测) , 基于工业机器人的自动化生产线。
4 结论
随着数字化制造技术在压力容器制造方面的不断发展和应用, 压力容器数字化制造水平必将大大提高, 但是由于受很多因素的限制, 我国的压力容器数字化制造的推广工作还有待进一步发展。
参考文献
[1]周祖德.数字制造[M].北京:科学出版社, 2006.[1]周祖德.数字制造[M].北京:科学出版社, 2006.
[2]盛晓敏.先进制造技术[M].北京:机械工业出版社, 2006.[2]盛晓敏.先进制造技术[M].北京:机械工业出版社, 2006.
西门子数字化工厂诠释未来制造 篇11
成都工厂以突出的数字化、自动化、绿色化、虚拟化等特征定义了现代工业生产的可持续发展，是“数字化企业”中的典范。在工业自动化产品的制造研发方面，成都工厂遵循全球统一的研发、生产和质量标准，对订单、财务、产品设计、生产规划、生产实施、物流和质量进行全数字化管理。它采用Siemens PLM（产品生命周期管理）软件，通过虚拟化的产品设计和规划，实现了信息的无缝互联，使工厂全面透明化。利用制造执行系统SIMATIC IT和全集成自动化解决方案（TIA），能够将产品及生产全生命周期进行集成，缩短高达50%的产品上市时间。成都工厂前瞻性的设计还赋予了工厂极高的灵活性，可满足不同产品的混合生产，并为将来的产能调整做出合理规划。
在成都工厂，放眼看到的设备和采用的技术，几乎都来自西门子，这不得不钦佩西门子在制造方面的技术实力，同时也理解了西门子工厂在生产中对每一件产品的设计与认真，因为自己也是用户。
数字化从研发开始
新落成的成都工厂同时也是西门子全球第三个工业自动化产品研发中心，也就是说，它同时承担着西门子全球工业自动化产品的研发任务。可以想见，研发对于这样一座数字化工厂来说是非常重要的环节，是数字化旅程的起点。
在成都工厂，包括NX和Teamcenter在内的西门子PLM数字化解决方案是产品研发的重要工具。研发人员通过NX软件可进行模拟设计，并可在设计中模拟组装。这种数字化设计大大缩短了产品从设计到分析的迭代周期，可减少多达90%的编程时间，缩短产品开发周期。
完成设计的产品载着自己专有的数据信息继续前进，通过CAM系统迈向生产线，同时，它的数据信息进入到Teamcenter软件中，供之后的制造、质量、采购和物流等部门共享，并实时更新，各部门都会在第一时间拿到最新的数据，因此避免了传统企业经常出现的由于沟通不畅而产生的差错，使效率大大提升。据介绍，数字化工厂协同、快速的研发，使产品上市时间缩短50%。
数字化生产和物流
在成都工厂，一层是布局紧凑的存放原材料的高位货架立体仓库，采购的原材料经过检验后都会存储在这里。西门子工业自动化产品成都生产研发基地卓越运营部经理戴霁明介绍说，在这个区域，进料检验人员采用Teamcenter中的同步数据进行检验，由物流管理系统将物料送入仓库，并进行归位，准确地将原材料放入自动化高位货架。仓库中有近3万个物料存放盒，物料的存取通过“堆取料机”用数字定位的模式进行抓取，而不是用传统的叉车搬运。
在一层的物料仓库还有两座升降电梯与二层的生产车间相连。每天，由西门子MES系统生成的电子任务单都会显示在工人工作台前方的电脑上，而西门子的SIMATIC IT系统用来进行整个生产计划的调度。SIMATIC IT集成了工厂信息管理、生产维护管理、物料追溯和管理、设备管理、品质管理、制造KPI分析等多种功能，可以保证工厂管理与生产的高度协同。
戴霁明介绍说，生产时，由SIMATIC IT产生生产订单，向物料系统发出指令。物料系统得到指令后，将原材料从一层的自动化高位货架出库，自动经输送系统传送至一层的升降梯，经过升降机将物料提升到二层的生产车间。之后，由工人将提升上来的物料送到它应该去的地方。
在自动化生产线上，传感器会自动扫描产品的条码信息，判断下一个步骤。例如，生产表面贴装，所有过程都是通过计算机模拟形成的。当物料上架后，SIMATIC IT给出了生产指令，进行自动生产。第一个工序是丝网印刷，然后自动进入贴片工序，之后进入质量控制点。在成都工厂，生产中，当产品要到达下一个工序前都要通过严格的检验，整个生产过程中有20多个质量控制点，以保证产品的质量。视觉检测是数字化工厂特有的质量检测方法，它用相机拍照下产品的图像，与Teamcenter数据平台中的正确图像进行比对，任何瑕疵都不会逃过，这相比传统生产中的人工抽检当然要可靠和快速得多。
经过多次装配和多道检验后的产品将到达包装工位，经过人工包装和装箱，自动化产品就会通过升降梯和传送带被自动运送到物流中心或立体仓库。
传统制造企业要通过几十甚至上百人密集的流水线完成的生产，就这样在西门子的数字化工厂里被自动化地完成了，整个车间里的工人人数屈指可数。
在成都工厂落成的当天，西门子为中国工业用户量身打造的Simatic IPC 3000 SMART也作为首款由成都工厂研发和制造的工业计算机实现了量产。西门子工业业务领域工业自动化集团首席执行官胡桉桐（Anton Huber）表示，成都工厂今后还将陆续生产西门子SIMATIC品牌的多款工业自动化产品，“西门子投资建设数字化企业，使成都工厂建成后可以立即加入西门子庞大的全球制造体系。成都工厂不仅面向本地市场，同时也为全球客户提供高科技产品。”
2011年10月，西门子与成都高新区签署投资协议，计划在成都建立世界领先的工业自动化产品生产研发基地。
2012年3月，该生产研发基地在成都开工建设。
2013年2月，工厂一期竣工投产，主要生产Simatic工业自动化产品。
加快进行数字化制造的战略部署 篇12
随着世界从农业文明向工业文明发展, 制造模式经过了手工作业模式、大量生产模式和大规模定制生产模式三个阶段的发展变迁, 产品朝着多品种、变批量、短周期方向演变。未来制造业将由信息技术主导, 并采用先进制造模式、先进制造系统和先进制造技术。数字化制造技术是产品创新和技术创新的共性使能技术, 它将促进产品和工艺设计更趋现代化, 加工制造更加精密、快速, 制造系统更加柔性、智能。数字化制造技术将改变制造业的设计、生产、管理和服务方式, 从而推动产业形态和制造模式的深刻变革。
美国政府于2011年6月正式启动了“先进制造伙伴计划”, 同年12月, 宣布成立制造业政策办公室, 并于2012年2月制定了《美国先进制造业国家战略计划》, 提出要发展包括先进生产技术平台、先进制造工艺及设计与数据基础设施等先进数字化制造技术。2013年5月, 美国政府又宣布成立数字化制造与设计创新 (DMDI) 研究所, 这是奥巴马政府继增材制造 (3D打印) 创新研究所 (NAMII) 后提出设立的第二家创新研究中心, 旨在提升数字化设计、制造能力。在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下, 德国政府于2013年4月推出“工业4.0”战略, 旨在通过采用先进物联网技术, 打造数字化工厂, 实现从采购、生产到销售和服务的全产业链数字化。
随着3D技术的发展, 一系列基于3D模型的数字化制造技术应运而生, 包括快速成型、3D交互式文档发布系统以及数字化制造系统等。据统计, 90%以上的生产故障可以通过工艺设计解决。利用数字化制造技术可以提升工艺规划、设计和管理能力。数字化制造技术可以帮助制造企业用结构化、可视化的方式进行工艺规划、设计和验证。设计人员和工艺人员可以利用数字化制造技术在同一虚拟平台上对产品及工艺进行设计和验证, 使企业的设计、工艺、制造能力相互匹配相互验证。
利用数字化制造技术可以提升工艺性布局和物流路线的设计和规划能力。在虚拟环境中构建可视化工厂, 模拟出零部件在车间的流转路线, 优化工厂布局和工艺路线, 降低零部件在生产加工中的转运频率。
利用数字化制造技术可提升质量设计水平。可以从3D模型中获取产品设计公差, 通过工艺仿真技术分析和统计公差分布情况, 并在虚拟环境下进行零件装配模拟, 在生产和装配前调整质量设计, 从而大大缩短研发周期, 降低研发成本。