數字化工廠技術及應用實踐

課程背景：

在當今激烈的市場競爭中，制造企業已經意識到他們正面臨著巨大的時間、成本、質量等壓力。在設計部門，系統的應用獲得了成功。同樣，在生產部門，ERP等相關信息系統也獲得了巨大的成功，但在解決“如何制造→工藝設計”這一關鍵環節上，大部分國內企業還沒有實現有效的計算機輔助管理機制，“數字化工廠”技術則是企業迎接挑戰的有效手段。

培訓目標：

幫助客戶了解數字化工廠的含義、數字化工廠的主要模塊及技術，數字化工廠構建方法，

幫助企業儲備數字化工廠建設的相關知識，為企業建立數字化工廠打下技術基礎。數字化工廠是建立工業4.0的必經之路。數字化工廠有廣義與狹義之分；

課程大綱：

第一單元：數字化工廠的出現背景

2  數字化工廠的含義

u  狹義數字化工廠技術

u  廣義數字化工廠技術

2  數字化工廠的特點

2  產品設計數字化

2  工藝設計數字化

2  制造過程數字化

u  虛擬樣機-VP

u  虛擬制造-VM

2  數字化工廠主體內容

u  產品開發數字化

u  生產準備數字化

u  制造數字化

u  管理數字化

u  營銷數字化

u  勞動力資源需求分析數字化

u  工廠運營績效數字化

2  生產系統重組與運行仿真

u  生產系統運行可靠性

u  生產系統運行經濟性

u  產品質量控制等

第二單元：工廠數字化轉型準備與實施

2  數字化轉型的客觀趨勢

2  企業數字化轉型要素與管理角色變化

2  數字化工廠運營管理特點

2  數字化技術支撐智能制造

2  工業數據采集與分析

u  工業數據的價值

u  工業數據類型

u  為什么要采集工業數據

u  采集何種類型工業數據

?   協議數據采集-ProfiNet、ProfiBus

?   傳感數據采集

u  如何采集數據

?   設備控制器數據采集

?   OPC協議數據采集

第三單元：數據傳輸與處理-IOT

2  物聯網簡介

2  物聯網工作步驟

2  物聯網六層架構

u  感知層介紹

?  靜態信息采集-RFID，QR Code

?  動態信息采集-傳感數據采集

u  傳輸層介紹

?  核心網與接入網

?  接入網：NB-IOT，LORA等

u  應用層

第四單元：數字化工廠功能及核心技術

2  數字化工廠的主體功能

u  提高企業盈利能力

u  提高工廠規劃質量

u  縮短產品開發及投產時間

u  工廠各級溝通透明化

u  規劃過程標準化

2  數字化工廠的五大核心系統

2  狹義數字化工廠的核心技術

u  產品設計環節-三維建模

u  生產規劃環節-工藝仿真

2  廣義數字化工廠包含：

u  數字化技術用于產品設計-三維建模

u  數字化技術用于生產規劃-數字孿生

u  數字化技術用于生產運營-數據采集

分析與應用-生產決策、工藝參數擬合

2  數字化工廠技術應用：

u  全面制造過程管理

u  數字化工廠技術應用的工作流程

?  產品數模用于工藝審查、公差分析

?  從設備、工裝、產線獲取制造資源數據

?  生產工藝規劃：導入工藝部門已有數據，進行規劃模型協同設計

?  生產工藝驗證：工廠布局與物流規劃仿真、線體平衡、動態裝配、工時分析、人機工程仿真、機器人仿真等

?  客戶化輸出：通過系統集成與客戶化開發（工業4.0中的端到端集成），輸出采購、生產、發運信息

2  數字化工廠技術（仿真）應用模塊及案例：

u  產品設計-三維建模與仿真案例

u  產品設計-增材制造案例

u  生產規劃: 數字化仿真技術

?  布局設計仿真案例

?  物流規劃仿真案例

?  生產線設計仿真案例

?  機器人復雜運動仿真案例

案例：數字化工廠技術在汽車總裝線設計應用

2  數字化工廠技術-數字孿生技術：

u  規劃模型與解釋模型

u  數字孿生技術

u  數字孿生與規劃、解釋模型的關系

u  數字孿生技術在生產規劃環節應用

?  數字孿生在生產流程規劃中應用案例

?  數字孿生在生產流程調整中應用案例

?  數字孿生在工位設計中的應用

u  數字孿生技術在生產運營環節應用

?  數字孿生在生產運營過程中的應用

?  生產過程虛擬現實制造

?  數字孿生在風電站運行中的應用

案例1：工廠布局設計仿真案例

案例2：工廠物流規劃仿真案例

案例3：數字孿生技術用于生產線設計

案例4：定制化產品裝配過程數字化

第五單元 數字化工廠核心系統-MES系統

2  MRP

u  MRP運作邏輯

u  MRP對生產的管控缺陷

2  MES

u  MES包含的業務運作模塊

u  MES軟件提供商

u  MES彌補MRP對生產管控不足

2  MES系統-訂單管理模塊

u  訂單管理模塊功能

u  訂單管理模塊操作界面

2  MES系統-計劃排程模塊

u  提高排程效率

u  提升排程準確性

u  實時反饋計劃執行情況

u  計劃排程模塊工作流程

u  計劃排程方法-甘特圖

2  MES系統-設備管理模塊

u  設備管理模塊操作界面

u  設備管理模塊功能

? 監控設備狀態

? 采集設備數據，計算OEE

? 記錄設備運行狀況，追溯故障原因

? 建立設備維護日歷，并提醒

? 設備狀態可視化、數據化

2  MES系統-資源管理模塊

u  資源管理模塊操作界面

u  資源管理模塊功能

? 資源清單管理

? 資源狀態管理

2  MES系統-質量管理模塊

u  質量管理模塊功能-SPC

u  質量管理模塊用于批次質量管理

案例：某企業MES系統介紹（視頻）

第六單元：數字化工廠運營

2  數字化工廠的外延

u   生產運行實時數據

u   設備運行實時數據

u   質量實時數據

u   能耗實時數據

u   工廠其它運營數據

u   工廠實時運營數據供管理者分析與決策(實現完全智能制造前)

2  數字化工廠的內涵

u   生產節點獲取數據, 自我決策

u   生產節點通過工業物聯網交換數據

u   生產節點數據向工廠智能控制中心輸送, 提供最優決策

2  數字化工廠與智能制造關系

u  工廠數字化是智能制造基礎

u  工廠數字化是智能制造的技術之一

u  物聯網是數字化工廠的橋梁

2  數字化工藝參數擬合

u  通過專家知識庫，設定工藝參數

u  通過數字化擬合獲取最佳工藝參數

u 數字孿生技術對比實際工藝參數與擬合的最佳工藝參數，再次修正工

藝參數。

2  工藝參數管理

u  設定工藝參數隨訂單下達至設備

u  實際工藝參數上傳給MES系統

案例1： 數字化技術在光纖生產過程中工藝

參數擬合（工藝參數優化）

案例2： 某企業數字化工廠運營監控

第七單元：數字化工廠的核心技術詳解

2  全面的制造過程管理

u  模擬并驗證生產過程

u  生成經驗證的工藝數據及文件

2  工作流程

u  從設計部門獲取產品數據

?  產品3D數模

?  產品裝配關系

?  工藝審查和公差分析

u  從工裝工具、生產部門獲取數據

u  工藝規劃

?  總工藝計劃

?  子工藝計劃

?  生產計劃及產品

?  工藝、資源、工時等信息

u  客戶化輸出

?  通過系統集成和客戶化開發，輸出生產、采購、維護、培訓等計劃

2  規劃模塊

第八單元：數字化工廠應用案例探索

2  總裝解決方案

u  工藝規劃

u  多車型混線生產數字化設計

u  復雜物流仿真

u  訂單排產計劃和總裝線布局

2  某電子工廠數字化工廠案例

?  生產過程數字化及可視化

?  生產運行關鍵指標可視化

綜合討論：結合數字化工廠技術與企業實際情況，討論推進本企業數字化工廠建設