【智能制造】45张精炼PPT解读智能工厂建设与MES应用

2018 年 4 月 26 日 产业智能官 精智工厂

本文为各位读者推荐e-works CEO黄培博士在“第十四届中国制造业MES应用年会”上的讲座PPT内容，干货颇多，相信您看完也会有所收获！

随着中国制造业企业的不断发展，信息化应用的不断深入，越来越多的企业发现ERP等系统无法全面的管理与提升企业的制造水平，生产制造信息化成为最薄弱的环节。

而很多制造企业非常关注实现生产过程中的实时采集、提高生产排产的效率、实现制造过程的追溯、提升工人与设备的绩效、保证产品质量等问题，MES系统作为解开生产过程的黑箱、连接ERP与车间管理的关键技术，越来越多的得到制造企业的关注和认可，并将MES系统的应用纳入信息化发展规划的重要环节之中。

中国制造业MES应用年会由e-works主办，每年一届，今年已是第14届。下面是e-works CEO、总编黄培博士在会上的精彩讲座，对智能工厂的建设以及MES的应用作出了解读！

本文来源于e-works，由精智工厂整理后推荐阅读，版权归原作者所有。

数字化工厂仿真解决方案功能分析！

◎文丨e-works涂彬熊东旭

数字化工厂作为产品设计与制造的媒介逐渐成为一种新型的生产组织方式，它立足于产品整个周期的相关数据，以真实数据为依托，在虚拟环境中对生产全过程进行仿真、优化及重构。

数字化工厂以“数据驱动”为导向，分别从已经实施的CAD、PLM系统中获取产品相关数据，同时在ERP系统获取生产计划数据，基于仿真技术和虚拟现实技术的数字化工厂（DigitalizedFactory）技术，对真实的产品制造过程进行严谨虚拟规划和仿真分析优化，分析过程在数字化环境中进行，并在分析后将仿真和优化结果反馈到相关系统，用来验证其可行性和系统生产能力。

通过对生产过程的预测，对工艺过程进行优化，最终对生产决策进行裁决。其中主流的数字化工厂仿真解决方案有达索系统推出的DELMIA和西门子公司推出的Tecnomatix。

达索系统数字化工厂仿真解决方案

DELMIA产品解读

DELMIA软件由法国达索系统公司推出，是达索3D体验平台的一个重要组成部分。DELMIA先将CAD系统的设计数据与制造现场的资源（2D/3D）进行结合，然后对整个制造和维护过程利用3D图形仿真引擎进行仿真和分析，最后得到可视性、可达性、可制造性、可维护性和最佳效能等方面的最优化数据。

1997年，Dassault Systemes收购了Deneb。2000年，Dassault Systemes整合了Deneb、Delta和Safeworks三家公司的解决方案成立了DELMIA。此后DELMIA就正式成为Dassault Systemes的数字化制造解决方案

DELMIA包含面向制造过程设计的DPE、面向物流分析的QUEST、面向装配过程分析的DPM、面向人机分析的Human、面向机器人仿真的Robotics和面向虚拟数控加工仿真的VNC几个功能模块。

由以上模块，DELMIA软件形成了包括工艺规划与仿真、机器人解决方案，人机工程学解决方案，数控加工解决方案，复合材料解决方案，作业指令编制解决方案，车间执行解决方案，离散制造业物流分析等解决方案。各解决方案之间可以通过PPR Hub（Process－Product－Resource）连接，形成了一套从设计到制造的完整解决方案。目前，已经在航空业和汽车行业上得到了很好的应用。它为数字化企业提供完整的数字解决方案，主要进行数据管理使不同领域数据得以协同配合，并对维护过程和复杂制造进行仿真控制。

西门子数字化工厂仿真解决方案

Tecnomatix产品解读

Tecnomatix是Siemens PLM Software提供的数字化制造解决方案，通过将制造规划包括从工艺布局规划和设计、工艺过程仿真和验证到制造执行与产品设计连接起来，实现在3D的环境下进行制造工艺过程的设计；用数字化的手段验证产品的制造工艺可行性；事先分析未来的生产系统的能力表现；快速输出各种定制类型的工艺文件。

2005年，Siemens PLM Software通过收购Tecnomatix获得了完整的数字化制造解决方案。在收购后的几年当中，Siemens PLM Software致力于将Tecnomatix数字化制造解决方案与Teamcenter产品全生命周期管理解决方案融合，将原Tecnomatix Process Designer模块与Teamcenter Manufacturing模块进行整合，形成一套在Teamcenter平台上统一管理数字化制造的解决方案，全称：Teamcenter Manufaturing Process Management（简称 MPM），是西门子公司针对制造业提供的产品生命周期管理（Product Lifecycle Management）的解决方案的内容之一，旨在建立一个数字化生产环境，管理产品制造的相关数据，实现设计/工艺一体化及管理，是目前市场上功能比较完备的一套制造解决方案。这样带来的好处是，设计人员和工艺人员可以在一个平台上共享设计数据和工艺数据，各自进行设计、仿真和管理。

DELMIA主要仿真解决方案分析

① 工艺规划与仿真

工艺规划与仿真解决方案主要包含基于面向制造过程设计的DPE和面向装配过程分析的DPM模块。

DPE是一个基于数据库的系统，用于工艺和资源规划的应用环境，支持与PLM平台数据集成，直接从PLM系统中接受数据，管理带配置信息的BOM和产品结构；通过在产品设计初步阶段产生的EBOM或DMU数据，也可编制或重用已有的工艺，产生总工艺设计计划（分离面划分），工艺图表，工艺细节规划，工艺路线等，表明工艺与资源的顺序和关联。并规划工厂和车间的流程和工时等工艺相关的应用。对EBOM具备3D可视化能力，并且能够自动化生成MBOM。

DPM装配工业规划

DPM装配工艺规划是一个装配工艺规划和验证的解决方案，工艺细节规划和验证应用环境，将DPE产生的结构和图表结合生产制造规则形成3维虚拟制造环境，以实际产品的3D （或DMU）模型，构造3D工艺过程，分析产品的可制性、可达性、可拆卸性和可维护性，实现3D产品数据与3D工艺数据的同步的、真正的并行工程环境；同时可以实现数字化工厂布局设计功能。其面向产品制造和维护工艺，允许工艺员查看装配工艺顺序并连接工艺步骤和制造资源，还可以进行装配可行性研究，维护可行性研究，3D工艺规划和装配工艺编写。

DELMIA工艺规划和仿真

DELMIA工艺规划和仿真解决方案可以实现装配工艺可行性验证、工艺可视化。工装和工具的可用性验证，分析每个操作步骤，问题识别和跟踪，培训生产团队，制造顺序分析等，实现虚拟制造。

② 机器人解决方案

主要是面向机器人仿真的Robotics功能模块，是专业的工业机器人建模、仿真、分析软件。可以创建机器人运动机构，研究可行性，进行单个或多个机器人的离线编程，并将机器人程序发送到车间现场。拥有主流的标准机器人库，超过800个经过验证的机器人模型，并不断持续更新中。主要机器人解决方案和合作伙伴的解决方案涵盖了主要的加工工艺，如连续轨迹控制加工/切边工艺、多点加工工艺、表面加工工艺。

机器人解决方案

③ 人机工程学解决方案

主要是面向人机分析的Human模块，可以创建和维护虚拟3D人体模型，用来再虚拟环境下对人机交互过程中可达性和可视性研究，对人机交互过程中的静态力、舒适性和关节分析，研究操作员的操作舒适性和风险状况。仿真完整的人机任务，研究可行性、发现不可预知风险，研究能量消耗和完成任务的耗时统计。

人机工程学解决方案

④ 数控加工解决方案

主要是面向虚拟数控加工仿真的VNC模块，提供虚拟的切削加工过程的仿真，可以模拟包括加工设备（机床）、辅助设备（换刀机构）在内的机加全过程的仿真。进而分析数控加工代码的可行性、保证数控加工的质量。

数控加工解决方案

⑤ 复合材料解决方案

DELMIA是端到端的复合材料解决方案，可以实现复合材料的产品设计，工艺规划和生产执行过程中的更改管理和并行工程，在航空行业具有非常好的应用价值。

⑥ 作业指导书编制解决方案

该解决方案主要是基于达索的3DVIA产品，从PLM系统中获取3D模型及工艺数据为基础来创建装配工艺作业指导书。这样做的好处是使即使设计或工艺规划发生变也能快速执行，及时更改作业指导书，为作业员提供最新数据，减少因数据滞后对生产造成的影响。

⑦ 车间执行解决方案

主要包括运作管理和智能分析，运作管理主要是用于同步车间作业，发布作业指导书，作业指导书在车间现实，跟踪序列号，数据和记录生产过程，该模块连接制造数据库，发放带配置信息的3D作业指导书到车间。智能分析主要用于监测、分析车间数据，找到隐藏的导致超差问题的原因，阻止报废和返工的发生。

⑧ 离散制造业物流分析解决方案

主要是基于面向物流分析的QUEST模块,搭建并运行某装配车间系统模型，通过仿真结果分析物流系统通堵情况，找到导致系统阻塞工位，最终优化物流系统。

Tecnomatix主要解决方案分析

① 零件规划与验证

Tecnomatix 零件规划和验证（Part Planning and Validation），是对零部件和用来制造这些零件的工具制定生产工艺，如NC编程、流程排序、资源分配等，并对工艺流程进行验证。具体应用包括创建数字化流程计划、工艺路线和车间文档、对制造流程进行仿真、对所有流程、资源、产品和工厂的数据进行管理、为车间提供NC 数据等，提供了一个规划验证零件制造流程的虚拟环境，有效缩短了规划时间，并大大提高了机床利用率。

零件规划与验证

主要产品有：零件制造规划器、加工线规划器、冲压线仿真、虚拟机床、连接到生产

② 装配规划与验证

Tecnomatix装配规划和验证，提供一个虚拟制造环境来规划验证和评价产品的装配制造过程和装配制造方法，检验装配过程是否存在错误，零件装配时是否存在碰撞。它把产品、资源和工艺操作结合起来分析产品装配的顺序和工序的流程，并且在装配制造模型下进行装配工装的验证、仿真夹具的动作、仿真产品的装配流程，验证产品装配的工艺性，达到尽早发现问题、解决问题的目的。

装配规划与验证

③ 机器人及自动规划

Tecnomatix 的机器人与自动化规划解决方案提供了用于开发机器人和自动化制造系统的共享环境。此解决方案能够满足多个级别的机器人仿真和工作单元开发需求，既处理单个机器人和工作台，也能处理完整的生产线和生产区域。

机器人及自动规划

主要产品有：流程设计器、流程仿真、Robcad

④ 工厂设计及优化

Tecnomatix 的工厂设计和优化解决方案提供基于参数的三维智能对象，能更快地设计工厂的布局。通过利用虚拟三维工厂设计和可视化技术进行工厂布局设计，并能对工厂物流进行分析和优化，产量仿真，提高在规划流程中发现设计缺陷的能力，不至于等到进行工厂现场施工才发现问题。物料流、处理、后勤和间接劳动力成本都可以使用材料流分析和分散事件仿真得到优化。

工厂设计及优化

主要产品有：FactoryCAD、FactoryFlow、工厂仿真、关联环境编辑器

⑤ 质量管理

Tecnomatix质量管理解决方案将质量规范与制造和设计领域(包括流程布局和设计、流程仿真/工程设计以及生产管理系统)联系起来，从而确定产生误差的关键尺寸、公差和装配流程。

质量管理

主要产品：尺寸规划与验证、误差分析（VSA）、CMM检查

⑥ 生产管理

生产管理解决方案将PLM扩展到了制造车间，可实时收集车间数据，优化生产管理。涉及到的领域包括制造执行系统（MES）——用于监视正在进行的工作、控制操作和劳动力，并反馈生产数据；人机界面(HMI)及管理控制和数据采集(SCADA)——从工厂收集设备之类的实时信息，反馈给上游的系统。

主要产品：MES、HMI/SCADA、FactoryLink Supervisory Control and Data Acquisition

⑦ 制造流程管理

制造流程管理是Teamcenter的一个功能模块，主要是对制造数据、过程、资源以及工厂信息进行管理，为流程管理建立基础。

制造流程管理

主要产品：资源管理、Teamcenter制造访问、Teamcenter制造发布

从以上Tecnomatix的解决方案可以看出，Tecnomatix不仅实现了工艺设计、工艺验证优化等功能，而且Teamcenter的MPM可管理工艺信息。通过Tecnomatix、NX、Teamcenter及SIMATIC IT（西门子MES产品）整合集成，为企业提供了一套端到端的数字化制造解决方案。

DELMIA与Tecnomatix

功能对比分析（极简版）

总得来说，DELMIA与 Tecnomatix二者可以实现的功能基本相同，只是有些专业领域应用有所不同，在不同的行业中市场份额有所差别。

人工智能赛博物理操作系统

AI-CPS OS

“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”：云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能）分支用来的今天，企业领导者必须了解如何将“技术”全面渗入整个公司、产品等“商业”场景中，利用AI-CPS OS形成数字化+智能化力量，实现行业的重新布局、企业的重新构建和自我的焕然新生。

AI-CPS OS的真正价值并不来自构成技术或功能，而是要以一种传递独特竞争优势的方式将自动化+信息化、智造+产品+服务和数据+分析一体化，这种整合方式能够释放新的业务和运营模式。如果不能实现跨功能的更大规模融合，没有颠覆现状的意愿，这些将不可能实现。

领导者无法依靠某种单一战略方法来应对多维度的数字化变革。面对新一代技术+商业操作系统AI-CPS OS颠覆性的数字化+智能化力量，领导者必须在行业、企业与个人这三个层面都保持领先地位：

重新行业布局：你的世界观要怎样改变才算足够？你必须对行业典范进行怎样的反思？
重新构建企业：你的企业需要做出什么样的变化？你准备如何重新定义你的公司？
重新打造自己：你需要成为怎样的人？要重塑自己并在数字化+智能化时代保有领先地位，你必须如何去做？

AI-CPS OS是数字化智能化创新平台，设计思路是将大数据、物联网、区块链和人工智能等无缝整合在云端，可以帮助企业将创新成果融入自身业务体系，实现各个前沿技术在云端的优势协同。AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量与行业、企业及个人三个层面的交叉，形成了领导力模式，使数字化融入到领导者所在企业与领导方式的核心位置：

精细：这种力量能够使人在更加真实、细致的层面观察与感知现实世界和数字化世界正在发生的一切，进而理解和更加精细地进行产品个性化控制、微观业务场景事件和结果控制。
智能：模型随着时间（数据）的变化而变化，整个系统就具备了智能（自学习）的能力。
高效：企业需要建立实时或者准实时的数据采集传输、模型预测和响应决策能力，这样智能就从批量性、阶段性的行为变成一个可以实时触达的行为。
不确定性：数字化变更颠覆和改变了领导者曾经仰仗的思维方式、结构和实践经验，其结果就是形成了复合不确定性这种颠覆性力量。主要的不确定性蕴含于三个领域：技术、文化、制度。
边界模糊：数字世界与现实世界的不断融合成CPS不仅让人们所知行业的核心产品、经济学定理和可能性都产生了变化，还模糊了不同行业间的界限。这种效应正在向生态系统、企业、客户、产品快速蔓延。

AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量通过三个方式激发经济增长：

创造虚拟劳动力，承担需要适应性和敏捷性的复杂任务，即“智能自动化”，以区别于传统的自动化解决方案；
对现有劳动力和实物资产进行有利的补充和提升，提高资本效率；
人工智能的普及，将推动多行业的相关创新，开辟崭新的经济增长空间。

给决策制定者和商业领袖的建议：

超越自动化，开启新创新模式：利用具有自主学习和自我控制能力的动态机器智能，为企业创造新商机；
迎接新一代信息技术，迎接人工智能：无缝整合人类智慧与机器智能，重新
评估未来的知识和技能类型；
制定道德规范：切实为人工智能生态系统制定道德准则，并在智能机器的开
发过程中确定更加明晰的标准和最佳实践；
重视再分配效应：对人工智能可能带来的冲击做好准备，制定战略帮助面临
较高失业风险的人群；
开发数字化+智能化企业所需新能力：员工团队需要积极掌握判断、沟通及想象力和创造力等人类所特有的重要能力。对于中国企业来说，创造兼具包容性和多样性的文化也非常重要。

子曰：“君子和而不同，小人同而不和。” 《论语·子路》云计算、大数据、物联网、区块链和人工智能，像君子一般融合，一起体现科技就是生产力。

如果说上一次哥伦布地理大发现，拓展的是人类的物理空间。那么这一次地理大发现，拓展的就是人们的数字空间。在数学空间，建立新的商业文明，从而发现新的创富模式，为人类社会带来新的财富空间。云计算，大数据、物联网和区块链，是进入这个数字空间的船，而人工智能就是那船上的帆，哥伦布之帆！

新一代技术+商业的人工智能赛博物理操作系统AI-CPS OS作为新一轮产业变革的核心驱动力，将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量，并创造新的强大引擎。重构生产、分配、交换、消费等经济活动各环节，形成从宏观到微观各领域的智能化新需求，催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。引发经济结构重大变革，深刻改变人类生产生活方式和思维模式，实现社会生产力的整体跃升。

产业智能官 AI-CPS

用“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”：云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能），在场景中构建状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升的认知计算和机器智能；实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新创造的产业互联生态链。