【智慧製造】45張精煉PPT解讀智慧工廠建設與MES應用

本文為各位讀者推薦e-works CEO黃培博士在“第十四屆中國製造業MES應用年會”上的講座PPT內容，乾貨頗多，相信您看完也會有所收穫！

隨著中國製造業企業的不斷髮展，資訊化應用的不斷深入，越來越多的企業發現ERP等系統無法全面的管理與提升企業的製造水平，生產製造資訊化成為最薄弱的環節。

而很多製造企業非常關注實現生產過程中的實時採集、提高生產排產的效率、實現製造過程的追溯、提升工人與裝置的績效、保證產品質量等問題，MES系統作為解開生產過程的黑箱、連線ERP與車間管理的關鍵技術，越來越多的得到製造企業的關注和認可，並將MES系統的應用納入資訊化發展規劃的重要環節之中。

中國製造業MES應用年會由e-works主辦，每年一屆，今年已是第14屆。下面是e-works CEO、總編黃培博士在會上的精彩講座，對智慧工廠的建設以及MES的應用作出瞭解讀！

本文來源於e-works，由精智工廠整理後推薦閱讀，版權歸原作者所有。

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數字化工廠模擬解決方案功能分析！

◎文丨e-works塗彬 熊東旭

數字化工廠作為產品設計與製造的媒介逐漸成為一種新型的生產組織方式，它立足於產品整個週期的相關資料，以真實資料為依託，在虛擬環境中對生產全過程進行模擬、優化及重構。

數字化工廠以“資料驅動”為導向，分別從已經實施的CAD、PLM系統中獲取產品相關資料，同時在ERP系統獲取生產計劃資料，基於模擬技術和虛擬現實技術的數字化工廠（DigitalizedFactory）技術，對真實的產品製造過程進行嚴謹虛擬規劃和模擬分析優化，分析過程在數字化環境中進行，並在分析後將模擬和優化結果反饋到相關係統，用來驗證其可行性和系統生產能力。

通過對生產過程的預測，對工藝過程進行優化，最終對生產決策進行裁決。其中主流的數字化工廠模擬解決方案有達索系統推出的DELMIA和西門子公司推出的Tecnomatix。

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達索系統數字化工廠模擬解決方案

DELMIA產品解讀

DELMIA軟體由法國達索系統公司推出，是達索3D體驗平臺的一個重要組成部分。DELMIA先將CAD系統的設計資料與製造現場的資源（2D/3D）進行結合，然後對整個製造和維護過程利用3D圖形模擬引擎進行模擬和分析，最後得到可視性、可達性、可製造性、可維護性和最佳效能等方面的最優化資料。 

1997年，Dassault Systemes收購了Deneb。2000年，Dassault Systemes整合了Deneb、Delta和Safeworks三家公司的解決方案成立了DELMIA。此後DELMIA就正式成為Dassault Systemes的數字化製造解決方案 

DELMIA包含面向製造過程設計的DPE、面向物流分析的QUEST、面向裝配過程分析的DPM、面向人機分析的Human、面向機器人模擬的Robotics和麵向虛擬數控加工模擬的VNC幾個功能模組。 

由以上模組，DELMIA軟體形成了包括工藝規劃與模擬、機器人解決方案，人機工程學解決方案，數控加工解決方案，複合材料解決方案，作業指令編制解決方案，車間執行解決方案，離散製造業物流分析等解決方案。各解決方案之間可以通過PPR Hub（Process－Product－Resource）連線，形成了一套從設計到製造的完整解決方案。目前，已經在航空業和汽車行業上得到了很好的應用。它為數字化企業提供完整的數字解決方案，主要進行資料管理使不同領域資料得以協同配合，並對維護過程和複雜製造進行模擬控制。

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西門子數字化工廠模擬解決方案

Tecnomatix產品解讀

Tecnomatix是Siemens PLM Software提供的數字化製造解決方案，通過將製造規劃包括從工藝佈局規劃和設計、工藝過程模擬和驗證到製造執行與產品設計連線起來，實現在3D的環境下進行製造工藝過程的設計；用數字化的手段驗證產品的製造工藝可行性； 事先分析未來的生產系統的能力表現；快速輸出各種定製型別的工藝檔案。 

2005年，Siemens PLM Software通過收購Tecnomatix獲得了完整的數字化製造解決方案。在收購後的幾年當中，Siemens PLM Software致力於將Tecnomatix數字化製造解決方案與Teamcenter產品全生命週期管理解決方案融合，將原Tecnomatix Process Designer模組與Teamcenter Manufacturing模組進行整合，形成一套在Teamcenter平臺上統一管理數字化製造的解決方案，全稱：Teamcenter Manufaturing Process Management（簡稱 MPM），是西門子公司針對製造業提供的產品生命週期管理（Product Lifecycle Management）的解決方案的內容之一，旨在建立一個數字化生產環境，管理產品製造的相關資料，實現設計/工藝一體化及管理，是目前市場上功能比較完備的一套製造解決方案。這樣帶來的好處是，設計人員和工藝人員可以在一個平臺上共享設計資料和工藝資料，各自進行設計、模擬和管理。

  DELMIA主要模擬解決方案分析  

① 工藝規劃與模擬

工藝規劃與模擬解決方案主要包含基於面向製造過程設計的DPE和麵向裝配過程分析的DPM模組。 

DPE是一個基於資料庫的系統，用於工藝和資源規劃的應用環境，支援與PLM平臺資料整合，直接從PLM系統中接受資料，管理帶配置資訊的BOM和產品結構；通過在產品設計初步階段產生的EBOM或DMU資料，也可編制或重用已有的工藝，產生總工藝設計計劃（分離面劃分），工藝圖表，工藝細節規劃，工藝路線等，表明工藝與資源的順序和關聯。並規劃工廠和車間的流程和工時等工藝相關的應用。對EBOM具備3D視覺化能力，並且能夠自動化生成MBOM。

DPM裝配工業規劃

DPM裝配工藝規劃是一個裝配工藝規劃和驗證的解決方案，工藝細節規劃和驗證應用環境，將DPE產生的結構和圖表結合生產製造規則形成3維虛擬製造環境，以實際產品的3D （或DMU）模型，構造3D工藝過程，分析產品的可制性、可達性、可拆卸性和可維護性，實現3D產品資料與3D工藝資料的同步的、真正的並行工程環境；同時可以實現數字化工廠佈局設計功能。其面向產品製造和維護工藝，允許工藝員檢視裝配工藝順序並連線工藝步驟和製造資源，還可以進行裝配可行性研究，維護可行性研究，3D工藝規劃和裝配工藝編寫。

DELMIA工藝規劃和模擬

DELMIA工藝規劃和模擬解決方案可以實現裝配工藝可行性驗證、工藝視覺化。工裝和工具的可用性驗證，分析每個操作步驟，問題識別和跟蹤，培訓生產團隊，製造順序分析等，實現虛擬製造。

② 機器人解決方案

主要是面向機器人模擬的Robotics功能模組，是專業的工業機器人建模、模擬、分析軟體。可以建立機器人運動機構，研究可行性，進行單個或多個機器人的離線程式設計，並將機器人程式傳送到車間現場。擁有主流的標準機器人庫，超過800個經過驗證的機器人模型，並不斷持續更新中。主要機器人解決方案和合作夥伴的解決方案涵蓋了主要的加工工藝，如連續軌跡控制加工/切邊工藝、多點加工工藝、表面加工工藝。

機器人解決方案

③ 人機工程學解決方案

主要是面向人機分析的Human模組，可以建立和維護虛擬3D人體模型，用來再虛擬環境下對人機互動過程中可達性和可視性研究，對人機互動過程中的靜態力、舒適性和關節分析，研究操作員的操作舒適性和風險狀況。模擬完整的人機任務，研究可行性、發現不可預知風險，研究能量消耗和完成任務的耗時統計。

人機工程學解決方案

④ 數控加工解決方案

主要是面向虛擬數控加工模擬的VNC模組，提供虛擬的切削加工過程的模擬，可以模擬包括加工裝置（機床）、輔助裝置（換刀機構）在內的機加全過程的模擬。進而分析數控加工程式碼的可行性、保證數控加工的質量。

數控加工解決方案

⑤ 複合材料解決方案

DELMIA是端到端的複合材料解決方案，可以實現複合材料的產品設計，工藝規劃和生產執行過程中的更改管理和並行工程，在航空行業具有非常好的應用價值。

⑥ 作業指導書編制解決方案

該解決方案主要是基於達索的3DVIA產品，從PLM系統中獲取3D模型及工藝資料為基礎來建立裝配工藝作業指導書。這樣做的好處是使即使設計或工藝規劃發生變也能快速執行，及時更改作業指導書，為作業員提供最新資料，減少因資料滯後對生產造成的影響。

⑦ 車間執行解決方案

主要包括運作管理和智慧分析，運作管理主要是用於同步車間作業，釋出作業指導書，作業指導書在車間現實，跟蹤序列號，資料和記錄生產過程，該模組連線製造資料庫，發放帶配置資訊的3D作業指導書到車間。智慧分析主要用於監測、分析車間資料，找到隱藏的導致超差問題的原因，阻止報廢和返工的發生。

⑧ 離散製造業物流分析解決方案

主要是基於面向物流分析的QUEST模組,搭建並執行某裝配車間系統模型，通過模擬結果分析物流系統通堵情況，找到導致系統阻塞工位，最終優化物流系統。

 Tecnomatix主要解決方案分析 

① 零件規劃與驗證

Tecnomatix 零件規劃和驗證（Part Planning and Validation），是對零部件和用來製造這些零件的工具制定生產工藝，如NC程式設計、流程排序、資源分配等，並對工藝流程進行驗證。具體應用包括建立數字化流程計劃、工藝路線和車間文件、對製造流程進行模擬、對所有流程、資源、產品和工廠的資料進行管理、為車間提供NC 資料等，提供了一個規劃驗證零件製造流程的虛擬環境，有效縮短了規劃時間，並大大提高了機床利用率。

零件規劃與驗證

主要產品有：零件製造規劃器、加工線規劃器、衝壓線模擬、虛擬機器床、連線到生產

② 裝配規劃與驗證

Tecnomatix裝配規劃和驗證，提供一個虛擬製造環境來規劃驗證和評價產品的裝配製造過程和裝配製造方法，檢驗裝配過程是否存在錯誤，零件裝配時是否存在碰撞。它把產品、資源和工藝操作結合起來分析產品裝配的順序和工序的流程，並且在裝配製造模型下進行裝配工裝的驗證、模擬夾具的動作、模擬產品的裝配流程，驗證產品裝配的工藝性，達到儘早發現問題、解決問題的目的。

裝配規劃與驗證

③ 機器人及自動規劃

Tecnomatix 的機器人與自動化規劃解決方案提供了用於開發機器人和自動化製造系統的共享環境。此解決方案能夠滿足多個級別的機器人模擬和工作單元開發需求，既處理單個機器人和工作臺，也能處理完整的生產線和生產區域。

機器人及自動規劃

主要產品有：流程設計器、流程模擬、Robcad

④ 工廠設計及優化

Tecnomatix 的工廠設計和優化解決方案提供基於引數的三維智慧物件，能更快地設計工廠的佈局。通過利用虛擬三維工廠設計和視覺化技術進行工廠佈局設計，並能對工廠物流進行分析和優化，產量模擬，提高在規劃流程中發現設計缺陷的能力，不至於等到進行工廠現場施工才發現問題。物料流、處理、後勤和間接勞動力成本都可以使用材料流分析和分散事件模擬得到優化。

工廠設計及優化

主要產品有：FactoryCAD、FactoryFlow、工廠模擬、關聯環境編輯器

⑤ 質量管理

Tecnomatix質量管理解決方案將質量規範與製造和設計領域(包括流程佈局和設計、流程模擬/工程設計以及生產管理系統)聯絡起來，從而確定產生誤差的關鍵尺寸、公差和裝配流程。

質量管理

主要產品：尺寸規劃與驗證、誤差分析（VSA）、CMM檢查

⑥ 生產管理

生產管理解決方案將PLM擴充套件到了製造車間，可實時收集車間資料，優化生產管理。涉及到的領域包括製造執行系統（MES）——用於監視正在進行的工作、控制操作和勞動力，並反饋生產資料；人機介面(HMI)及管理控制和資料採集(SCADA)——從工廠收集裝置之類的實時資訊，反饋給上游的系統。 

主要產品：MES、HMI/SCADA、FactoryLink Supervisory Control and Data Acquisition

⑦ 製造流程管理

製造流程管理是Teamcenter的一個功能模組，主要是對製造資料、過程、資源以及工廠資訊進行管理，為流程管理建立基礎。

製造流程管理

主要產品：資源管理、Teamcenter製造訪問、Teamcenter製造釋出

從以上Tecnomatix的解決方案可以看出，Tecnomatix不僅實現了工藝設計、工藝驗證優化等功能，而且Teamcenter的MPM可管理工藝資訊。通過Tecnomatix、NX、Teamcenter及SIMATIC IT（西門子MES產品）整合整合，為企業提供了一套端到端的數字化製造解決方案。

DELMIA與Tecnomatix

功能對比分析（極簡版）

總得來說，DELMIA與 Tecnomatix二者可以實現的功能基本相同，只是有些專業領域應用有所不同，在不同的行業中市場份額有所差別。

人工智慧賽博物理作業系統

AI-CPS OS

“人工智慧賽博物理作業系統”（新一代技術+商業作業系統“AI-CPS OS”：雲端計算+大資料+物聯網+區塊鏈+人工智慧）分支用來的今天，企業領導者必須瞭解如何將“技術”全面滲入整個公司、產品等“商業”場景中，利用AI-CPS OS形成數字化+智慧化力量，實現行業的重新佈局、企業的重新構建和自我的煥然新生。

AI-CPS OS的真正價值並不來自構成技術或功能，而是要以一種傳遞獨特競爭優勢的方式將自動化+資訊化、智造+產品+服務和資料+分析一體化，這種整合方式能夠釋放新的業務和運營模式。如果不能實現跨功能的更大規模融合，沒有顛覆現狀的意願，這些將不可能實現。

領導者無法依靠某種單一戰略方法來應對多維度的數字化變革。面對新一代技術+商業作業系統AI-CPS OS顛覆性的數字化+智慧化力量，領導者必須在行業、企業與個人這三個層面都保持領先地位：

1. 重新行業佈局：你的世界觀要怎樣改變才算足夠？你必須對行業典範進行怎樣的反思？

2. 重新構建企業：你的企業需要做出什麼樣的變化？你準備如何重新定義你的公司？

3. 重新打造自己：你需要成為怎樣的人？要重塑自己並在數字化+智慧化時代保有領先地位，你必須如何去做？

AI-CPS OS是數字化智慧化創新平臺，設計思路是將大資料、物聯網、區塊鏈和人工智慧等無縫整合在雲端，可以幫助企業將創新成果融入自身業務體系，實現各個前沿技術在雲端的優勢協同。AI-CPS OS形成的數字化+智慧化力量與行業、企業及個人三個層面的交叉，形成了領導力模式，使數字化融入到領導者所在企業與領導方式的核心位置：

1. 精細：這種力量能夠使人在更加真實、細緻的層面觀察與感知現實世界和數字化世界正在發生的一切，進而理解和更加精細地進行產品個性化控制、微觀業務場景事件和結果控制。

2. 智慧：模型隨著時間（資料）的變化而變化，整個系統就具備了智慧（自學習）的能力。

3. 高效：企業需要建立實時或者準實時的資料採集傳輸、模型預測和響應決策能力，這樣智慧就從批量性、階段性的行為變成一個可以實時觸達的行為。

4. 不確定性：數字化變更顛覆和改變了領導者曾經仰仗的思維方式、結構和實踐經驗，其結果就是形成了複合不確定性這種顛覆性力量。主要的不確定性蘊含於三個領域：技術、文化、制度。

5. 邊界模糊：數字世界與現實世界的不斷融合成CPS不僅讓人們所知行業的核心產品、經濟學定理和可能性都產生了變化，還模糊了不同行業間的界限。這種效應正在向生態系統、企業、客戶、產品快速蔓延。

AI-CPS OS形成的數字化+智慧化力量通過三個方式激發經濟增長：

1. 創造虛擬勞動力，承擔需要適應性和敏捷性的複雜任務，即“智慧自動化”，以區別於傳統的自動化解決方案；

2. 對現有勞動力和實物資產進行有利的補充和提升，提高資本效率；

3. 人工智慧的普及，將推動多行業的相關創新，開闢嶄新的經濟增長空間。

給決策制定者和商業領袖的建議：

1. 超越自動化，開啟新創新模式：利用具有自主學習和自我控制能力的動態機器智慧，為企業創造新商機；

2. 迎接新一代資訊科技，迎接人工智慧：無縫整合人類智慧與機器智慧，重新

   評估未來的知識和技能型別；

3. 制定道德規範：切實為人工智慧生態系統制定道德準則，並在智慧機器的開

   發過程中確定更加明晰的標準和最佳實踐；

4. 重視再分配效應：對人工智慧可能帶來的衝擊做好準備，制定戰略幫助面臨

   較高失業風險的人群；

5. 開發數字化+智慧化企業所需新能力：員工團隊需要積極掌握判斷、溝通及想象力和創造力等人類所特有的重要能力。對於中國企業來說，創造兼具包容性和多樣性的文化也非常重要。

子曰：“君子和而不同，小人同而不和。”  《論語·子路》雲端計算、大資料、物聯網、區塊鏈和 人工智慧，像君子一般融合，一起體現科技就是生產力。

如果說上一次哥倫布地理大發現，擴充的是人類的物理空間。那麼這一次地理大發現，擴充的就是人們的數字空間。在數學空間，建立新的商業文明，從而發現新的創富模式，為人類社會帶來新的財富空間。雲端計算，大資料、物聯網和區塊鏈，是進入這個數字空間的船，而人工智慧就是那船上的帆，哥倫布之帆！

新一代技術+商業的人工智慧賽博物理作業系統AI-CPS OS作為新一輪產業變革的核心驅動力，將進一步釋放歷次科技革命和產業變革積蓄的巨大能量，並創造新的強大引擎。重構生產、分配、交換、消費等經濟活動各環節，形成從巨集觀到微觀各領域的智慧化新需求，催生新技術、新產品、新產業、新業態、新模式。引發經濟結構重大變革，深刻改變人類生產生活方式和思維模式，實現社會生產力的整體躍升。

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產業智慧官  AI-CPS

用“人工智慧賽博物理作業系統”（新一代技術+商業作業系統“AI-CPS OS”：雲端計算+大資料+物聯網+區塊鏈+人工智慧），在場景中構建狀態感知-實時分析-自主決策-精準執行-學習提升的認知計算和機器智慧；實現產業轉型升級、DT驅動業務、價值創新創造的產業互聯生態鏈。

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新技術：“雲端計算”、“大資料”、“物聯網”、“區塊鏈”、“人工智慧”；新產業：“智慧製造”、“智慧金融”、“智慧零售”、“智慧駕駛”、“智慧城市”；新模式：“財富空間”、“工業網際網路”、“資料科學家”、“賽博物理系統CPS”、“供應鏈金融”。

官方網站：AI-CPS.NET

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