西门子数字化工厂介绍.ppt

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1、Company2023年8月25日星期五Location,制造过程管理(MPM),数字化工厂,北京迪基透科技有限公司刘端贵010-销售经理,目录,“数字化工厂”的概念,1,2,3,4,汽车解决方案,国内外企业的成功案例,效益分析,“数字化工厂”产生的背景 制造业对一个国家的经济和政治地位至关重要,以及它在21世纪工业生产中的决定性的地位和作用，很多国家尤其是美国等西方发达国家都把制造业发展战略列为重中之重。随着各种现代制造技术与软件系统产生、研究与实践的不断深入，“数字化工厂”(MPM)技术与系统也就应运而生了，“数字化工厂”技术与系统作为新型制造技术与系统，是制造业迎接21世纪挑战的有效手段

2、，有助于解决目前存在的以下一些问题:,1.MPM的概念(Manufacturing Process Management),1.MPM的概念(Manufacturing Process Management),制造系统投资较大，在系统正式建立与运行之前，难以对这些系统建立后所取得的效益及风险进行确实有效的评估；不能在产品设计开发的各个阶段，把握产品制造过程各个阶段的实况，不能确实有效地协调设计与制造各阶段的关系，以寻求企业整体全局最优效益;难以在产品正式投产与上市之前，完成产品的设计与生产规划，模拟出产品的制造、使用等未来全过程，发现可能存在的问题(可制造性、成本、效益与风险等);难以准确评估

3、工厂的制造潜能;,“how”,“数字化工厂”的IT背景结构,Point Solutions,Bill of Materials(BOM)specific“what”,ProductStructurefamily of“whats”,做什么,怎么做,在哪做，何时做,产品数据管理,企业资源管理,UG,PRO/E,CATIA,工艺规划,作业计划,MPM,“how”,(eMS),Bill of Materials(BOM)specific“what”,ProductStructurefamily of“whats”,“数字化工厂”,制造“服务器”,The eMPowerTM 数字化工厂应用软件为制造商

4、及其供应商提供了一个制造工艺平台，使企业能够对整个制造过程进行设计，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，传递与发布。虚拟制造 并行工程,统一的底层数据库,解决方案的结构体系,时间规划,生产计划,生产线规划,规划管理,工艺规划,变更管理,成本分析,文件传输,制造网络服务器,结构体系,工艺规划包,规划设计包,工艺规划,生产计划,混产规划,资源平衡,工时管理,变更管理,成本分析等,CADCAM/PDM,Microstation Autocad,工厂/生产线(工位)资源,工厂布局 生产线布局,动态装配,工位仿真 人机工程,工程模拟仿真包,生产&物流仿真包,产能分析仿真计划调度规划

5、仿真,协同作业包,质量检测包,制造过程管理的构架,MPM拥有专业的汽车制造过程解决方案,Assembly总装解决方案,Carbody白车身解决方案,白车身,喷漆,总装,冲压,Machining发动机解决方案,lant物流解决方案,覆盖了汽车生产的所有制造过程,冲 压,白 车 身,总 装,动 力 系 统,喷 漆,质 量,国内汽车制造领域的需求,为了迎接市场的挑战进一步减少成本和提高生产率，各制造企业都在寻求更好的技术来对其生产制造领域进行支持和改进，我们应用“数字化工厂”解决方案所达到的目标是：,提高生产制造能力,优化生产线的设计,缩短生产线设计规划的时间,减少投资成本,对项目的风险可进行精确的

6、预测和控制,建立统一高效的制造信息平台，各部门协同作业,缩短新产品投放市场的时间,国内汽车制造企业在制造领域存在的问题：,工艺规划手段陈旧落后产品的制造规划基本上以人工手段为主，所有的策划过程如工艺规划、工时分析、工位布局、生产线行为分析、物流性能分析、焊接管理、工程图解、产品配置管理、产品变更管理、工程成本分析等都以传统的方式进行。各过程的人员，各自进行设计，再经过协调综合形成最后方案，各个过程极易造成联系疏散孤立，特别是相关工艺信息的查询，传输上，基本上以纸样、磁盘为媒介，没有统一的数据平台。,不具备完善的项目风险控制机制项目的立项，实施过程中没有很好的仿真手段来对工程风险进行预测，在多项

7、目方案优选时不能对特定参数进行量化的精确对比。,项目协同能力差同一工程项目所涉及的各个专业间的联系、协调、信息沟通，协作水平只有依靠协调人员的经验来决定，而且很难对以往的工艺，工装设备重复利用并进行标准化储备。没有成熟的工艺规划系统和工艺规划数据平台。,应用“数字化工厂”解决方案可实现：,1 实现工艺规划的信息管理,利用“数字化工厂”软件建立一个完整的规划和制造工艺信息平台，利用此信息平台规划和工艺人员可方便地进行信息查询，如针对某一焊点，在系统中可以快捷地查询到与此焊点相关的零件，焊枪，操作工位，工装卡具，并可分析此焊接操作的时间及成本。,*可以对产品零件进行三维浏览,*可以对所关心的工装卡

8、具，焊枪等设备进行二维或三维的浏览,*对生产线和工位布局进行三维二维浏览,*可方便地查询零件信息（零件的状态，材料，厚度）,*可方便地查询制造特征的信息（焊点位置，搭接零件）,*可方便地查询工装卡具信息（工装卡具的形状，位置，成本，维修率，加工工时）,2 工艺规划的计算机辅助设计,l 应用此解决方案进行工艺设计。如根据输入的产品零件信息，装配信息和工厂资源信息编制制造工艺规划和工艺流程设计并进行工艺检查。,*可编制工艺规划（工艺流程图PERT图，EBOP表）,*可进行生产线和工位的布局设计（2D&3D）,3 实现工艺规划的变更管理,l 实现产品变更管理，可对不同配置的车型或经过设计更改的车型实

9、现动态的和及时的工艺信息更改，从而在生产过程中对因产品更改引起的工艺更改进行精确的管理和控制。,*可自动地对变更前后的产品信息进行对比，找出工艺的变化点,*可对同一车型的不同配置方案作出不同的工艺规划，并对其优化以利于柔性制造,4 工艺规划的焊接管理（白车身解决方案）,进行焊接管理，如对焊枪，变压器，控制器，电缆，机器人，工装卡具等进行优化选择，管理并实现标准化工作。,*根据焊点优化选择焊接资源,*将焊点沿生产线分配，进行权衡和追踪,*可进行焊点一致性检验，防止错焊，漏焊,*可进行焊点分布的连续性检验,5 工艺规划的详细工程分析和工艺验正1。进行工程操作仿真2。进行工程运动干涉检查3。对关键部

10、位进行动态切面分析4。操作可接近性检验5。装配顺序检验6。机器人运动路径优化和离线编程7。机加工NC路径仿真和数控编程,l 利用“数字化工厂”软件可编制各种工艺文件，如焊接工程图解（焊接操作图册），白车身制造流程，工艺规划，成本核算，工时分析等文件，2D生产线及工位布局图等。l 实现相关部门的制造信息共享，信息的及时发布与沟通，提高协同工作的效率与工作质量。,在规划设计时进行成本分析,自动生成各种报表,-设计规划-成本分析-生产线产量-操作顺序-排产计划,总成本,单项成本变量,6 工艺规划的各种文件的输出,ll 通过网络以电子文档的形式及时发布工艺信息和工作指导,网络协同制造的文件报告,全面的

11、制造过程管理,工艺细节设计,生产性能分析,生产制造流程及分析,制造工艺过程设计,车间制造,软件具有统一的数据库,数 字 化 工 厂 数 据 库,决策层,经理,工程师,车间,工作指导/工程实施,制造过程设计,项目评审及检验,立项,制造流程开发,工艺细节分析,车间生产,生产性能分析,产品制造流程及分析,生产计划和工艺编制,MPM制造过程管理具有层次性的信息协作,虚拟制造流程,产品信息,制造过程设计,成本分析,项目计划,文件,装配分析,工艺过程仿真,人机工程分析,细节规划,工厂,白车身解决方案-应用于白车身生产准备和生产制造,提供了完整的白车身制造工程的规划,设计,管理及项目跟踪的团队协同制造环境.

12、主要解决白车身焊接生产线的工艺规划，焊接管理，焊接仿真和装焊线的布局，同时应用物流模块对整个生产线进行物流分析和优化。.BIW-Body in white solution,白车身制造过程描述,网络化的协同制造企业和最佳的项目管理流程,工程细节,生产线建立及平衡,评估及计划优化,工艺过程,白车身装配工作流程,白车身解决方案的构成,CAD Unix/PCDetailed design and drawings of Gun,Tooling,/PC,28,白车身解决方案的应用将给企业带来了巨大的实际效益：,具体体现为：,完整的工厂，生产线2D/3D布局图。-节省时间40%(Audi),在产品设计过

13、程中，可以提早进行工艺规划。-规划时间减少60%(BMW),减少项目规划的工作量30%（BMW）,综合的焊接管理 减少焊接信息查询的时间75%(Line Builder),加强焊点管理 减少丢失焊点80%(Paslin),提高资源的利用率85%-(Audi，CHRYSLER),与制造仿真的集成-减少规划时间50%（MAZDA，BMW）,总装解决方案-应用于总装的工艺规划,提供了完整的总装制造工程的规划,设计,管理及项目跟踪的团队协同制造环境.主要解决总装生产线的工艺规划，多车型混线生产管理，复杂的物流仿真优化，根据定单的排产计划和总装线的布局。.FA-Final Assembly soluti

14、on,总装计划流程,首次生产线平衡,主要变量设计,主要操作分配,操作定义,采购,概念检验,物流计划编制,计划和资源分配,生产线流程验证,工位和操作设计,工艺文件,工作流程布置,与计划之间进行通信,把生成的工作流程发送到车间,网络化协同制造企业的项目及更新管理,工程,规划,操作,总装解决方案的功能：减少了用于验证装配可行性的模型数量，对复杂的装配干涉问题进行仿真，早期预测和消除工程风险在规划过程中考虑了多种方案的优选早期的人机制造环境的考虑解决多车型同线混装的工艺方案设计和排产计划的制定 效益：减少了生产原型减少了工程冲突发生率装配工艺的早期验证简单安全的装配路径可根据定单安排生产优化总装生产线

15、的物流系统缩短生产准备周期,发动机解决方案-应用于发动机的机加工工艺规划和发动机总装装配工艺规划,提供了完整的发动机机加工和装配工艺规划,仿真,管理及项目跟踪的团队协同制造环境.主要解决发动机机加工生产线和装配生产线的工艺规划，加工策略优选，刀具和工装卡具优选与NC刀路仿真和机加工线/装配先的线平衡，同时应用物流模块对整个生产线进行物流分析和优化。.Prowertrain solution-Machining,我们的目标是提供发动机生产线和装配线的设计、优化以及质量管理的全面的制造过程解决方案,产品详细设计,发动机制造工艺过程管理在生产中的实现,产品功能定义,概念设计,CAE,产品前期设计,产

16、品设计完成,模具设计,机加工工艺过程规划,机加工工艺过程仿真,验证工艺过程,验证工艺过程仿真,车间工艺资源设计,加工设计,装配工艺过程规划,装配工艺过程仿真,生产实施,发动机解决方案的效益,缩短项目时间（针对新产品）,产品 协同工艺设计 并行工程,降低投资成本,缩短生产线的调试时间和提高产量,加工特征自动识别，利用典型经验知识库，提高加工精度，减少新的刀具和卡具的设计制造，创建标准化的工作流程和进行信息共享,通过制造工艺规划部门与产品设计部门的充分协作，可避免不必要的设计更改，有利于充分利用现有的和标准化的制造资源和工艺模板进行新产品的工艺规划和制造,减少和优化机床的数量与布局换刀次数最小化减

17、少机床工作台面的旋转减少刀具无效运动的时间和距离优化操作次序进行数控仿真，减小工程风险进行生产线平衡分析和优化进行生产线物流优化,冲压模块-冲压生产线仿真与模具运动校核,在设计阶段可进行更好的信息沟通(通过3D浏览)可进行早期的设计错误检查(冲突分析)可方便地进行运动学优化可同步地进行工艺设计减少冲压生产线的建立 与调整时间优化工作循环时间,喷漆模块,对喷漆进行仿真，优化漆膜厚度和喷漆路径优化选择喷漆工具对自动化的喷漆线进行快速精确的工艺规划,Painting,eM-Plant物流仿真模块原理,应用仿真工具,可以对复杂的生产制造系统进行模拟仿真优化并可以进行快速有效的分析验证,真实的制造系统,

18、分析结果量化,仿真模型,eM-Plant物流仿真模块,eM-Plant物流仿真模块的功能和作用：对复杂的制造体系进行快速建模（如车身线，总装线，发动机线等）对生产线的制造能力进行评估分析和优化生产线的缓冲区尺寸找出瓶颈点并进行优化制定最佳的物流控制策略定义精确的制造系统参数，如生产线实际需要多少工人，设备，控制器等,“数字化工厂”软件（MPM）在全球汽车行业的应用,“数字化工厂”软件在全球汽车行业的应用,AUDI,COMAUABB,Suppliers,Kolton BarHMSMSXJS McNamara,COMAUGermany,FAW一汽集团,EDAG,COMAUITALY,一汽大众,SA

19、IC,上海汽车工业集团,“数字化工厂”软件在全球汽车行业的应用,SAIC,一汽大众,在美国：,福 特：（Ford）装配解决方案 Final Assembly,BIW，MACHINING 01-05开始实施协同作业方案eMS,通 用 汽 车（GM）白车身解决方案 Body-in-white,UG,克 莱 斯 勒（Chrysler）白车身解决方案 Body-in-white,CATIA,美国通用汽车及其供应商,OEM,PPH,PPH,PPH,CPH,CPH,CPH,CPH,Under body,Closures,Side Parts,Framing,TDH,每一个车型项目都由一个 PPH和四个 C

20、PHs共同完成,PPH 工艺设计部门CPH 生产线制造安装商TDH 工具设计部门,2001年7月美国通用汽车GM的所有供应商开始使用MPM系统以配合GM的协同制造要求,美国克莱斯勒汽车公司,在 白车身，冲压方面长期，广泛地采用了Tecnomatix公司的MPM制造过程管理解决方案刚刚签署了用于大型车制造的MPM制造过程管理软件合同在吉普 Jeep车型上开始了总装解决方案的开发应用,获得的收益：生产准备时间减少到4-6周产品投放市场的时间周期减少到16-18个月使75%的车型通过公用制造平台进行柔性制造与 Daimler(德国)进行技术信息，制造系统和工艺经验德共享用少于25天的时间进行车型制造

21、的生产线转换增加50%的单车利润每年减少 20%的规划投入每年减少5%装配成本,福 特汽车（Ford）TX 在美国最早的合作伙伴之一*白车身解决方案，发动机解决方案，总装解决方案2001年五月开始实施协同作业方案Ems今年初刚与TX签定了五千万美圆的合同，在五年内实现全面的数字化制造信息平台,在日本:,本田：车 身 解 决 方 案 发动机，总装解决方案,马自达：白车身，发动机，装 配 解 决 方 案现在所有的工程项目在实施前必须进行100%的仿真检验。平均一个车型在投产前要进行20000个仿真检验。投产周期平均缩短了30%。,在日本尼桑的成功应用,*利用机器人生产线仿真工具（ROBCAD）为3

22、4个机器人设计了1200个程序，每个机器人上都超过了20个;*在一条生产线上可以同时制造四种车型;*建立生产线从5个月变成了3个月;*程序设计时间缩短25%,优化时间缩短30%;,NISSAN SHATAI（日本）,在 德 国：,VW大众汽车解决方案已成功地全面实施开始进行 IT 环境的系统集成应用此软件进行供应商系统的评价VW 轿车，卡车系列开始使用 MPM 并应用于生产线物流管理Skoda斯柯达已经开始采购 MPM 软件解决方案,车 身 解 决 方 案 总装解决方案,在 德 国：,BMW宝马汽车 应用“数字化工厂”的历史：BMW 于 1997年开始在白车身和总装系统应用 Tecnomati

23、x eM-Power 解决方案。在1998年BMW 和 Tecnomatix 开始成为合作伙伴eM-Planner 已经在BMW的最重要的项目部门广泛应用，包括三大产品系列的7个车型和所有的变形车系列.现在有 165 个 eM-Planner 的实际应用者在BMW工作此解决方案担负了BMW的所有项目管理和规划工作,在 德 国：,Audi奥迪已经完成了白车身解决方案第二阶段的实施工 作 所有的供应商都使用了MPM解决方案来配合奥迪的生产制造,在 法 国：,PSA集团：标致-雪铁龙汽车公司 白车身，总装，发动机解决方案已全面 应用雷诺：总装，白车身解决方案,在意大利：,菲亚特：白车身、动力总成解决

24、方案Car-Body SolutionMachining Solution依维克：装配解决方案：Assembly Solution,在 韩 国：,现代汽车：白车身、装配和动力总成解决方案Car-BodyAssemblyMachining,KIA企亚完成了用于 eDM 项目的白车身解决方案的第一阶段采购正计划白车身解决方案第二阶段的采购和总装解决方案的实施,在中国：,上海大众：生产线仿真 eM-plant（SiMPLE+)1999年 机器人生产线仿真：eM-Workplace(Robcad)2000 年 发动机解决方案：2001年 白车身解决方案：2003年白车身解决方案深化应用：2004上海汽

25、车工业集团：2003-2004年-白车身解决方案,在中国：,一汽集团：2002年5月应用“白车身解决方案”（Body in wite)现在一汽集团规划部进行实施工作一汽大众：2004：正在进行“白车身解决方案”的项目一汽解放：2004物流解决方案（西区新总装）一汽轿车：白车身解决方案,实施“数字化工厂”制造过程管理项目将为国内汽车制造企业带来巨大的收益,如何获取最佳效益?,提高制造工艺规划水平对当前的工艺经验进行捕捉并进行重复利用（在将来的项目中）在项目开展的早期对所存在的风险和错误进行检验，沟通和改进可以在5天时间内完成生产线的初步规划，过去则需4-6周减少项目投资成本应用此软件可快速，准确

26、和高效地对项目进行投资评估对典型工艺和资源数据进行重复利用应用标准化的工艺模板和工艺经验 减少无效的重复劳动减少项目流程时间用先进的软件解决方案取代了人工的手工劳动在对工装卡具的数据验证后可立即进行这些制造资源的设计制造在项目早期阶段使各个部门的人员进行信息共享,企业将从以下三个方面获得收益,并行工程减少试生产时间缩短生产准备周期减少工艺规划时间,最大限度地减少了工程更改量 减少了人工操作量 减少了原型车的使用可重复利用生产设备,减少重复工作建立典型工艺，经验库信息共享生产线和工艺摸板的快速拷贝,减少操作成本,提高工艺验证水平 通过以下方法提高生产能力:更好的数据管理 使用更好的软件工具来提高

27、工艺设计和工艺确认能力利用先进工艺知识库来提高效率和质量对现有工艺进行捕捉和重复利用在生产制造的早期阶段对工艺进行模拟，测试仿真，优化改进在5天的时间内对整条生产线进行设计验证（现在为4-6周）,减少投资成本,缩短生产验证时间对现有的工装卡具进行重复利用更精确的成本评估分析减少因工程更改而发生的制造费用 在产品设计的同时进行工艺验证提高产品设计部门与产品制造部门间的协作水平减少产品原型 提高虚拟仿真的水平,提高工艺质量,通过以下途径消除工艺缺陷:进行实时的工艺过程跟踪，及时更新工艺数据利用数字化的模拟仿镇对工艺进行早期优化通过各部门协同工作提高工艺规划水平使工艺工程部门与生产车间有更好的信息交

28、流，协作渠道，实现并行制造,减少项目时间,对典型工艺进行重复利用更快更轻松地得到三维数据自动地进行数据传输,减少生产准备时间,提高工艺预显和工艺验证水平在生产准备期间减少工程失误减少重复工作的时间减少工程更改量 减少工位调整和卡具调整时间使车间专家在产品设计时对制造工艺进行早期设计和模拟使制造专家早期介入工艺设计与生产线制造商和工厂设计院进行信息共享,价值评估,减少操作成本减少投资成本提高工艺质量减少项目时间减少生产准备时间减少产品转换的制造时间,生产能力由以下因素制约:减少项目时间产品面市时间(从设计冻结到投放市场)生产准备时间(ramp-up time)在同一条生产线上进行不同车型的制造卓

29、越的物流供应管理瓶颈管理 缓冲区容量设计管理,制造费用由以下因素制约:每个项目中的人工时间质量成本投资成本空间利用率生产制造的直接成本厂房建设的生产线运转的成本产品制造速度库存管理水平,生产能力 制造费用=利润,产品投放市场的时间变化,资料源于:华尔街周刊&美国密西根管理协会,50,40,30,20,10,产品投放市场的时间(月),Generation,48M 36M(很容易达到),2,36M 24M(进行工程改进),3,24M 12M(应用虚拟制造),1,在生产规划和工程制造阶段获得收益,在生产规划和工程制造阶段的收益,所有的工艺信息有一个统一的数据平台所有的规划根据是高度集成的 制造方案可

30、从多个方案中优化选择现有的工艺信息和以前的知识库可被重复利用工艺信息可被所有的过程参与者共享,在生产规划和工程制造阶段的收益,期待的收益:(可避免发生的成本费用)减少15%的项目规划成本 以$70M 的总装项目为例,可节省$10.5M的项目规划费用 15%的总节省费用体现在第一个项目中为=$1.57M,减少项目投资成本,减少 5%的项目投资成本,供应商40%=$22.4M,减少工程更改 通过网络对设计进行验证 典型工艺的重复利用和标准化,-5%-$1M,工装卡具 30%$16.8M,对焊枪，卡具的重复利用 减少错误发生率进行变更监控 提高工装设计的可靠性,-6%-$1M,人工工时25%=$14

31、M,电子工艺过程表 减少装配强度 将错误率最小化,-5%-$0.6M,场地成本5%=$2.8M,通过仿真提高空间利用率，改善物流设计方案 使场地设计与工艺设计同步进行,-2%-$0.5M,例：项目总投资为-$56 M,投资费用的节省+缩短生产准备时间,在生产准备期间的汽车生产能力,生产准备,目标产量=1500 辆/天,25%TP rate,50%TP rate,75%TP rate,成本,目标,生产准备开始,时间,生产准备+6-9 周,生产准备+9-15 周,Best case,目标,主要原因：工艺不成熟 工艺经验需逐步积累 大量的工程变更和工艺调整,生产准备,生产,进行优化前的生产准备,St

32、art of Ramp Up(SRU),SRU+3 weeks,进行优化后的生产准备,Ramp-Up,Production,SRU+6-9 weeks,SRU+9-15 weeks,实际成功案例：1.德国宝马（BMW）汽车：减少工艺规划时间(22%)减少项目规划时间(50%)减少规划工作量(10%)减少规划投资(5%)减少多系列产品规划投资(5%),实际成功案例：德国宝马（BMW）汽车,减少了生产准备时间企业获得的效益:,1减少了一周的生产准备时间，可提前一周（5天）正式投产,2正式投产期间每天生产1500量车，正式投产后每量车比在生产准备时减少制造费用$2000。生产准备期间每天可生产500

33、量车，每量车的制造费用为$3000,采用白车身解决方案后可节省10%，整个生产准备期间节省的投资计算如下：,5 X(days)*1500(car/day)*$2,000=$22.500,000+10%*70(days)*500(av.Car/day during ram-up period)*$3,000=$10.500,000 共为$33,000,000（三千三百万美圆）,l 提高了项目规划效率与能力,企业获得的效益:企业有80位规划人员，每位规划者每年用在工作中的费用为$120,000,因为采用了工艺规划模块，提高了工作效率与质量，每人可节约20%的费用。获得的效益计算如下：,80（pla

34、nner）*$120,000(planner cost/year)*20%(increase productivity)=$1,900,000（一百九十万美圆）,l 减少了项目投资,企业获得的效益:每条生产线的投资为$50M到$70 M（五千万到七千万美圆）采用新技术后使制造资源得到了重复利用，优化了通用设备的利用率并进行了标准化，明确了供应商的责任，企业可节省5%的资金：,5%*$50M-$70M=$2,500,000-$3,500,000(三百五十万美圆),企业获得的总效益为：,生产准备期间$33,000,000（三千百万美圆）,规划效率与质量的提高$1,900,000（一百九十万美圆）,项目投资节省$3,500,000（三百五十万美圆）,总和$38,400,000（三千八百四十万美圆）,Company2023年8月25日星期五Location,谢 谢,北京迪基透科技有限公司,