智能制造管理 课件 第九章 智能工厂规划与设计.pptx

第九章

智能工厂规划与设计

智能工厂规划原则

智能工厂设计仿真技术与软件工具开发

智能产线设计

智能工厂规划原则

智能工厂是移动通信网络、数据传感监测、信息交互集成、人工智能等智能制造相关技术、产品及系统在工厂层面的具体应用，以实现生产系统的智能化、网络化、柔性化、绿色化。智能工厂的建设是一项复杂的系统工程，围绕产品的全生命周期价值链实现制造技术和信息技术在各个环节（研发设计、生产制造、物流、销售、服务）的融合发展。

9.1.1智能工厂的特征

智能工厂规划原则

智能工厂的规划是一项复杂的系统工程，本节基于智能工厂的内涵以及智能工厂的特征，分析给出智能工厂规划过程中的核心要素主要包括：数据采集与分析、互联互通、设备自动化体系、制造执行系统体系、过程质量控制体系、自动报告与决策、主数据集成管理。

9.1.2智能工厂规划要素

智能工厂规划原则

9.1.2智能工厂规划要素

智能工厂规划原则

9.1.2智能工厂规划要素

智能工厂设计仿真技术与软件工具开发

智能工厂是Industrial4.0的主题之一，实现智能工厂的前提是实现数字化工厂，数字化工厂有着很丰富的内涵，它是基于虚拟仿真制造技术，以涵盖产品全生命周期的数据为基础，在虚拟的环境中，实现整个生产过程的仿真、分析和优化的一种生产组织方式，在实际生产中有着广泛的应用，可以为企业持续降低生产成本、提升生产效率、缩短研发周期。

9.2.1智能工厂仿真和数字化工厂的链接

工厂设备数字化

是建设数字化工厂最基本的要素，它需要生产设备的实时数据，可以直接为产品的设计、研发、生产、运输、销售等其他环节提供直接数据支持。

工厂物流数字化

是对整个物流过程的数据进行数字化，它实现智能物流的核心，通过实现物流过程的透明性、高效性和安全性，包括追踪产品运输过程、追踪定位各类运输车辆、配送物料上线等，可以极大地提升企业资源的利用率。

研发设计的数字化

通过高度集成设计、工艺、制造、检测等各业务的知识数据，包括CAD/CAPP/CAE/CAM/PLM的集成、虚拟仿真技术、产品全生命周期管理等来做到全流程的数字化。

生产过程数字化

通过数字化技术来解决现实中复杂的车间生产过程管理，主要是对制造执行系统(MES)以及企业资源规划(ERP)和产品生命周期管理(PLM)及车间现场自动化控制系统实现数据交互。

智能工厂设计仿真技术与软件工具开发

数字化工厂的实现和建立又离不开仿真技术的运用，它通过将真实的工换为各种数据，以便实现仿真或虚拟现实。再基于仿真的设计和优化。通过仿真和优化工具的实用，来执行和优化规划项目。将复杂的工厂可以分解为不同的层次和单元，在实际应用中通常我们分为四个层级来进行整个供应链的仿真。

9.2.2仿真技术介绍（有限元，运动模型，离散事件）

设备或工作中心的仿真

企业离不开各种各样的生产线、设备、物料、工人、推车等等元素，这是最基础的仿真，因为元素比较少，也是比较容易实现的仿真。

工厂和制造中心的仿真

第二层的仿真会集成所有第一层的元素，更多的是关注产品在整个制造中心的流动。可以通过仿真产品生产周期来重新组织或优化生产线。通过工厂仿真，我们可以更清楚地知道产品的流向和浪费。

对整个内部供应链的仿真

通过对整个企业内所有工厂的协同优化为着眼点，关注的是整个企业内部所有生产产品的流动及在各个制造中心的生产和运输情况。各种节点间彼此协调和动态链接，从宏观的角度进行企业内部的分析和优化。通过虚拟网络来共同设计产品或生产线，其中不同的参与者可以在同一环境中协作并一起工作。

对整个供应链的仿真

以当前企业为中心，包括所有ENF-TO-END的利益相关方，从原材料、劳动力、能源供应商到企业的所有客户，甚至是客户的客户，进行企业未来战略上的分析模拟。

智能工厂设计仿真技术与软件工具开发

9.2.2仿真技术介绍（有限元，运动模型，离散事件）

有限元仿真

在过去的几十年中，FEMS逐渐发展成工程系统建模和仿真中的关键技术。在开发一个工程系统时，必须要经历一个非常严格的建模、仿真、可视化、分析、设计、原型、测试和最终的制造过程。FEMS正是基于用简单的方法和元素，并通过元素见的相互作用来构建复杂的对象。它是一种数值方法，用一种数学上的近似理论对实际的生产系统进行模拟仿真，然后利用有限的未知量去模拟和逼近拥有无限未知量的真实生产系统。随着计算机计算速度的不断增长，FEMS与计算机辅助技术CAD或计算机辅助制造技术CAM紧密地连续在一起，作为一种计算机模拟方法在工程中的应用也越来越广泛。

运动仿真

MS通过运用机械系统的运动学方法、动力学理论科学以及计算机辅助技术，在建模仿真、运动控制、动力学研究等方面进行仿真的技术，主要应用在机械设计领域。由于机械运动的过程非常复杂，往往难以用准确的