数字化制造技术 智慧制造的主线ppt课件.ppt
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1、,数字化制造技术 -智慧制造的主线,目 录,1. 美国先进制造及德国工业4.02. 基于先进理念的制造模式3. 基于模型定义(MBD)的数字化制造技术4. 相关先进技术,1.美国先进制造技术及德国工 业4.0,美国先进制造技术德国工业4.0我国互联网+及工业2025,1992年竞选成功的美国总统克林顿,美国为迎接21世纪的挑战,争夺高新技术发展优势, 上台伊始便提出了建设“信息高速公路”的大胆设想!,正式名称是“国家信息基础设施”(National Information Infrastructure,简称NII),美国产生了一些互联网大公司,推动和引领着世界互联网技术的发展,布什于2001年
2、担任美国总统,任内遭遇了2001年的911事件,随后于2001-2003年先后发动阿富汗战争、伊拉克战争等一系列反恐战争,巨大的军费开支拖累了美国经济发展,导致美国高科技制造业衰落,发生经济危机,制造业竞争力下降。,先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology,AMT) 再工业化,所以提出:,而欧洲在此期间:空客公司实现了三个跨越式发展:A320-A340-A380,A330 经验,并且为与波音竞争:空客实现新的跨越:A380A350,A380 创新技术,美国的行动:Obama Manufacturing Innovation,制造业是一个国家的经济基础!,
3、赢得未来的胜利!,National Network for Manufacturing Innovation,Vision 45 Institutes,“In my State of the Union Address(国情咨文) , I asked Congress to build on a successful pilot(领航) program and create 15 manufacturing innovation institutes that connect businesses, universities, and federal agencies to turn comm
4、unities left behind by global competition into global centers of high-tech jobs.,“Today, Im asking Congress to build on the bipartisan support for this idea and triple that number to 45 creating a network of these hubs and guaranteeing that the next revolution in manufacturing is Made in America.” (
5、July 30, 2013),美国政府积极推动“先进制造”,简单地说: “先进制造企业”是指制造业对信息技术、自动化技术、计算技术、软件技术、传感技术和网络技术等加以综合应用。为什么?美国制造业正面临巨大挑战。年美国三分之一的制造业工作岗位流失海外!美国奥巴马2014年国情咨文中宣称,美国有机会在下一波高技术制造业就业岗位的竞争中压倒其他国家。要花十亿美元打造制造业创新网络,包括15(45)个制造业创新研究所。,奥巴马总统与先进制造技术2014年,奥巴马签署了“振兴美国制造业和创新法案”( Revitalize American Manufacturing and Innovation Act
6、 (RAMI))为建立 “制造业创新国家网络” (National Network for Manufacturing Innovation (NNMI) )铺平道路先进制造技术具有许多新特点,不仅是技术方面,还是管理范畴的一种新的制造哲学。,制造业创新的目标,The Start of a Network of Centers for Manufacturing Innovation,混合动力,敏捷制造,JAN 07 15 Obama at Ford Plant,MAY 08 2015,Obama at Nike World Headquarters,DMDIIGRANDOPENINGMAY2
7、2,2015,DMDII in collaboration with UI LABS and CityWorks opened its doors to debut their state-of-the-art digital manufacturing lab and a cutting-edge work space housed within a 94,000-square-foot facility on Goose Island in Chicago.,Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII),“数字制
8、造与设计创新机构”,The words “innovation” and “research” were on the lips of nearly everyone who offered remarks.,The Digital Thread for Smart Manufacturing t,DMDII四个作用,数字化实际枢纽,作用一:,Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII) 作用二,参与美国工业革命,DMDII 作用三,为美国培养未来人才,DMDII 作用四,协同工业发展平台,德国的深刻危机感 !,在信
9、息化、互联网、大数据和云计算等技术上美国占有很大优势,而且美国互联网巨头们正在从“信息”领域加速进入“物理”业务领域,这对具有高技术制造业雄厚实力的德国是一大挑战。,德国工业 4.0,工业4.0”战略计划在2013 年4 月被正式推出!,德国工业4.0,工业4.0战略计划中,有三大关键技术:物联网、服务互联网和信息物理系统( Cyber-Physical Systems, CPS)。在一个“ 智能、网络化的世界”里,物联网和服务网(the Internet of Things and Services)将渗透到所有的关键领域。,CPS: 汽车 - 4年,CPS:飞机 1020年,供应链,农场,
10、制造工厂,分销商,客户,服务网 !,物联网 !,赛博(信息)物理系统:CPS,形成:Industry 4.0智能制造,Internet of Service,赛博系统得到验证,各种传感器监控实际世界,Universal Production Worlds:形成一个智能化环境,发展:机械化电气化数字化智能化,如企业的各种数据!,一个企业是一团“乱麻”!,Cyber-Physical Systems (CPS)数据、设备和人员组成整体,整体解决方案!,智能制造装备的定义是,具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备,而智能制造就不局限于此!,各个环节组成有机的智能整体!,整体解决方法,Cybe
11、r-Physical Systems (CPS),Cyber-Physical Systems (CPS),The Digital Thread for Smart Manufacturing,Lean Manufacturing Room,CC-Link IE (Industrial Ethernet),工业互联网:企业内部的互联网为CPS服务的,监控实际世界(制造企业),企业每天能生产小轿车1000辆,每辆小轿车零件数量不到1万,波音公司花了20年才生产1000架777客机,每架波音777客机零件数量达300万,正确理解德国工业4.0,全球工业4.0铺开后,中国工业有崩溃之虑?德国工业4.
12、0:既无具体目标,也无实际路线图,更无确切时间表!提出了一个很笼统的(国家层面)远景或设想。可虑之处是西方(德国)的实体经济-高度发达的制造工业!怎样接地气:(1)具体行业(汽车一天制造1000辆,飞机每天最多制造1.5架)差异性很大! (2)应充分考虑各自的制造行业?,2. 基于先进理念的制造模式,“Idea is more important than technology” “理念比技术更重要” Prof. Miyamoto,怎样由概念成为产品!,2.1 产品研制过程协同化-并行协同工程(协同制造),并行工程(Concurrent Engineering简称CE)亦称同步工程(Simul
13、taneous Engineering),是目前国际上机械工程领域中重要的研究方向,引起了各国工程界和学术界的高度重视,发展极为迅速。并行工程是一种思想和系统方法,以集成的、并行的方式,设计产品及其相关过程,包括对制造过程、支持过程的设计。这种方法的目的,是使产品开发人员从一开始的概念形成到投放市场的整个产品生命周期中,就要考虑到质量、成本、开发时间和用户需求等所有组成因素。,并行协同工程的概念,大型飞机研制(协同制造),Aerospace Sheet Metal Part Design to Manufacturing (工艺模型),(零件设计模型: 三级数字样机),(工艺模型),(工艺模型
14、),(工艺孔),In the last 20 yearsEconomic necessity to effectively implement Concurrent Engineering: Quality - Cost - Lead time,Technological possibility thanks to new information technologies: CAD/CAM, databases.,Q,The theory of Concurrent Engineering is more than 100 years oldDesign-Industrialization l
15、inks, take into account the life cycle,Historical Context of Concurrent Engineering(并行工程的相关历史),Sequences design(顺序设计) verses Concurrent design(并行设计),Product & Service Requirements Firm Concept Technology Development, Testing & Qualifications Firm Configuration,Design for Manufacturing & Supportabili
16、ty Detail Part Design & Analysis Developmental Test,Partners Delivering Highly Integrated End Items Delivery Fleet Support,Airframe Partners Working Together To Develop The 7E7,Boeing &Partners,Partners,Boeing & Partners,787 Design/Build Definition,(概念(总体)设计阶段-研制工作重点),(产品详细设计- 由制造方完成),(总装、交付、支持 -研制工
17、作重点),产品设计,工艺设计,性能仿真,数据流(信息流),加工仿真,装配仿真,检验仿真,服务仿真,服务设计,检验设计,装配设计,产品设计,毛坯,物料流,工艺规划,装配计划,检验计划,服务指南,成品,检验,装配,加工,分析评估,市场分析,并行工程:信息流驱动物料流 !,实施并行协同工程,现在:空中客车公司A350设计,“Digital Factory Planning Room”,Roundtable: Experts in all specialized areas meet in the “Digital Factory Planning Room” to view, discuss, an
18、d design future facilities at the Powerwall.,Integrated Project Teams (Plateau平台),Tooling Master Geometry + Principles,Tooling SAM & Tooling Model,Tooling Frontier Models,Manufacturing Plan,NC Programs,Instructions Sheets,Industrialization工艺开发,Support Specification,Supportability Analysis,Supportabi
19、lity Discrepancies,Support支持维护,3 views of the cDMU(数字样机),EIS,Master Geometry,Design Principles & Frontier models,SIRD + EIRD,Space Allocation Definition Model,Stress Design Reference Base,Aircraft产品工程,3D as Master across the Company & Supply Chain,波音全球协同研制环境(GCE),波音研制777时的238个团队及其相互关系!,IPTs ARE THE
20、ORGANIZATIONAL MECHANISM THAT ENABLES A BALANCED DESIGN - MANUAL MULTI-DISCIPLINARY DESIGN LOCAL OPTIMIZATION,INTEGRATED,P,RODUCT,T,EAM,BURNER,MECHANICAL,COMPRESSOR,AERO,COMPRESSOR,MECHANICAL,TURBINE,STRUCTURES,COMPRESSOR,STRUCTURES,FAN,STRUCTURES.,FAN,MECHANICAL.,TURBINE,AERO,TURBINE,AERO,BURNER,ST
21、RUCTURES,BURNER,STRUCTURES,TURBINE,STRUCTURES,BURNER,AERO,COMPRESSOR,AERO,TURBINE,MECHANICAL,TURBINE,MFG.,FAN,AERO.,Complexity Is Managed By Decomposing The Design, Coordinating & Re-assembling via The SIPT/CIPT/IPT,SYSTEM,三级协同团队,一级协同团队,二级协同团队,三级协同团队,(SIPT ),发动机研制中IPT团队的组织,Gains(前进) Can Be Made By S
22、hifting From “Human” To “Computer” Based MDO,发动机研制由基于人到基于计算机,2.2 产品结构模块化-大数据管理(configuration management)实例:Eurocopter Super Puma (美洲豹),AS 331 - Prototype. (原型)AS 332A - Commercial pre-production version. (商用预生产型)AS 332B - Military version. (军用型)AS 332B1 - First military version. (第一军用型)AS 332C - Pro
23、duction civil version. (生产民用型)AS 332C1 - Search and rescue version, (搜救型)AS 332F - Military anti-submarine and anti-ship version.(军用反潜和反舰型) AS 332F1 - Naval version. (海军型)AS 332L - Civil version with uprated engines, (Super Tiger). (民用型)AS 332L1 - Stretched civil version.(机身加长型)AS 332L2 Super Puma M
24、k 2 - Civil transport version.(民用运输型)AS 332M - Military version of the AS 332L.(L军用型) AS 332M1 - Stretched military version.(加长军用型)NAS 332 - Licensed version built by IPTN, now Indonesian aerospace(PT. Dirgantara Indonesia). (印尼制造型)AS 332 Super Puma (Defense Minister of France) at Paris Air Show 200
25、7(法国国防部专用型),Variants(变型),Boeing 737:-600、700、800和900 还有新的737maxFeatures,飞机构型管理的意义,随着紧张激烈的市场竞争,在机型的设计和生产过程中,客户个性化的需求,零部件设计、工艺或制造上的改进,新材料、新技术的应用,还有纠正产品本身设计上的错误等原因,使飞机产品更改频繁地进行,表现在数据的不同版本,一方面需要维护这些不同版本的设计结果之间的一致性,另一方面还需要对这些版本的数据进行发放和审批,对设计过程进行管理,从而造成了飞机产品在整个生命周期全过程中构型控制的困难,加大了飞机构型管理的难度,波音飞机产品结构的“模块化”组织
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