清华课件：先进制造与虚拟样机技术

2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage1清华大学国家CIMS工程技术研究中心熊光楞教授2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage2一、先进制造技术二、产品设计数字化三、虚拟样机与协同仿真四、结论目录2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage3一、先进制造技术2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage41、背景（1）党的十五届五中全会明确提出，“以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展”，（2）企业信息化（设计、生产过程、制造装备、管理数字化）（3）全面集成的数字化企业（4）产品设计数字化2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage52、当前竞争环境和未来企业特征•动态变化的全球竞争市场•复杂产品的全生命周期管理–产品生命周期与交货期缩短–产品的复杂性增加–定制产品数量增加–产品的全生命周期管理•先进制造技术和信息技术的应用•知识获取和管理2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage63、信息技术对企业的影响信息技术的应用改变了全球市场竞争模式、促进了制造业模式的变化。信息技术的应用促进了产业结构的优化和调整以互联网和电子商务为主要特征的新经济的发展，加快了经济全球化进程全球化制造与销售体系已经形成以敏捷制造、虚拟企业为代表的先进制造模式的发展促进了企业间资源优化配置与企业间协作技术与应用的发展实施企业信息化已经成为企业赢得竞争的重要手段之一2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage74、知识管理与知识共享•知识就是供人们信息•知识的用途主要有2个–为了完成一定的任务–为了产生新的信息•知识已经成为企业的重要的资产–在企业的总资本中，智力资本占了75％–未来的企业间竞争是人才的竞争，而人才的竞争本质上是知识的竞争2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage8•知识已经是企业获取利润的最主要的原材料和关键资源–即使在制造企业，基于知识的服务能力对其增值产品的贡献率也达到了65％－75％–在当今的市场上我们买卖的越来越多的是知识，以IC芯片、飞机/船舶价格指数为800、新型战斗机/船舶价格指数为3000•知识也已经成为企业获得成功的重要因素–许多最高层的执行者认为知识是他们组织成功的唯一的最重要的因素–获取和管理知识已经成为现代企业非常重要的日常活动2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage9•基于知识产权的独占性产品技术加强了跨国公司在本行业国际市场的垄断地位，•产生了如通用汽车公司、波音飞机、西门子公司等行业龙头公司•在信息技术公司，以知识产权为核心的软件支撑了软件产业和服务业的迅速发展，造就了新的巨型IT公司，如微软、IBM、EDS、SAP和ORACLE公司等。2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage105、未来企业主要特征企业数字化设计数字化制造装备数字化生产过程数字化管理数字化协作学习敏捷虚拟精良供应链集成产品全生命周期管理企业1企业2企业x产业链信息化运行模式2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage11•未来企业的主要特征可以从运行模式、信息化、产业链三个角度来考察•全面集成的数字化企业（TotallyIntegratedDigitalEnterprise-TIDE）是企业发展的远景和追求，它是一个建立在集成化企业战略框架和先进的企业经营理念、管理方法、信息技术的基础上，能够不断改进和持续创新的企业2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage12•每个企业将都是整个产业链上的一个环节•在整个产业链上根据每个企业的核心能力和优势部分实现不同企业的专业化分工和优势互补•大而全、小而全的企业将退出历史舞台•全面集成企业倡导和贯彻一种全新的合作理念，将对供应链上每个环节的管理模式从单纯的合同契约管理变成共同发展伙伴的管理，伙伴之间充分实现知识共享、优势互补、利益共享和风险共担。•全面集成的数字化企业不仅为用户提供满足其当前需求的产品，更重要的是实现对产品全生命周期的管理和服务。2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage13•全面集成的数字化企业的发展目标是通过全面采用先进的信息技术–实现客户、企业和供应商的无缝的集成–实现人、技术、经营目标和管理方法的集成–实现企业不同产品线的均衡发展•全面集成的数字化企业不仅被动地响应市场的变化，而且能够主动地抓住市场变化，通过采取技术上的改进来获取市场变化带来的商机。2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage146、企业信息化的内涵：•企业信息化是用信息技术改造传统产业和实现信息化带动工业化的突破口。企业信息化将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新，企业管理模式的创新，企业间协作关系的创新，实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数字化、咨询服务的网络化，全面提升企业的竞争力。2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage157、企业信息化技术的5个主要特征管理数字化设计数字化生产过程数字化制造装备数字化企业数字化2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage16管路设计强度分析结构分析数字预装配CAM装配过程仿真装配过程仿真设计数字化设计数字化通过实现产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，缩短产品开发周期，促进产品的数字化，提高企业的产品创新能力。2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage17制造装备数字化制造装备数字化通过实现制造装备的数字化、自动化和精密化，提高产品的精度和加工装配的效率。2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage18生产过程数字化生产过程数字化通过实现生产过程控制的数字化、自动化和智能化，提高企业生产过程自动化水平。PCSMESERPIntelligent-Plant-Control(IPC)流程工业离散制造业2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage19管理数字化管理数字化通过实现企业内外部管理的数字化，促进企业重组和优化，提高企业管理效率和水平。制造ERPPDMCRMPDMERPSCMCRMSCMERPERPERPCRM工程供应商用户2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage20企业数字化在企业设计、制造装备、生产过程和经营管理数字化的基础上，实现企业的信息集成、过程集成和内外部资源集成，实现制造企业的整体优化，提高企业竞争能力。CPC/PLM虚拟企业应用平台（VirtualEnterpriseApplicationPlatform）CPC/PLM虚拟企业应用平台（VirtualEnterpriseApplicationPlatform）SCM/ERPCAOCAOCAQCAQX...X...工程/产品数据计划/管理数据工艺过程规划产品规划产品设计制订生产计划生产市场开发销售服务CADCADCAPPCAPPCAQCAQCAMCAMCAxCAxPDMMESInternetIntranetExtranet电子商务增值链虚拟产品知识库知识库产品2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage218、现代集成制造系统技术的发展现状与趋势（1）数字化飞机美国B777的应用效果开发周期：9年－4.5年成本降低：25％100％整机数字化设计世界垄断与霸主地位2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage228、现代集成制造系统技术的发展现状与趋势（2）数字化轿车技术趋势数字化设计制造虚拟样机全球采购和分销大规模定制通用公司应用状况开发周期（48月－24月－12月）碰撞试验（100次－50次）个性化定单－3小时通过在线采购降低成本10％产品概念设计产品详细设计2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage23现代集成制造系统技术的发展现状与趋势（3）敏捷制造与虚拟公司产品生命周期管理2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage24现代集成制造系统相关技术发展趋势（4）现代集成制造数字化企业虚拟制造全球化敏捷制造智能制造绿色制造集成化：集成化：CIMS系统集成技术的发展数字化：数字化：数字化设计制造与管理技术的发展虚拟化：虚拟化：虚拟现实与仿真技术的发展网络化：网络化：知识型新产品竞争与全球网络建设智能化：智能化：人工智能及其在生产中的应用绿色化：绿色化：环境保护的约束与压力2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage25二、产品设计数字化2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage261、产品设计数字化的内涵仿真设计+-对产品的需求：目标、功能、性能产品的外形、组成、结构、参数产品的功能、性能、行为CAD、CAPP、CAM外观设计CAE、DFM、DFA动力学、控制系统2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage272、产品设计数字化的技术的发展（1）CADCAECAPPCAQCAFDCATDCATCAX/设计工具/信息集成2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage28产品设计数字化的技术的发展（2）并行工程使能技术与工具产品数字化建模、信息集成CAx、DFx、PDM开发过程重组过程建模、分析、改进、监控等集成产品开发团队计算机网络数据库CSCW协调与冲突仲裁组织环境协同工作环境2010年9月24日FridayTheNationalCIMS/ERC,TsinghuaUniversityPage29并行工程的认识国外对产品开发问题的认识－汽车、电子、武器系统等•产品开发早期阶段决定产品成本的绝大部分；•设计早期的决策错误对后续的影响是1×10原则；由此可见，早期阶段作出正确决策是产品开发成功的首要因素。决策成本消耗成本成本［%］概念设计生产、装配与维护产品生命周期详细设计工艺设计原型制造100%83%7%1X10001X1001X101设计错误对下游的成本影响概念