单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,人工智能技术基础,人工智能技术基础,前 言,目录,9.1,数字工厂应用场景,9.2,工厂仿真,9.3 VR/AR,的应用,9.4,数字化工厂案例,前 言目录9.1 数字工厂应用场景9.2 工厂仿真9.3,9.1,数字工厂应用场景,9.1 数字工厂应用场景,现代工厂已经实现了装备数字化、管理数字化、设计数字化、产品数字化和生产过程数字化。,装备数字化主要内容有实时硬件装备集成、多源异构数据采集、生产指令传递与反馈。装备数字化能够知道本系统的加工能力和状态，能够监控和自主优化加工过程，能够自行度量工作（输出）的质量，能够不断持续学习和提高自己的能力，能够实现与企业层和设备控制层实时交换数据，能够形成制造决策、执行和控制等信息流的闭环。,管理数字化让机器学会从目标任务分解为正确的资源计划，规范化各类管理指令、资源配置信息如同智能工厂所能读懂的语言。管理数字化表现为数字化制造执行层、产品经营过程数字化、技术支持与服务过程数字化、信息和知识数字化。,现代工厂已经实现了装备数字化、管理数字化、设计,设计数字化使得客户和生产商、供应商的协作研发成为现实，它帮助制造企业通过逆向工程等技术，高效率地开发出先进、实用、高性能价格比的产品。,产品数字化由产品数字仿真原型和虚拟实现技术、虚拟产品样品,Virtual prototyping,、虚拟制造仿真,Virtual Manufacturing(VM),组成，能够将实物原型转化为精准的数字原型，同时将所有实现这一产品的工艺参数进行集成。,设计数字化使得客户和生产商、供应商的协作研发成,9.2,工厂仿真,9.2 工厂仿真,越来越复杂的产品和制造过程给世界级制造商提出了“尽快上市”和制造资源优化等挑战。制造工程团队被要求依据成本、质量和投产目标投放无瑕疵的新产品。,为了应对这些挑战，业界领先的制造商利用其结构化的知识积累以及可重用的产品和资源三维模型，验证产品的制造过程，结合最新技术，能够高效而且几乎自动地进行数千个验证试验，以确保生产以最优化的方式得以进行，如图,数字化工厂仿真,越来越复杂的产品和制造过程给世界级制造商提出了,9.2.1,工厂仿真与数字化工厂的概述,工厂仿真，并不是针对一些设备的机械的动作的一般仿真，而是指整体系统仿真。,过程仿真的概念,系统仿真是评估对象系统（例如制造系统、物流仓储、生产计划等）的整体能力等为目的的一门专业技术。是一个利用三维环境进行制造过程验证的数字化制造解决方案。设计生产者可以利用过程仿真在早期对制造方法和手段进行虚拟验证。该解决方案对产品和资源的三维数据的利用能力极大地简化了复杂制造过程的验证、优化和试运行等工程任务，从而保证更高质量的产品被更快地投入市场。,9.2.1 工厂仿真与数字化工厂的概述 工厂仿,系统仿真的发展基本上是伴随着仿真软件和优化算法的发展而成长的。而随着技术的发展和成熟，以及与其他信息技术的集成，而这种集成化的仿真技术也是未来发展的主要方向。目前，我们将集成化的系统仿真在制造行业的应用称之为数字工厂。,数字工厂的定义如下：在仿真环境中构建与现实工厂相对应的、完整的数字工厂，实现对实际生产过程的动态监测；同时基于仿真分析系统，可实现对规划方案前期的验证和优化，实现生产数据的多维分析，支持资源配置方案评估、多层次计划验证和优化等业务决策。,系统仿真的发展基本上是伴随着仿真软件和优化算法,工厂生产过程仿真的意义,随着全球范围内市场竞争的加剧，缩短产品的设计周期、生产周期、上市周期，降低开发成本已成为企业追逐的目标。多功能性、高独立性和产品的短期设计制造都给制造系统的规划和设计提出更高的要求。,据不完全统计国外复杂的制造系统约有,80%,的都没有完全达到设计要求，其中存在的问题,60%,都可以归结为初期规划不合理或失误。一个以批量方式进行生产的制造系统，要把生产设备、刀具、夹具、工件、生产计划、调度有机地组织在一起，这是一项非常艰巨的工程。因此，在制造系统建立之前必须进行充分的分析论证和合理的规划设计，这就要求对所研究的制造系统进行合理的建模和分析，如下图,工厂生产过程仿真的意义 据不完全统计国外复杂的制,“实线”是通过仿真技术建设工厂的成本和时间的关系，“虚线”是未仿真的工厂搭建成本和时间的关系。,建设工厂有无仿真成本和时间的关系,“实线”是通过仿真技术建设工厂的成本和时间的关,工厂仿真技术的先进性,工厂仿真完全可以按照工艺流程来建模，而且可以把各种对生产线有影响的因素都放进模型中，从而构建一个较精确的、符合实际物理情况的仿真模型。,在工厂仿真的仿真模型里可以分析在生产线上的生产计划的执行能力，如验证生产任务能否在规定的计划时间前完成；也可以优化生产的批量，特别在混线生产线上可以优化生产品种的投产顺序。,在工厂仿真的仿真模型里各种参数都可以随时更改,参数的更改不影响模型，特别在控制方法中的参数更改不需重新编译即可使用，同时也可以进行设定。,工厂仿真技术的先进性,9.2.2,现代工厂仿真软件介绍,对于生产系统仿真软件每个厂商的软件产品名称各不相同，有些称为生产系统建模与仿真软件，有些则称为生产系统规划与仿真软件，有些又称为生产仿真软件，还有称为数字化工厂仿真软件的，几种优秀的仿真软件介绍如下：,9.2.2 现代工厂仿真软件介绍 对于生产系统,DELMIA/Quest,DELMIA,软件，如图,9-18,所示，是达索公司的产品，包含面向制造过程设计的,DPE,、面向物流分析的,Quest,、面向装配过程分析的,DPM,、面向人机分析的,Human,、面向机器人仿真的,Robotics,和面向虚拟数控加工仿真的,VNC,等几个功能模块。,Quest,是针对设备建模、实验、分析设备分布和工艺流程的柔性、面向对象的、基于连续事件的专用模拟软件。,2D,图表和,3D,模型均可以通过按钮式界面、对话框、扩展标准库而得到，实时交互界面允许在运行期间对变量进行修改并观察各参数的演变。,Quest,可单独操作或从,DENEB,的其它产品中输入模型，准确的确定现有的或新的系统的优化车间布置、成本、工艺流程。在周边的机器人仿真器群等方面的功能也很齐备，适用于大型制造业生产线。,DELMIA/Quest,DELMIA,软件,DELMIA软件,Flexsim,Flexsim,，如图,9-19,所示，是美国,FlexSim,公司开发的三维物流仿真软件，能应用于系统建模、仿真以及实现业务流程可视化。,Flexsim,中的对象参数可以表示基本上所有的存在的实物对象,如机器装备、操作人员、传送带、叉车、仓库、集装箱等,同时数据信息可以用,Flexsim,丰富的模型库表示出来。,Flexsim,具有层次结构,可以使用继承来节省开发时间。而且它还是面向对象的开放式软件。由于,Flexsim,的对象是开放的,所以这些对象可以在不同的用户、库和模型之间进行交换,再结合对象的高度可自定义性,可以大大提高建模的速度。,FlexSim,具有完全的,C+,面向对象,(object-oriented),性，超强的,3D,虚拟现实,(3D,动画,),，直观的、易懂的用户接口，卓越的柔韧性,(,可伸缩性,),。,应用行业包括制造业、物料运输、仓储、矿业、卫生保健、后勤、供应链、航天等，如图,Flexsim,Flexsim,软件,Flexsim软件,第九章-数字工厂课件,Plant Simulation,如图,9-21,所示，是一款面向对象的集成建模物流仿真优化软件，是西门子,PLM,产品全生命周期解决方案中的一个不可或缺的组成部分。在规划阶段可透过,Plant Simulation,分析全厂之设施规划方案选择、设备投资评估、暂存区、生产线平衡、瓶颈分析、派工模拟及产能分析模拟及企业再造等模拟分析，属于平面离散系统生产线仿真器，齐备了周边的机器人仿真器群。可以与,CAD,、,CAPE,、,ERP,、,DB,等软件之间实时通信。与周边的机器人仿真器群之间有强有力的关联，面向大型制造业领域的仿真群中，和,DELMIA,软件实力相当，主要与周边系统联合起来灵活使用。,Plant Simulation,第九章-数字工厂课件,工厂和生产线物流过程仿真、优化的软件,Tecnomatix,是,Plant Simulation,的一部分，是用微软,C+,语言实现的关于生产、物流和工程的仿真软件（,Simulation in Production,Logistics and Engineering&its implementation in C+,），它是面向对象的、图形化的、集成的建模、仿真工具，系统结构和实施都满足面向对象的要求。从学术上归类，综上所述,Plant simulation,是一类典型的离散事件仿真软件工具，如图,Tecnomatix,软件界面,工厂和生产线物流过程仿真、优化的软件Tecno,9.2.3 Plant Simulation,仿真软件,Plant Simulation,可以对各种规模的生产系统和物流系统，包括生产线进行建模、仿真；也可以对各种生产系统，包括工艺路径、生产计划和管理，进行优化和分析；还可以优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链,考虑不同大小的订单与混合产品的生产。,9.2.3 Plant Simulation仿真软件,实现生产线和生产物流的仿真模拟,整个生产过程包括各种自制的生产设备和输送设备，也包括特定的工艺过程生产制和计划。针对这样一种特殊的、较复杂的、大型的生产线的仿真，要求仿真软件必须首先具有较复杂的生产系统和控制策略仿真的能力；也要求仿真软件具有良好的灵活性和扩展性，以满足各种特殊的情况，,Plant Simulation,完全具备上述的技术能力。,工业,4.0,开关智能柔性工厂仿真画面,实现生产线和生产物流的仿真模拟工业4.0开关智能柔性工厂仿真,层次化的结构,工厂仿真里面的层次结构，可以逼真地表现完整的工厂、一个复杂的配送中心或者一个国家的铁路网络，包括交通枢纽。在下图中所示的配送中心全视图中，用户可以单击对象的图像，通过不同的层次找到一个特定区城中一个特定传输的速度属性，这样就能保证每一个人（从高层管理人员到规划工程师和车间操作者）都能最好地理解仿真模型。,生产和物流系统层次化的结构,层次化的结构生产和物流系统层次化的结构,模型变更和维护,在设计一个系统时，该系统的仿真通常是与设计并行开发的，如图所示。这就意味着往往无法得到要的信息和数据，或者随着设计不断演进,需要更改这些信息和数据。因此，在实践中轻易，快速地修改和维护模型的能力就变得极为重要。,生产和物流系统组件模块图,模型变更和维护生产和物流系统组件模块图,工厂三维之可视化,利用设计者自己的三维组件，基于,Plant Simulation,搭建成的工厂仿真，同时,Plant Simulation,也提供了一个对全厂进行三维可视化处理的工具，三维表现与仿真模型紧密地集成在一起。系统状态（比如机器故障或堵塞等）会被自动显示出来。,工厂三维仿真可视化,工厂三维之可视化工厂三维仿真可视化,工艺流程、生产过程及参数的仿真优化,工厂仿真完全可以按照工艺流程来建模，而且可以把各种对生产线有影响的因素都放进模型中，从而构建一个较精确的、符合实际物理情况的仿真模型。,在工厂仿真的仿真模型里各种参数都可以随时更改，参数的更改不影响模型，特别在控制方法中的参数更改不需重新编译即可使用。你也可以设定参数的工作范围，由系统自动进行计算。,工艺流程、生产过程及参数的仿真优化,9.2.4,工厂生产系统仿真过程,生产系统仿真过程可以分为三个部分，仿真规划、建模、仿真优化。在仿真规划阶段，需要明确仿真要解决的问题，搜集需要的资料；建模阶段则包括设备及流程的建模；仿真优化则是对整个生产系统进行调整优化。,工厂仿真不仅需要工程师掌握仿真软件的操作技术，还需要对工厂的工艺、生产、流程等有深刻的理解，如图,仿真流程,9.2.4 工厂生产系统