智能制造创新中心建设方案.docx
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智能制造创新中心建设方案
智能制造创新中心
建设方案
遵照智能制造的总体要求，海内外联合项目团队一如既往秉承“卓越、创新、负责”的精神，认真准备了此份方案。
本文主要包括如下要点：
1）第一章创新中心成立的背景和意义。
文章从智能制造、工业4.0、供给侧改革、创新驱动发展、东莞制造2025、创建高水平理工科大学等维度分析了创新中心成立的必要性。
提出创新中心拟针对本地区行业共性问题开展数字化工厂应用技术的研发，共同打造智能制造公共服务平台，共建智能制造特色产业学院，助推广东省“创新驱动发展”战略和“东莞制造2025”战略的落地实施。
2）第二章建设思路、目标及重点解决的问题。
创新中心立足东莞，面向珠三角和“东莞制造2025”相关的技术开发和人才培养，以及东莞理工学院智能制造学科群的建设问题，通过消化吸收先进的数字化工厂建设和智能制造技术，逐步形成自主创新能力，建成高水平的智能制造的研发平台和高层次智能制造人才的培养基地，推动本区域的制造业升级发展，协助“东莞制造2025”的落地实施。
3）第三章运营与管理。
从中心的创新机制开始论述，涉及运营体制、管理与组织架构，重点是运营模式（包括：
研究院、社会服务、学科专业建设、众创空间），最后是关于社会效益和经济效益的描述与计算。
4）第四章建设内容。
本章从蓝图规划入手，整体上展现创新中心的总体架构和组成部分。
重点阐述数字化工厂能力中心、教学平台、专业实验室、行业解决方案和先进自动化实验室。
5）第五章实施规划与投资预算。
本着总体规划、分期实施的原则，把创新中心规划的内容分为一期、二期和远期建设规划。
第1章建设内容
1.1蓝图规划（LF）
1.1.1规划原则
工业4.0是对未来制造的愿景，其理念的实现可能会花上20年至30年，甚至更长的时间。
而《中国制造2025》也提出的是通过“三步走”，到新中国建国一百年时实现制造强国的战略目标。
随着时间的推移，将会涌现出更多的新技术、新的制造业务模式，人们对工业4.0理念下的智能制造的理解也将更加深入和细化，因而在“东莞理工-联合智能制造创新中心”的建设中需要立足当下，面向未来，坚持“先进性、实用性、示范性、开放性”相结合的原则：
∙先进性：
保持与国际领先技术的同步，引领的是最先进的智能制造知识、技术与产品；
∙实用性：
针对东莞工业企业尤其是3C行业，提供智能制造的落地技术和人才培训，加快产业升级，提速地方经济发展；
∙示范性：
政府、企业、教育和个人创客多方交流合作分享研究成果；
∙开放性：
能够兼容并可以升级到未来的先进技术和产品，为创新中心的扩展留有余地。
1.1.2创新中心蓝图
东莞理工-联合智能制造创新中心蓝图如下图所示，创新中心包括数字化工厂能力中心、教学平台、专业实验室、先进自动化实验室和行业解决方案研究中心。
图2创新中心蓝图设计
1）数字化工厂能力中心（DigitalFactory-CenterofCompetence）
数字化工厂能力中心将面向工业4.0先进理念，引入在数字化工厂领域成熟的经验和能力，结合东莞当地产业的实际需求而建设。
能力中心将全面体现数字化双胞胎（DigitalTwin）的验证即生产，实体即数据两大核心理念，既涵盖虚拟的软件部分，又包含实体的生产线。
产线又包括数字化工厂示范线和面向区域内重点行业的数字化工厂行业线。
总体上可以称为：
1+1+N（1个能力中心+1个数字化工厂示范线+N个数字化工厂行业线）。
数字化能力中心以数字化工厂为蓝本，但是又不同于本身的数字化工厂，数字化能力中心着力于把数字化工厂背后的强大软件体系搬到前台来，通过一个一个站点/工位的形式展示出来，让参观者和实践者不仅能够理解数字化工厂的实际产线的运营原理，更能够亲身体验支持产线运营的软件以及软件如何与硬件无缝集成。
2）教学平台（EducationPlatform）
依托创新中心整体平台，结合东莞理工师资力量，在全球最佳业务实践的指导下，开发并不不断丰富面向智能化、数字化相关的课程体系和认证体系。
卓越课程体系
∙专注于已经具有一定行业知识的人才
∙面向数字化工厂整体架构
∙让他们成长成为高级的卓越型人才
∙行业深度发展
∙培养企业金领
技术课程体系
∙关注并对已经具有一定技能的人才进行培养
∙面向专业业务领域
∙获得与业务相关的数字化知识与技能
∙培养企业白领
技能课程体系
∙关注企业实际运营过程中的关键技术
∙面向专业技术领域
∙获得与专业技术相关的数字化知识与技能
∙培养企业灰领
3）专业实验室（ProfessionalLaboratory）
专业实验室是为了展示数字化能力中心的深度，根据当地实际需要而设立的以某专业业务、技术领域为目标的专业实验室。
制造企业或者创客在体验数字化能力中心后，如果对某些单项技术感兴趣，需要深入了解和研究，那么可以选择对应的专业实验室。
专业实验室的建设涉及软件、硬件以及深厚的技术和行业积累，普通企业或创客考虑到资金、技术等限制，可以在创新中心共享专业实验室，并且可以依托专业实验室建立产学研和技术成果交流、转化平台。
4）先进自动化实验室（AdvancedAutomationLaboratory）
引入全球领先的自动化技术，开设新型实验室，使学员掌握较为扎实的单元技术；通过不同单元的柔性组合，满足学员个性化学习的需要，培养学员系统、集成、科学地应用现代自动化工程知识的能力和再创造能力。
总体建设目标：
∙能够达到区域内高等教育领域同类专业的领先水平，在工学结合人才培养模式改革方面取得较大突破，对其他高等院校相关专业的建设和发展具有示范引领作用。
∙对专业群的示范拉动作用得到明显体现，专业群各专业实力得到极大增强，专业教学条件明显改善，师资队伍整体水平得到明显提高，专业群各专业可持续发展能力得到了极大的增强，从根本上为提高高等教育水平奠定基础。
∙实验室将成为适合工学结合进行校内生产性实习的实训基地；
∙将形成区域内自动化技术方面的人才培训基地，在保证教学的同时，可以扩大在职培训、再就业培训规模，为区域经济发展提供人才保障。
∙可以为区域内运动控制、过程控制、认识实习、生产实习学生提供实训场地和教学服务，同时可以为各个院校进行师资培养，推进区域内职业技术教育的发展。
∙可以利用中心优势更好的对外开展产学合作和技术服务，积极参与地方经济建设，推动区域技术进步和经济发展。
5）行业解决方案研究中心（IndustrySolutionResearchCenter）
行业解决方案研究中心是面向区域内特定行业而建立的以提供数字化解决方案为目标的研究中心，以行业内的全球标杆企业KnowHow为基础，提炼出该行业的最佳业务实践BestPractice，这些最佳业务实践以知识库、流程、模板等方式预置在数字化软件中。
企业或者创客可以依托行业研究中心，以虚拟体验的方式来向全球领先企业学习。
1.1.3定位与关联关系
1）数字化工厂能力中心（DigitalFactory-CenterofCompetence）
数字化工厂能力中心是创新中心的核心组成部分，也是创新中心最重要展示、体验场所。
外部客户（企业、创客等）在行业研究中心需要看落地方案时，可以到数字化工厂能力中心体验。
数字化工厂能力中心也是教学的实训基地，可以承担辅助教学的任务。
专业实验室和先进自动化实验室研究的成果也可以在数字化工厂能力中心得到集成应用。
2）教学平台（EducationPlatform）
教学平台是创新中心的教育培训职能的具体体现。
教学平台除了需要依托创新中心开发课程和认证体系外，还需要把数字化工厂能力中心、专业实验室、先进自动化实验室作为教学实训基地。
3）专业实验室（ProfessionalLaboratory）
专业实验室是数字化技术深度体现的场所，也是软硬结合专项技术的研究基地。
专业实验室是数字化工厂能力中心的深度延伸和有益补充，也是行业研究中心专项技术的承载实体。
如前所述，专业实验室也是教学平台的实训基地。
4）先进自动化实验室（AdvancedAutomationLaboratory）
先进自动化实验室是引入全球领先的先进自动化产品的专业实验室。
先进自动化实验室和专业实验室一样是数字化工厂能力中心的深度延伸和有益补充，也是行业研究中心专项技术的承载实体。
如前所述，先进自动化实验室也是教学平台的实训基地。
5）行业解决方案研究中心（IndustrySolutionResearchCenter）
行业解决方案研究中心是面向区域内特定行业的虚拟研究中心，企业或者创客可以依托行业研究中心，以虚拟体验的方式来向全球领先企业学习。
行业解决方案研究中心是面向企业服务的门户，企业可以在行业解决方案研究中心中获得全球最佳业务实践，如果想深入体验，可以拓展到数字化工程能力中心全面了解，也可以进入专业实验室和自动化实验室深入研究。
1.2数字化工厂能力中心（LF）
1.2.1总体规划
面向工业4.0数字化工厂能力中心将面向工业4.0先进理念，引入在数字化工厂领域成熟的经验和能力，结合东莞产业的实际需求而建设。
能力中心将全面体现数字化双胞胎（DigitalTwin）的验证即生产，实体即数据两大核心理念，既涵盖虚拟的软件部分，又包含实体的生产线。
覆盖产品设计、设计分析、工艺规划和仿真、生产控制和执行、零件加工与产品装配、检测和分析、管理看板等业务领域。
能力中心总体布置如下图所示：
图3能力中心布局设计
图4数字化工厂示范线
1.2.2软件部分
1）产品设计与仿真
产品设计与仿真解决方案提供了企业所需要的高性能和领先的技术，使企业可以控制复杂性并参与全球竞争。
NX支持产品开发中从概念设计到工程和制造的各个方面，为企业提供了一套集成的工具集，调不同学科、保持数据完整性和设计意图以及简化整个流程。
借助应用领域最广泛、功能最强大的最佳集成式应用程序套件，NX可大幅提升生产效率，以帮助企业制定更明智的决策并更快、提供更好的产品。
除了用于计算机辅助设计、工程和制造（CAD/CAM/CAE）的工具集以外，NX还支持在设计师、工程师和更广泛的组织之间进行协同，为此，它提供了集成式数据管理、流程自动化、决策支持以及其他有助于优化开发流程的工具。
下图是NX解决方案覆盖的内容，涉及包括产品设计、仿真和制造在内的整个开发过程。
图5产品设计与仿真
2）工艺规划与验证
∙零件工艺规划与验证
通过Tecnomatix零件规划与验证，企业可以准确高效地定义制造流程计划并直接将其与生产系统关联起来。
有效管理此计划的数据对该流程而言至关重要。
制造规划团队必须能够轻松获得这些信息，根据按顺序执行的流程步骤组织这些信息，并使车间工作人员能够轻松访问其最新版本。
借助此解决方案中的零件规划功能，可以重复使用经过检验的制造工艺流程，从而缩短规划时间，确保车间工作人员使用首选的方法和资源。
当车间人员和系统访问制造规划数据并将其直接应用到生产中时，还能够减少错误和延迟。
Tecnomatix零件规划与验证将协同设计与制造，直接利用数字化产品数据进行结构化工艺设计，关联产品、资源、工厂数据，实现了从产品设计到工艺、制造的业务集成，包括：
产品设计（数据获取）、工艺设计、工装设计、工艺仿真、工艺卡片与统计报表、MES/ERP集成、知识管理及资源管理。
在数字化工艺设计方面，可以及时获取准确三维设计数字化模型，维护工艺与设计的一致性；提高工艺编制质量与效率，减少错误与返工；相关部门获取实时、准确工艺数据，改进了工作质量和效率；丰富、直观的工艺报表，减少了无效工作时间和出错机会。
在制造数据管理方面：
与产品相关的设计、工艺、工装、制造、项目管理等部门在统一数据平台协同工作，在正确的时间获取正确的数据，减少差错，提高效率；在数控编程及管理方面：
面向产品设计三维数字化模型的编程，识别零件特征与公差要求，基于典型零件和特征的模板化编程，极大地提高编程效率，改善质量，减少对员工经验的依赖。
图6零件工艺规划与验证
∙装配工艺规划与验证
Tecnomatix装配规划与验证能够以虚拟方式设计和评估装配工艺方案，以迅速制定用于制造产品的最佳计划。
可以同步产品和制造需求，管理更加全面的流程驱动型设计（装配设计）。
通过使用工具提供对装配顺序、资源和活动持续时间的清晰可见性，制定更明智的制造决策。
该解决方案通过提供最佳工具来重用已经过验证的解决方案和最佳实践，从而提高生产效率。
当在虚拟环境中验证和优化新的流程和技术时，可获得检查制造流程的灵活性，而且不会影响当前制造流程。
Tecnomatix装配规划与验证建立于企业PLM平台之上，由流水分工、MBOM创建、结构化工艺设计、工艺仿真与优化、可视化工艺输出、工艺统计报表部分组成，并实现各环节的数据管理，与PLM系统共用制造资源库。
系统与产品设计、工装设计、维护维修、试验测试等系统实现数据共享和协同，与ERP、MES实现系统集成，如下图所示。
图7装配工艺规划与验证
3）NC编程
图8数控编程与仿真
数字化制造系统/数控编程仿真及管理体系主要由以下几部分组成：
∙NXCAM数控编程
针对数控加工，NX在单一系统中提供了广泛的功能，满足模具零件加工、机械零件加工、复杂零件加工等各种要求，其功能包括：
2-5轴铣加工，车削加工，多功能加工，电火花线切割，钻削加工..基于特征的加工，加工编程自动化，刀具轨迹模拟，材料去除模拟，三维加工机床运动模拟，后置处理器的定制，以及后处理生成NC代码，切削参数库（进给速度，主轴转速，刀具等）。
数控加工工艺文档输出。
∙NXCAMISV机床仿真
在NX软件进行加工模拟仿真的过程如下图所示，包括了对NX内部加工编程的模拟仿真及对外部加工编程的模拟仿真。
∙TCM+NXCAM数据管理
NXCAM无缝集成在TCM平台中，可进行数控刀轨、NC代码、机床仿真数据的有效管理。
图9仿真
4）机器人编程与仿真
数字化制造Tecnomatix机器人与离线编程解决方案提供了基于产品生命周期管理平台的共享数据环境，用于开发自动化机械和自动化生产系统。
该解决方案能够满足多个级别的机器人仿真和工作站开发需求，既能处理单个机器人和工作台，也能处理完整的生产线和生产区域。
通过使用虚拟调试工具，可以改善多个制造部门之间的沟通和协调，从而做出更明智的决策。
可以减少自动化系统投入使用时的错误，并能大大缩短系统上线安装工作的时间。
通过提高设备设计、系统逻辑开发、地面空间利用过程的质量以及降低成本，实现具备高效生产效率的制造系统。
借助Tecnomatix机器人与离线编程，制造商能够通过产品生命周期管理平台，以虚拟方式开发、仿真和调试机器人以及其他自动化制造系统，从生产专用产品的工厂到综合采用多种生产方式的混合模式生产工厂，都可以应用这些系统
∙Tecnomatix机器人与离线编程主要特征
①制造特征分配及管理。
②通过工位层面的开发，能够协调工作单元。
③能够处理机器人区域制造配置。
④支持多种产品型号，混线以及变型产品。
图10机器人与离线编程
图11协同工作环境：
各种高效工具
图12协同工作环境：
从规划到仿真
5）工厂布局与产线设计
正如产品设计需要参数化一样，工厂布局与产线设计也需要一种可视化、参数化的设计手段。
公司的LineDesign就是这样的一种工具。
公司的数字化工厂布局设计方案提供了解决整个工厂范围内所有布局设计的问题，如活动区域的分析、空间安排、材料存放系统、拥塞程度分析、设备安装、布局成本考核、设备标识和使用情况等。
LineDesign可以大幅缩短产品的设计及投产周期。
它利用灵巧设计和智能工厂对象技术实现了整个工厂的并行工程设计，而不仅仅只是局部的优化；它可以迅速简便地创建、分析和展示可视化的工厂模型。
LineDesign具有把握控制大型工厂模型所需图形和逻辑细节的空前能力；同时，它又为使用普通计算机的工程师及绘图员提供了简单的界面及小型模型尺寸。
图13工厂布局与产线设计
6）生产与物流仿真
PlantSimulation是关于生产、物流和工程的仿真软件。
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。
PlantSimulation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；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。
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。
用PlantSimulation可以为生产线中的各种生产设备、生产线、生产过程建立结构层次清晰的模型。
这种模型可以包括供应链、输送系统，储存系统，生产资源、控制策略、生产过程、管理过程等。
用户通过各种分析工具、统计数据和图表来评估不同的解决方案并在生产计划的早期阶段做出迅速而可靠的决策。
图14生产和物流系统仿真功能组件
整个生产过程包括各种自制的生产设备和输送设备，包括特定的工艺过程，生产控制和生产计划。
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；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。
PlantSimulation完全具有上述的技术能力。
PlantSimulation的面向对象的技术，层次化的结构，对象的继承性和灵活的控制方法保证了对大型的，较复杂的生产系统的仿真。
图15生产和物流仿真
7）质量控制计划
制造企业一定面临着将工程设计转化为制造和质量规划的任务挑战，同时也很清楚采用手工方式编写质量规划的工作不仅耗时，而且还无法确保所有的质量信息都被体现在了质量规划的文档中。
随着MBD（Model-BasedDefinition,基于模型的定义）技术的推广，要求下游的数据使用者用新的工作流程来代替传统的基于图纸的手工方法，尤其是质量工程师如何基于3DCAD模型快速创建检测规划。
在进行首件检测时，一个零件有几百个甚至是上千个特征需要进行验证。
这些特征包括材料要求、尺寸、公差、涂层、注释与规格等等。
这些信息将被用来在质量规划中支持检测工艺的编制，而检测工艺用来验证在制的零部件满足设计规格要求。
由于缺乏在3D模型中捕获这些信息的标准，工程师采用了各式各样的方式来表达这些数据，效率低下。
因此企业就需要这样的一系统，可以将3DCAD转化到特有的系统中来进行质量工程流程的管理，以确保所有的检测特性都能在质量规划文档中得到体现。
这正是的QPE（QualityPlanningEnvironment）所能带来的。
QPE具有伸缩性构架用来从多种格式的设计3D模型中获取设计工程信息。
QPE具有自动检索模型来抽取关键尺寸并将公差信息应用到缺少设计注释的CAD模型上去的能力。
这样就可以为供应商针对不同的MBD实现提供不同的应用程序提供最终解决方案。
图16质量控制计划
图17FMEA失效模式分析
8）车间计划APS
APS系统排程过程中，就是生产订单根据制造BOM生成对应的生产工单，对生产工单的任务安排。
进行任务安排时，还需要根据现场的在制情况，下阶物料的在库、在途情况进行整体安排。
因此排程时，需要制造订单、库存、在途采购，同时还需要考虑设备保养等非产出任务对产能的占用。
APS中采用统一的订单管理进行制造订单，库存，采购和保养的管理，通过不同的订单类型进行区分。
APS订单中可以维护订单代码，客户，物品信息，交付日期等基本的交易信息，还可以维护优先级，物品工艺路线，订单规格等排程相关信息。
同时APS系统排程后可以直观的在订单管理中体现排程结果，如前后订单的关联，计划开始时刻，计划结束时刻等。
图18高级排程APS
9）生产执行MES
MES系统可以帮助企业提升制造现场的管理水平，优化工艺流程，改善产品质量，实现精益生产，降低能源损耗，减少库存，降低成本等，并给管理人员及领导层提供决策支持,以便能够对市场变化快速准确地作出反应。
图19生产执行
10）零件加工
数字化零件加工，涵盖零件模型的准备、工装与夹具设计、CAM编程、DNC管理、虚拟机床、CNC、CMM编程、工艺规划、刀具库管理、车间数据访问、CMM检测执行等内容。
图20零件加工
图21车间数据访问
11）质量检测与分析
数字化检测解决方案，提供了从三坐标测量机（CMM）检测编程到三坐标测量检测执行的基于MBD的数字化检测一体化解决方案，涵盖了从制造工程到生产执行的环节。
包含NXCMM检测编程和CMM检测执行两大模块。
该解决方案通过重用MBD模型，极大地缩短了编程时间（最低可降低80%）；确保按公司标准检查所有的零部件是否合乎要求；捕捉并分享最佳实践；无需物理部件或机床，就能创建离线程序；有利于在整个流程中快速高效地传达设计变更；简化了软件部署的足迹（只需一套系统，就能实现CAD、CAM和CMM）。
图22基于模型的质量检测解决方案
12）数字化装配与电子作业指导书
以三维装配模型和BOM为核心，涵盖三维设计与仿真、EBOM/MBOM管理、工艺路线规划、数字样机、装配工艺仿真、工艺流程优化、质量分析、2D/3D工作指导书、装配工艺文档、技术文档发布、三维下现场、生产/质量反馈等内容。
图23数字化装配
电子作业指导是一个技术工作包，里面包含了MOM在执行制造、装配或者测试工序、工步时所用到的经过授权的相关技术资料。
通常情况下，工人需要花费几个小时的时间来寻找传统的纸质作业指导文件，而且这些文件极容易被损坏或者丢失，也不一定能够保证是准确的。
MOM中提供的电子作业指导，是工人当前需要的唯一的并且准确的作业指导书。
最重要的是，EWI是以电子的形式提供给工人。
EWI可以关联到工艺的不同层级，比如：
工艺、工序、工步。
以下是EWI所包含的典型数据类型：
1）工艺、工序、工步文字描述：
指导性的文字描述可以让工人实时地以正确的顺序执行正确的操作。
标记、警告、警示等都可以定义进来。
2）工序/工步所使用到的零部件：
列出每个工序/工步上所用到的带着正确属性的零组件，这些属性包括：
零件号、描述、数量、分类、类型、位置等。
另外，零部件的二维工程图和三维模型也可以关联进来。
3）工序/工步所使用到的制造资源（比如工具）：
列出每个工序/工步上所使用到的工具，这些工具也带着对应的属性，比如：
工具号、描述、数量、分类、位置等。
另外，工具的二维工程图和三维模型也可以关联进来。
4）二维工程图、三维模型、图片：
不同类型的媒介可以被关联到工序/工步层面，可以在MOM中直接浏览。
5）文档（word文件、Excel文件、PowerPoint文件、PDF报告和规格书）：
各种不同类型的数据集。
图24生产作业指导EWI
13）管理看板&虚拟工厂
∙生产看板
提供生产线产品信息、作业信息、计划数量与完工数量。
建立工艺路线生产过程控制的基础上,系统可以提供以下方式的生产报表，实时生产报表,生产进程看板:
用于实时显示当前的生产报告，如右图示。
图25实时生产报表
由每一客户的报告格式，报表内容等的差异，系统提供了可灵活设置的参数定义用户报表内容。
∙告警看板
生产过程监控是对主要是便于工厂相关人员可以即时了解到生产现场的各种信息，包括生产进度的信息、设备的运行状态、物料的使用情况、异常情况等，它是在集成了底层控制系统的监视界面的基本之上，与MOM中的相关业务信息进行综合展示的一个结果。
生产过程监控是以企业的整个生产的物料设备为基础来进行组织的。
对于该模块我们将提供如下功能：
全厂监控总图、终端监控二大部分，同时在全厂监控总图
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