模块一
任务一：
课后活动
一、填空题
1.数字化工厂以产品_全生命周期_的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行___仿真___、___评估____和___优化___，并进一步扩展到整个__产品生命周期__的新型生产组织方式。
2.数字化工厂主要涉及产品设计、生产规划与生产执行三大环节，数字化建模、虚拟仿真、 虚拟现实/加强现实(VR/AR) 等技术包含在其中。
3.车间数字是传统车间中的实体和行为在数字空间的映射。
4.数字孪生车间由四部分组成: 物理车间、虚拟车间、车间服务系统、车间孪生数据。
5.PLM软件解决方案是以___产品_为中心，以软件为手段，以灵活应对市场需求为目标。
二、问答题
1.根据所学知识，简述企业实现数字化管理， 一般来说要经历那几个步骤？
1）价值流程梳理
2）人员设备的全面升级
3）物联网
4）数据统筹分析
5）在线数字经营驾驶舱
2.根据所学知识，简要阐述数字化工厂三大环节的核心内容及优势所在。
“数字化工厂主要涉及产品设计、生产规划与生产执行”三大环节
1）产品设计环节——三维建模是基础
在产品研发设计环节利用数字化建模技术为产品构建三维模型，能够有效减少物理实体样机制造和人员重复劳动所产生的成本。同时，三维模型涵盖着产品所有的几何信息与非几何制造信息，这些属性信息会通过PDM/cPDM (产品数据管理/协同产品定义管理)这种统一的数据平台，伴随产品整个生命周期，是实现产品协同研制、产品从设计端到制造端一体化的重要保证。
经历了三十余年的发展，数字化建模技术已经相当成熟，至今使用三维CAD设计软件的全三维建模技术在制造业的应用已经相当普及。数字化建模技术的应用始于航空航天领域，由于对产品和零部件的精度、质量、加工工艺有着比其他行业更加苛刻的要求，航空航天工业让数字化建模技术的效用得以充分发挥。例如，美国波音公司在其737 -NXK和787的设计制造中，利用数字化建模技术，不但有效缩短了研制周期，大幅降低了研制成本，而且通过PDW/cPDM，有效实现了产品设计与制造环节的信息协同，从而大幅提高了生产效率。
2）生产规划环节一工艺仿真是关键
在生产规划环节，基于PDM/cPDM中所同步的产品设计环节的数据，利用虚拟仿真技术，可以对于工厂的生产线布局、设备配置、生产制造工艺路径、物流等进行预规划，并在仿真模型“预演”的基础之上，进行分析、评估、验证，迅速发现系统运行中存在的问题和有待改进之处，并及时进行调整与优化，减少后续生产执行环节对于实体系统的更改与返工次数，从而有效减低成本、缩短工期、提高效率。
虚拟仿真技术广泛应用于汽车、船舶及其他大型设备制造过程中。例如，大众汽车公司旗下斯柯达捷克工厂，即采用西门子的Tecnomatix，利用虚拟仿真工艺路径规划，来减少实际生产线调整改进所需要花费的成本。
此外，随着“人”在制造业中的地位和作用逐渐被重新认识，虚拟现实\加强现(VR/AR) 技术的应用也日渐增多，使人能够融入虚拟仿真环境之中，如身临其境一般参与生产规划。
3）生产执行环节一数据采集实时通
早期的数字化工厂，其实并不包含生产执行环节，但随着制造业企业具体实践与应用的发展，数字化工厂的概念开始向覆盖产品整个生命周期的全价值链拓展与延伸，作为将产品从设计意图转化为实体产品的关键环节，生产执行无疑应该是数字化工厂的关键一环。
这个环节的数字化，体现在制造执行系统(MES) 与其他系统之间的互联互通上。MES与ERP、PDM/cPDM之间的集成，能够保证所有相关品属性信息从始至终保持同步，并实现实时更新。
3.根据所学知识，简要阐述数字化工厂的关键技术有哪些。
1）数字化建模技术
通常研究的制造系统是非线性离散化系统，需要建立产品模型、资源模型制造设备、材料、能源、工具夹、生产人员和制造环境等。工艺模型工艺规则、制造路线等以及生产管理模型系统的限制和约束关系。数字化工厂是建立在模型基础上的优化仿真系统，所数字化建模技术是数字化工厂的基础。
2）优化仿真技术
随着虚拟设计技术的发展，在计算机中进行产品零件的三维造型、装配分析和数控加模拟技术以及以工程分析技术不断发展和完善，这种技术进一步向制造过程领域发展。数字化建模的基础上，对制造系统进行运动学、动力学、加工能力等各方面进行动态仿真优化。
3）虚拟现实技术
文本信息很难满足制造业的需求，随着三维造型技术发展，三维实体造型技术已得到普遍的应用具有沉浸性的虚拟现实技术，使用户能身临其境地感受产品的设计过程和制造过程，使仿真的旁观者成为虚拟环境的组成部分。
4）软件之间的重组和集成
数字化工厂软件模块之间以及和其他软件模块之间的信息交换和集成。
5）应用工具
产生虚拟环境的工具集、各种数据转换工具、设备控制程序的生成器、各种报表的输出工具等。
任务二
课后活动
一 填空题
1.基础数据管理包含工厂、车间、生产线和工位数据、组织结构数据、生产角与员工数据。
2.MES是面向车间级业务有序、协调、可控和高效进行而建立的全业务协同制造平台，其对企业价值主要体现全过程管理、全方位视野、全员参与形式。
3. MES制造执行系统未来发展趋势主要有使产品有足够的质量性能优势、使产品有足够的交付优势、使产品有足够的成本优势、在客户心目中科兴有足够的服务优势、使企业各级管理者享用清洁及时的生产数据、企业的管理人员。MESA 归纳了MES的十一个主要功能模块，包括：1）资源分配和状态管理、2）工序详细调度3）、生产单元分配、4）文档管理、5）数据采集、6）人力资源管理、7）质量管理、8）过程管理、9）维护管理、10）产品跟踪和产品清单管理。
二、问答题
1.根据所学知识，简述MESA对MES所下的定义。
“MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生
实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。
2.根据所学知识，简述MES制造执行系统对企业的影响。
在工业4.0背景下，企业需要推动智能制造，构建智能工厂、智能生产、智能物流和智能服务体系，主要从以下几个方面进行说明：
① MES深度融入企业运营环节
智能工厂中的机器将全部由软件控制，工人只需要通过MES现场的操作计算机或者移动终端就可以完成生产，MES结合企业运营的其他工业软件构建一个高度协同性的生产系统，对企业的设计、采购、销售、计划、制造和运维服务各个环节，对每一个与制造相关的指令能够精确调度、发送、跟踪和监控该指令影响生产的过程，成为实现车间制造智能化的基本技术
手段。MES收集及整合整个智能工厂的业务数据，通过工业大数据的分析整合，使其全产业链可视化，达到生产最优化、流程最简化、效率最大化、成本最低化和质量最优化的目的。
MES系统集成了生产计划管理、生产设备管理、生产过程管理、生产质量管理、物料和产品追溯管理、制造资源管理、看板和可视化展示等子系统模块，将制造业企业的人、机、料、法、环等生产要素有机结合在一-起 (如图1-2-2) 。部分功能示例如下:
MES实施
智能排产:多模型排产，根据条件变化实现动态调整。
设备管理:设备运行数据实时采集，基于数据分析进行设备预测性维护。
物流协同:利用物流调度指令实现物料高效流转按指令快速配送，减少物料等待时间，物流协同管理促进库存最小化。
生产质量追溯:生产全过程实时监控，通过质量控制实现交付产品高质量，根据检测数据实现批次及履历可追溯。
生产预警:零故障为目标，对设备故障实时预警，生产过程问题实时警示。
可视化展示:全面图报表多维度分析数据指标，多种看板实时展示全局效率及利用率，车间现场可视化展示促进生产持续改进。
伴随着制造企业的发展，未来制造企业势必也是一个软件公司，软件系统的应用也会越来越多，MES一定会成为制造企业运营的基石。中国制造到中国智造，中国制造到中国创造，作为新时代的大学生，我们责任在肩、负重前行，引导学生树立“开天辟地、敢为人先”的红船精神。
重新定义的MES的位置与其他业务板块同等重要：
以网络化和扁平化的形式对企业的生产计划进行“再计划”，“指令”生产设备“协同”或“同步”动作，对产品生产过程进行及时的响应，使用当前的数据对生产过程进行及时调整、更改或干预等处理:
针对大规模定制的需求可以实现柔性排程和调度汽车驾驶教程；
采用多向直接的通讯，在整个企业的产品供需链中，即向生产过程人员传达企业的期望(计划)，又向有关的部门提供产品制造过程状态的信息反馈，还要告知车间底层装备之间加工的法则，彼此的加工状态。
既不同于类似于ERP的企业运营系统，也不同于企业的过程控制系统，使用MES的经验表明，它不再单纯只针对制造过程进行优化，可以延伸至企业运营的其他的板块，缩短产品的研发周期，提高生产效率，降低单元的产品的制造成本，提高产品的不良率和能源利用率。
②MES在业务应用范围更加深入
传统MES的作用就是实现企业的连续信息流。并通过对信息的传递和处理，对订单下达到产品完成的整个生产过程优化管理。
模块三
任务一
一、填空题
1.MES制造执行系统的特点就是能实时收集生产过程中各类__信息__、___数据__,连接__实时数据库_和_关系数据库_,对生产过程进行过程监视、_控制和诊断、环境监测_单元整合、___模拟和优化__，作数据分析及供管理层追湖查询。
2.MES系统就会客观的记录整个完整生产过程中产生的所有数据，包括__设备运行时间_、设备运行状态、设备关键参数数据、换料记录、物料防错、生产数量、质量抽检数据、自动检测不良项目、不良比例等。
3.数据的实时性和准确性是决定一个MES制造执行系统软件项目实施成败的重要关键环节。
4. 数据收集是MES制造执行系统业务进行的根本，也是MES制造执行系统进行统计分析的基础。
二、练习题
独立熟练的使用MES系统完成罐装颗粒生产线生产过程阶段管理的操作。
任务二
一、问答题
1.根据所学知识，简述生产结束后生产人员需要通过MES系统完成哪些信息的统计。
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