从基于模型的定义(MBD)到基于模型的企业(MBE)
数字化企业制造运营管理(MOM)系统运营实践两份文件
二
数字化工厂MES系统参考功能架构（参考架构）
二
MES功能架构
基础数据
生产建模
人员数据
权限角色
工厂日历
系统配置
物料管理
物料主数据
BOM配置
物料拉动
线边库管理
物料追溯
计划管理
ERP计划接收
计划分解
BOM/工艺绑定
计划排序
计划下发
质量管理
缺陷代码定义
返修原因定义
质量标准定义
质监数据采集
质量判定
状态变更
计划完工反馈
质量分析
工艺管理
工艺标准接收
版本控制
工艺调整
工艺下发
设备管理
设备主数据
维修计划
维护执行
故障管理
停机管理
备品备件
生产数据
交接班管理
计划接收
计划开始
设备数据采集
设备维护保养
工艺数据采集
物料信息采集
过程质量执行人员绩效数据计划完工反馈
系统集成
PLM-工艺/物料
ERP-计划/物料
其他应用系统
SCADA过程数据
性能数字化双胞胎智能服务
feed back insights to continuously optimize product and production
通过数字化双胞胎技术实现智能产品制造服务的数据闭环
一
系统解决方案适用于产品生产商和设备制造商
Machine Services 设备服务
Machine operation 设备运行
当前高端装备制造业产品开发制造过程普遍问题
二
工艺规划与制造—数字化企业建设的核心枢纽
【解决方案】NX开启MBD应用新模式
【解决⽅案】NX开启MBD应⽤新模式摘要：在MBD的应⽤过程中，创建三维模型上的PMI对象传统上是⼀费时费⼒的⼿动过程。
NX新版本的NX MBD新增功能开启了MBD应⽤的新模式，采⽤根据企业特定业务逻辑定义的规则来实现PMI对象的⾃动化创建，并通过PMI顾问⼯具，确保PMI对象的标准符合性。
1. PMI/MBD/MBE概念回顾采⽤基于模型的定义MBD的全三维数字化产品研发模式已经提出了多年，在国内的航空国防、汽车等很多⾏业的推⼴应⽤也已经超过了10年。
我们简要回顾⼀下PMI、MBD、MBE这三个概念。
所谓PMI，是指应⽤到三维模型上的⾮⼏何信息，例如尺⼨公差、⼏何形位公差、材料属性等，⽤来传递产品组件的设计信息，并将其⽤于下游的零件制造、装配、检测等领域。
MBD基于模型的定义是产品的完整数字化定义的最佳实践，⽤集成的三维模型来完整表达产品信息，确保单⼀数据源。
⽽MBE基于模型的企业则注重于MBD数据在企业全价值链中的应⽤，从⽽帮助企业实现数字化的产品研发、数字化的⼯艺规划、数字化的⽣产运营，促进数字孪⽣的全⾯应⽤，以数字化和智能化帮助企业更好地应对产品复杂性、速度、质量、成本等各⽅⾯的挑战。
图1 PMI/MBD/MBE的概念基于模型的定义的成熟度层级可以分为如下图所⽰的4级，分别是：图纸为中⼼；模型为中⼼；基于模型的定义；基于模型的企业。
图2 基于模型的定义的成熟度层级2. MBD实施过程中的问题及NX MBD解决⽅案尽管MBD全三维数字化产品研发在很多⾏业的应⽤已有多年，并且也取得了显著的效果，但在这⼀产品研发模式的推⼴过程中，我们也发现有⼀些问题和需求，例如：采⽤MBD的企业倾向于在3D环境中复制基于图纸的作业流程，这严重影响了MBD实施的成功。
获取和验证⽤来驱动制造过程的业务智能信息的⼯具⾮常有限。
对⼯具软件能⾃动或半⾃动使⽤PMI对象的需求正在不断增加。
正是基于这些问题，西门字数字化⼯业软件在NX中不断强化其已有的NX PMI三维注释⼯具，并且推出了NX MBD的新功能，来满⾜客户的实际需求。
《基于MBD的三维装配信息集成技术研究》
《基于MBD的三维装配信息集成技术研究》一、引言随着制造业的快速发展，三维装配技术已成为现代制造过程中的关键环节。
而模型定义（MBD）技术的出现，为三维装配信息集成提供了新的思路和方法。
MBD技术通过将产品信息直接定义在三维模型中，实现了产品信息的全面集成和共享，为三维装配提供了更为高效、准确的信息支持。
本文旨在探讨基于MBD 的三维装配信息集成技术的研究，分析其优势和存在的问题，并针对这些问题提出相应的解决方案。
二、MBD技术的概念及其在三维装配中的应用MBD（Model Based Definition）技术，即基于模型的定义技术，它以数字化产品模型为载体，将产品从设计到制造的整个过程中的信息完整地集成在一起。
这种技术广泛应用于产品设计、工艺规划、制造执行等环节。
在三维装配过程中，MBD技术能够提供详细、准确的产品结构信息、装配顺序、装配工艺等，为装配操作提供全面、有效的信息支持。
三、基于MBD的三维装配信息集成技术（一）研究背景及意义传统的三维装配信息主要通过文本描述或图纸展示，这些方式往往存在信息冗余、表达不直观等问题。
而基于MBD的三维装配信息集成技术，将产品信息直接定义在三维模型中，实现了信息的全面集成和共享。
这种技术能够提高装配效率、降低装配成本，同时还能提高产品的可靠性和稳定性。
因此，研究基于MBD的三维装配信息集成技术具有重要意义。
（二）关键技术分析基于MBD的三维装配信息集成技术主要包括以下几个关键环节：1. 模型构建：通过CAD软件构建产品的三维模型，并确保模型的准确性和完整性。
2. 信息定义：在三维模型中定义产品的结构信息、装配顺序、装配工艺等，实现信息的全面集成。
3. 接口开发：开发与各生产环节的接口，实现与ERP、MES 等系统的数据交互。
4. 集成应用：将集成后的信息应用于实际生产过程中，提高生产效率和产品质量。
（三）研究方法与步骤基于MBD的三维装配信息集成技术的研究主要包括以下几个步骤：1. 分析并总结现有的三维装配技术和MBD技术的应用现状；2. 设计基于MBD的三维装配模型结构，并构建相应的三维模型；3. 在模型中定义产品的结构信息、装配顺序、装配工艺等；4. 开发与各生产环节的接口，实现数据交互；5. 将集成后的信息应用于实际生产过程中，分析其效果并不断优化。
《国家智能制造相关名词术语和缩略语》
国家智能制造相关名词术语和缩略语5G: 第五代移动通信技术(the 5th Generation mobile communication technology)APP: 应用程序(Application)AR: 增强现实(Augmented Reality)CAD: 计算机辅助设计(Computer Aided Design) CAM: 计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing)DCS: 分布式控制系统(Distributed Control System) EPA: 工厂自动化用以太网(Ethernet in Plant Automation)FCS: 现场总线控制系统(Fieldbus Control System) IEC: 国际电工技术委员会(International Electrotechnical Committee)IP: 互联网协议(Internet Protocol)ISO: 国际标准化组织(International Organization for Standardization)MBD: 基于模型定义(Model Based Definition) MBE: 基于模型的企业(Model Based Enterprise) MBM: 基于模型生产(Model Based Manufacturing)MES: 制造执行系统(Manufacturing Execution System) PAC: 可编程自动控制器(Programmable Automation Controller)PLC: 可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)PON: 无源光纤网络(Passive Optical Network) SCADA: 监控与数据采集系统(Supervisory Control And Data Acquisition)SLA: 服务等级协议(Service-Level Agreement) TSN: 时间敏感网络(Time Sensitive Network)VR: 虚拟现实(Virtual Reality)VPN: 虚拟专用网络(Virtual Private Network)WIA: 工业自动化用无线网络(Wireless Networks for Industrial Automation)。
船舶智能制造模式的核心要素和体系架构
2020年第6期总第358期造船技术MARINE TECHNOLOGYNo.6Dec.,2020文章编号：1000-3878(2020)06-0072-04船舶智能制造模式的核心要素和体系架构邵明智，周成荫，谢新，却金波(上海船舶工艺研究所，上海200032)摘要：从现代造船模式和智能制造基本特征出发，提出船舶智能制造模式的定义、内涵、核心要素及体系架构，为船舶行业和造船企业推进船舶智能制造模式、构建船舶智能车间和智慧船厂提供思路。
关键词：船舶；智能制造模式;核心要素；体系架构中图分类号：U673.1文献标志码ACore Elements and Architecture of Ship Intelligent Manufacturing ModeSHAO Mingzhi,ZHOU Chengyin,XIE Xin,QIE Jinbo(Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute,Shanghai200032,China)Abstract:Started from the modern shipbuilding mode and basic features of intelligent manufacturing,the definition,connotation,core elements,architecture of ship intelligent manufacturing mode are proposed,which provides the train of thought for the ship industry and shipbuilding enterprises to promote the ship intelligent manufacturing mode and to structure the ship intelligent workshops and smart shipyards.Key words:ship；intelligent manufacturing mode；core element；architecture0引言随着国家智能制造战略的有序推进，新一代信息通信技术与现代造船模式深度融合，对现代造船模式在实现形式和内涵上将产生深刻影响和变化，必须实现现代造船模式向船舶智能制造模式的转型升级，构建船舶智能车间、智慧船厂成为船舶行业和造船企业面临的十分迫切的现实需求。
《智能制造装备产业专题讲座》课后作业参考答案
智能制造装备产业专题讲座总分:100单选题（共10题，每题3分）1、智能制造紧扣（），以工艺、装备为核心，以数据为基础，依托制造单元、车间、工厂、供应链和产业集群等载体，构建虚实融合、知识驱动、动态优化、安全高效的智能制造系统。
C、智能特征2、（）旨在描述真实世界中存在的各种实体或概念及其关系，其构成一张巨大的语义网络图，节点表示实体或概念，边则山属性或关系构成。
D、知识图谱3、（）应用互联网、电子商务、社交媒体、大数据、人工智能技术深入挖掘不同客户的需求、偏好、能力，为产品设计、精准营销、客户服务提供科学的依据。
B、用户画像4、机器人（）是机器人在与对象物相隔一定距离时，所获得的该物体的图像信息。
A、视觉5、（）传感器按功能可分为接触觉传感器、力矩觉传感器、压觉传感器、滑觉传感器。
B、触觉6、（）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。
A、智能制造系统7、（）是指建立智能决策系统，对产品技术数据、生产经营数据、设备运行数据、设计知识、工艺知识、管理知识、产品运维数据等信息进行搜集、过滤、储存、建模。
D、商业智能8、（）回答如何生产。
C、MES9、（）是提高产品附件价值、产品品牌价值的重要手段，是“中国制造”向“中国创造”转变的桥梁。
B、产品设计服务10、人工智能是（）的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器或系统。
C、计算机科学11、2020年12月，工信部正式公布了2020年跨行业跨领域工业互联网平台（）家。
A、1512、（）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。
B、人工智能13、（）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。
A、智能制造系统14、计算机的发明和使用使人类社会进入了（）时代。
基于模型的企业
基于模型的企业：从MBD到MBE的战略转型路径企业的不断成功，源于在每个关键机遇期做出正确的抉择。
对于在国民经济中发挥重要作用的中国制造业企业来说，如何面向未来，迎接信息时代的到来，是对每个制造业企业的一个挑战。
正确作出选择的企业，将在新一轮的竞争中抢占先机。
从MBD到MBE，构建一个基于模型的企业是一条漫长之路，需要在许多方面做出突破和改善。
企业在摆脱传统的基于二维图纸的设计研发生产模式向基于三维模型的全面数字化企业迈进的过程中，必须从根本上树立起数字化思维和生产经营管理模式，建立科学的战略转型路径。
一、工程师的新语言1、工程师的语言语言、文字和图形是人们进行交流的主要方式。
在工程界，准确表达一个物体的形状的主要工具就是图形，在工程技术中为了正确表示出机器、设备的形状、大小、规格和材料等内容，通常将物体按一定的投影方法和技术规定表达在图纸上，这种根据正投影原理、标准或有关规定，表示工程对象，并有必要的技术说明的图就称图样。
工程图样是人们表达设计的对象，生产者依据图样了解设计要求并组织、制造产品。
这种采用类似工程图样的产品定义方式常被称为工程师的语言。
2、工程语言的历史演进2.1 第一代工程语言工程定义需要明白和无歧义的表达。
中国古代工匠就有采用物理实体模型（如：故宫“样式张”）和二维绘图法表达工程思想的历史。
1795年法国科学家加斯帕尔•蒙日（Gaspard Monge，1746～1818）系统地提出了以投影几何为主线的画法几何，把工程图的表达与绘制高度规范化、唯一化，工程图便成为工程界常用的定义产品的语言——第一代工程语言。
这种工程设计语言的缺陷是显而易见的，设计师在设计新产品时，首先涌现在脑海里的是三维的实体形象而不是平面视图。
但为了向制造它的人传递产品的信息，必须将这个活生生的实体通过严格的标准和投影关系变成为复杂的、但为工程界所共识的标准工程图。
这当中的浪费不仅是投影图的绘制，还包括了从实体形象向抽象的视图表达方式转换的思维，以及在转换过程中不可避免出现的表达不清和存在歧义。
面向MBKD的工程知识分类与组织技术
1934
计算机辅助设计与图形学学报
第 28 卷
活动. 在人工智能、专家系统、知识工程和知识管理 等概念产生的背景下 , 基于知识的工程 (knowledgebased engineering, KBE)在 20 世纪 80 年代被提出 . 随着 KBE 技术的发展 , KBE 的概念也在不断的变 化 , KBE 可以理解为一种为工程任务提供自动化 知识应用与服务的技术 [5]. 与 MBe 不同的是 , KBE 以工程知识为基础驱动产品工程活动, 例如, CATIA, UG 等商用 CAD 软件中的知识工程模块驱 动产品快速设计 、使用功能语义知识提升模型检 索效率 、使用工艺设计知识驱动制造工艺调整活 动 等 . KBE 技术的应用在促进产品设计与制造的 同时也实现了对工程知识的管理和重用 , 使得企 业充分利用已有知识资产提高企业市场竞争力 . MBe 和 KBE 技术已经各自应用到真实的工程 环境之中 , 然而却缺乏有效的技术将两者融合起 来 . 一方面 , 在 MBe 的应用环境中 , 对工程知识的 管理和重用需要独立的知识管理系统来实现 , 工 程知识与产品模型独立作用于工程活动 , 增加了 企业技术和管理成本 ; 另一方面 , 在 KBE 的应用 环境中 , 对应不同的工程活动需要建立不同的知 识库 , 造成知识管理与重用的多源问题 , 没有发挥 产品模型在工程环境中单一数据源的作用. 因此, 本 文提出基于模型与知识的工程 (model & knowledge based engineering, MKBE) 这一概念 , 将 MBe 与 KBE 进行融合 , 使用单一的数据源和知识源驱动 产品研制过程中的工程活动 . 例如 , 将几何设计意 图与产品模型集成促进设计交流 [9]、将设计原理与 产品模型集成驱动产品概念设计与优化 [10]. 在 MKBE 的工程环境下 , 产品的工程活动是 以产品模型和知识模型为基础的 . 其中 , 产品模型 是指 MBD 的结果 , 知识模型则是指与产品模型相 关联的结构化的知识集合体 , 是基于模型的知识
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从基于模型的定义（MBD）到基于模型的企业（MBE）
当前，驱动制造业创新和持续发展的动因正在注入新的要素并由此引发其架构的巨大变化，从美国的再工业化到德国的工业4.0再到中国制造2025，从中我们可以发现，制造业是全球经济稳定发展的重要驱动力，世界各国都意在占领未来制造业的制高点。
美国提出以“软”的服务为主，注重软件、网络、大数据等对工业领域服务方式的颠覆；德國通过价值网络实现横向集成、跨越整个价值链的工程端到端数字化集成、垂直集成和网络化的制造系统，来保证德国在传统制造领域的领先地位；中国提出以信息化和工业化深度融合为主线，在智能制造、互联网+的突破等方面来增强国家工业竞争力，带动产业数字化水平和智能化水平的提高。
在这个全球大背景下，智能制造体现着从传统制造向数字制造转型的创新方向——在保持灵活性的同时，兼顾提升生产效率、缩短上
市时间、提高产品质量，其中最重要的是实现从企业管理、产品研发到制造控制的高度互联，其次是在整个价值链中集成IT系统的应用，第三是涵盖设计、生产、物流、市场和销售的生命周期的自动化控制和管理。
全球制造业数字化发展趋势
新一轮工业革命为企业带来新应用，数字化技术贯穿于产品设计、生产规划、生产工程、生产执行、客户服务等的各个环节，以实现虚拟数字世界与现实生产世界的准确映射（图1）。
这个演进过程离不
开物联网技术、云计算、大数据、工业互联网等新一代数字技术支持，离不开集成先进的数字工程环境、生产管理系统和现场自动化技术，并以此为平台达到数字技术在企业中的深刻应用，以最小的资源消耗获得最高的生产效率。
从全球视野看，数字制造技术的理念正在发生重大变化。
美国国家技术和标准研究院（NIST）提出从MBD（基于模型的定义）到MBE （基于模型的企业）的跃升，其要义是，模型驱动贯穿系统生命周期
的各个方面和领域，一次创建并为制造、服务等所有下游重用。
国内制造业中，航空工业在MBD方面起步较早，当时基于模型的定义主要解决设计和制造的协同，最典型的应用是主机厂所在飞机设计阶段就采用全数字量表达飞机的几何特征，同时将数字样机传递到制造单位，在数字样机之上开展工艺设计、工艺仿真以及部分环节自动加工指令的生成。
现在的MBE是把传统的模型向前端应用到需求开发、功能和逻辑设计，向后端应用到更广泛的智能制造以及综合保障等各个环节。
从MBD到MBE，数字化设计和制造技术的创新应用成为制造业发展的新趋势。
MBD更关注产品的几何信息，包括工艺描述信息、制造属性信息、管理属性信息，把三维模型作为生产制造的唯一依据。
未来MBE更关注MBD数据在整个生命周期的充分利用，并从几何层面上升到系统层面；另一方面在企业内部以及企业外部供应链之间建立集成和协同的环境，开展基于模型的交换，在数字空间进行反复迭代，以减少物理空间的质量问题和时间成本问题，目的是提高复杂大系统的设计质量、缩减交付时间、减少工程更改、减少产品缺陷和提高首
次交付质量。
美国“下一代制造技术计划”（NGMTI）将MBE的发展历程分为四个阶段。
第一阶段以2D工程图为中心，设计制造交换的是二维信息；第二阶段以3D模型为中心，开展三维实体建模，并验证整个结构的几何交互关系，包括运动学仿真、有限元仿真、基于模型的制造等；第三阶段是基于模型的定义（MBD），侧重于在三维模型中全方位地表达设计制造信息；第四个阶段是基于模型的企业（MBE），其3D主控模型不仅包含3D标注等几何信息，还包含更多的模型信息，未来要把三维模型应用到企业和供应链，基于广义的MBD进行信息交换。
MBE的内涵
MBE逐渐成为先进设计制造方法的具体体现，也代表数字化设计与制造的未来，是建模与仿真方法在设计、制造、支持等全流程技术和业务的彻底颠覆和创新，其中MBD是核心，基于模型的系统工程（MBSE）和基于模型的持续保障（MBS）是应用和实践的新方向。
利用产品模型和过程模型定义、执行、控制、管理企业的全部业务，可
实现业务之间的无缝集成，并与战略管理对接。
MBE主要包括基于模型的工程（ModelBasedEngineering，MBe）、基于模型的制造（ModelBasedManufacturing，MBM）和基于模型的持续保障（ModelBasedSustainability，MBS）。
MBe将模型技术作为系统生命周期中需求、分析、设计、实施和验证的能力，突破MBD单一的应用领域和范围，并将MBSE作为重要的完善和发展方向。
MBM从CAD向后推演，使用MBD模型用于虚拟制造环境中进行工艺规划、优化和管理，它更强调的是基于模型的工艺仿真、生产线的仿真、指令的仿真以及指令传递到物理设备之后的控制和数据采集。
MBS将产品和工艺开发中的模型和仿真应用到系统生命周期的维护阶段，持续关注系统的整个运行状态，把系统运行过程中的质量数据、维护/维修/故障数据采集回馈到模型，在模型中进行比较，评估产品实现和工艺方案，并反馈到产品设计的改进环节，通过MBS来提取设计优化信息。
MBE的演进方向与分级评价
美国国家技术和标准研究院按路径选择以及需要的能力将MBE
分为Level0-Level6共计7个等级。
其中，Level3的主要功能应用为MBD，主要交付物为2D注释模型和轻量化可视化数据；Level4的主要功能应用是MBD和数据管理，主要交付物为通过PLM管理3D注释模型和轻量化可视化数据；Level5可在三维环境下定义、自动生成技术数据包（TDP），包括制造需要的和综合保障需要的信息；Level6的主要功能应用是MBD生成TDP和基于需求的企业数据访问，主要交付物为通过WEB访问的数字化产品定义和技术数据包的交换机制。
该分级也可用来指导我们的未来发展路径。
目前国内有些单位还是以二维图纸为中心；部分单位虽用到源CAD模型，但在使用过程中依然派生出二维图纸提供给使用；大部门航空企业可达到MBD和数据管理、通过PLM管理3D注释模型和轻量化可视化数据的状态。
所以未来我们还有大量的工作要做。