VDI 4499 Blatt 2-2011 Digital factory - Digital Factory Operations.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREDigitale FabrikDigitaler FabrikbetriebDigital FactoryDigital Factory OperationsVDI 4499Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Fabrikplanung und -betrieb, Band 2: Modellierung und SimulationVDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahr

2、en, Band 1: Grundlagen und PlanungVDI-Handbuch Technische Logistik, Band 8: Materialfluss (Organisation/Steuerung)VDI-RICHTLINIENZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2011Vervielfltigung auchf

3、r innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 03.100.50, 35.240.50 Mai 2011 May 2011The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to

4、the English trans-lation.Frhere Ausgabe: 12.09 Entwurf, deutsch Formeredition: 12/09Draft, in German onlyVDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL)Fachbereich Fabrikplanung und -betriebInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、. . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Abkrzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Begriffsbestimmung und Abgrenzung . . . . 54 Zielgruppen und Ziele . . . . . . . . . . . . . 64.1 Zielgruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、 . . 65 Anwendung des Digitalen Fabrikbetriebs in den Lebenszyklusphasen der Fabrik . . . . 115.1 berblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.2 Montage- und Fertigungsprozessplanung. . 115.3 Planung der Fertigungsanlagen . . . . . . . 115.4 Reale Montage und Inbetriebnahme der Fertigungsanlagen

7、. . . . . . . . . . . . 145.5 Anlaufmanagement . . . . . . . . . . . . . 155.6 Serienproduktion . . . . . . . . . . . . . . 155.7 Rckfhrung von Informationen aus der Serienproduktion in die Planung . . . . . . 176 Beispiele fr Anwendungsgebiete. . . . . . . 196.1 berblick . . . . . . . . . . . . . .

8、 . . . . 196.2 Digitaler Betrieb von Werkzeugmaschinen . 206.3 Digitaler Betrieb automatisierter Produktionsanlagen . . . . . . . . . . . . . 326.4 Nutzung des Digitalen Fabrikbetriebs zur Auftragssteuerung. . . . . . . . . . . . 41Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2I

9、ntroduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Abbreviations. . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Definition and delineation of terms . . . . . . 54 Target groups and objectives . . . . . . . . . 64.1 Target groups . . . . . . . . . . . .

10、 . . . . 64.2 Objectives. . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Use of Digital Factory Operations in the factorys life cycle phases . . . . . . . . . . . 115.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.2 Assembly and production process planning 115.3 Planning of production facilities . . . . .

11、 . 115.4 Real-world assembly and commissioning of production facilities. . . 145.5 Start-up management . . . . . . . . . . . . 155.6 Series production . . . . . . . . . . . . . . 155.7 Feedback of information from series production into planning . . . . . . . 176 Examples for fields of application .

12、 . . . . . 196.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196.2 Digital operations of machine tools . . . . 206.3 Digital operations of automated production facilities. . . . . . . . . . . . . 326.4 Use of Digital Factory Operations for order control . . . . . . . . . . . . . . . . 41B55EB1B3E14

13、C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 2 VDI 4499 Blatt 2 / Part 2Seite7 Dateninfrastruktur fr den Digitalen Fabrikbetrieb. . . . . . . . . . . . . 447.1 Konzepte fr Datenmodelle . . . . . . . . 447.2 Infrastr

14、uktur fr einen durchgngigen Datenaustausch . . . . . . . . . . . . . . . 45Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-l

15、inie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vd

16、i-richtlinien.de), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/4499.EinleitungSeit einigen Ja

17、hren fordern die globalen Mrkte vie-ler Branchen neue und individualisierte Produkte. Um die immer komplexer werdenden Produkt- und Produktionsentstehungsprozesse wirtschaftlich be-herrschen zu knnen, sind neue Vorgehensweisen und Instrumente notwendig geworden, wie die Digi-tale Fabrik sie bietet.D

18、ie Digitale Fabrik umfasst Modelle, Methoden und Werkzeuge zur Planung, Inbetriebnahme und Betrieb einer Fabrik (siehe Bild 1). Die Richtlinie VDI 4499 Blatt 2 soll die Anwendung, Vorteile und Mglichkeiten eines abgegrenzten Ausschnitts der Digitalen Fabrik, und zwar den hier definierten Di-gitalen

19、Fabrikbetrieb“ erlutern.Die Grundlagen der Digitalen Fabrik und von ihr be-troffene Prozesse der Produktionsplanung und Ge-staltung der Fabrik sind in der Richtlinie VDI 4499 Blatt 1 beschrieben.Page7 Data infrastructure for Digital Factory Operations . . . . . . . . . . 447.1 Concepts for data mode

20、ls . . . . . . . . . 447.2 Infrastructure for a continuous data exchange . . . . . . . . . . . . . . . 45Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51Preliminary noteThe content of this guideline has been developed in strict accordance

21、 with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of this guideline without infri

22、ngement of copy-right is permitted subject to the licensing conditions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.A catalogue of all available parts of this series of guidelines can be accessed on the intern

23、et at www.vdi.de/4499.IntroductionFor some years now, globalised markets in various sectors have been demanding new and individualised products at a fast pace. In order to cope commercially with the ever more complex product and production development processes, new approaches and instru-ments have

24、become necessary, which the Digital Fac-tory can provide.The Digital Factory includes models, methods and tools for planning, commissioning and operation of a factory (see Figure 1). The guideline VDI 4499 Part 2 explains about the use, advantages and oppor-tunities of a delimited part of the Digita

25、l Factory, namely the “Digital Factory Operations”, which will be defined here.The fundamentals of the Digital Factory and its re-lated processes of production planning and factory design are described in the guideline VDI 4499 Part 1.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012

26、-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 VDI 4499 Blatt 2 / Part 2 3 1 Anwendungsbereich In der vorliegenden Richtlinie werden die Phasen eines Produktsystems von der Montage- und Ferti-gungsprozessplanung bis zur laufenden Serienpro-duktion vertieft beschrieben. Dazu

27、werden hier die wesentlichen Gesichtspunkte definiert, die fr den Digitalen Fabrikbetrieb von Bedeutung sind. Mg-liche Anwendungsgebiete werden benannt, die An-1 ScopeThe present guideline details the phases of a produc-tion system from assembly and production process planning up to the running seri

28、es production. This in-cludes a definition of the main points that are impor-tant for Digital Factory Operations. This guideline will define possible applications, explain their use in the different life cycle phases of a production system Bild 1. Digitaler Fabrikbetrieb als Teil der Digitalen Fabri

29、kFigure 1. Digital Factory Operations as a part of the Digital FactoryB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 4 VDI 4499 Blatt 2 / Part 2wendung in den verschiedenen Lebenszyklusphasen eines Produkti

30、onssystems erlutert und Mglichkei-ten fr ein durchgngiges Datenmanagement (Bild 2) genannt, auf dessen Basis der Digitale Fab-rikbetrieb die Ergebnisse der Produktionsplanung in der Digitalen Fabrik nutzt und seinerseits Daten fr operative IT-Systeme bereitstellt. Gleichzeitig sollen die Modelle der

31、 Digitalen Fabrik mit der Realitt ge-koppelt und so auch whrend der Serienproduktion weiterverwendet und verbessert werden.Am bergang aus der Planung in die Inbetriebnahme und die Serienproduktion wirken virtuelle und/oder reale Maschinen und deren dynamisches Verhalten mit virtuellen und/oder reale

32、n Anlagensteuerungen als Abbild der Logik der Anlagen zusammen. Mit der Verbindung zu berlagerten Fertigungsmanagement-systemen (siehe VDI 5600 Blatt 1) erlaubt der Digi-tale Fabrikbetrieb Aussagen ber das Gesamtverhal-ten von Maschinen und Anlagen vor deren realem Anlauf (siehe Bild 3).and the oppo

33、rtunities for a continuous data manage-ment (see Figure 2), which is the basis for the Dig-ital Factory Operations to use the Digital Factorys production planning results and, in its turn, provide data for operative IT systems. This also constitutes a chance to link up Digital Factory models with re

34、ality and go on using them in series production, improving them while doing so. At the transition point between planning and com-missioning/series production, virtual and/or real ma-chines and their dynamic behaviour interact with vir-tual and/or real system controllers and form logical system image

35、s. With its link to the superordinate manufacturing execution systems (see VDI 5600 Part 1), Digital Factory Operations allows statements to be made on the overall behaviour on machines and systems before these have really been started up (see Figure 3).Bild 2. Digitaler Fabrikbetrieb in den Lebensz

36、yklusphasen eines ProduktionssystemsFigure 2. Digital Factory Operations in the life cycle phases of a production systemB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 VDI 4499 Blatt 2 / Part 2 5 2 AbkrzungenIn

37、dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet:BDE BetriebsdatenerfassungCAD Computer Aided DesignCAM Computer Aided ManufacturingCAQ Computer Aided Quality ControlCL Cutter Location (Data)DNC Direct/Distributed Numerical ControlERP Enterprise Resource PlanningIT-System i

38、nformationstechnisches System, z. B. Manufacturing Execution System (MES)MDE MaschinendatenerfassungMES Manufacturing Execution SystemNC Numerical ControlPDM ProduktdatenmanagementPLM Product Lifecycle ManagementPPS Produktionsplanung- und -steuerungSPC Statistical Process ControlSPS Speicherprogram

39、mierbare SteuerungSTEP Standard for the Exchange of Product Model DataTF TeilefertigungVRML Virtual Reality Modeling Language3 Begriffsbestimmung und AbgrenzungDer Digitale Fabrikbetrieb ist ein Teil der Digitalen Fabrik (siehe hervorgehobene Lebenszyklusphasen in Bild 1). In der vorliegenden Richtl

40、inie werden die Lebenszyklusphasen und Anwendungsgebiete vorge-stellt, in denen der Digitale Fabrikbetrieb nutzbrin-gend eingesetzt werden kann.Der Begriff Digitaler Fabrikbetrieb“ ist wie folgt de-finiert:Der Digitale Fabrikbetrieb bezeichnet die Nutzung und das Zusammenwirken von Methoden, Modelle

41、n und Werkzeugen der Digitalen Fabrik, die bei der In-2 AbbreviationsThe following abbreviations are used throughout this guideline:PDA production data acquisitionCAD computer aided designCAM computer aided manufacturingCAQ computer aided quality controlCL cutter location (data)DNC direct/distribute

42、d numerical controlERP enterprise resource planningIT system information technology system, e. g. manufacturing execution system (MES)MDA machine data acquisitionMES manufacturing execution systemNC numerical controlPDM product data managementPLM product lifecycle managementPPC production planning a

43、nd controlSPC statistical process controlPLC programmable logic controllerSTEP standard for the exchange of product model dataPP parts productionVRML virtual reality modelling language3 Definition and delineation of termsDigital Factory Operations is part of the Digital Fac-tory life cycle (see high

44、lighted phases in Figure 1). This guideline introduces the life cycle phases and applications in which Digital Factory Operations can be put to effective use. The concept of “Digital Factory Operations” is de-fined as follows:Digital Factory Operations includes the use of and interaction between met

45、hods, models and tools of the Digital Factory which are used during the commis-Bild 3. Zusammenwirken von Komponenten im Digitalen Fabrik-betriebFigure 3. Interaction of components in Digital Factory Opera-tionsB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalt

46、en Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 6 VDI 4499 Blatt 2 / Part 2betriebnahme einzelner Anlagen, dem Anlauf mehre-rer Anlagen und der Durchfhrung realer Produk-tionsprozesse eingesetzt werden. Ziele sind die Ab-sicherung und Verkrzung des Anlaufs sowie die be-triebsbegleitende und kont

47、inuierliche Verbesserung der Serienproduktion. Dazu wird das dynamische Verhalten einzelner Pro-duktionsanlagen und komplexer Produktionssysteme und -prozesse einschlielich der Informations- und Steuerungstechnik realittsnah abgebildet. Virtuelle und reale Komponenten knnen dabei miteinander gekoppe

48、lt sein. Auf Basis eines durchgngigen Datenmanagements nutzt der Digitale Fabrikbetrieb die Ergebnisse der Produktionsplanung in der Digitalen Fabrik und stellt seinerseits Daten fr operative IT-Systeme be-reit. Bei der Nutzung in der Serienproduktion werden die Modelle laufend der Realitt angepasst

49、.4 Zielgruppen und Ziele4.1 ZielgruppenDiese Richtlinie wendet sich an Entwickler und Ent-scheider an der Schnittstelle von Anlagenplanung und Serienproduktion und damit an ein neues Berufs-bild des Ingenieurs, das die bisherige Trennung zwi-schen planenden und operativen Verantwortlichkei-ten aufhebt. Auerdem spricht diese Richtlinie Pla-nungsingenieure an, die wissen mssen, welche Aus-wirkungen ihre Arbeiten auf nachgelagerte Phasen des Fabriklebenszyklus haben, bzw. Ingenieu