山东大学日照海思智能制造研究院（山大华天软件中德智能制造实验室项目PLM软件）
当下中国经济的转型，减税是最佳的途径。
微投行说……
山东山大华天软件有限公司(简称：华天软件)成立于1993年，是中国航天科技集团下属北京神舟航天软件技术有限公司的控股企业，总部位于济南市高新区新泺大街2117号铭盛大厦，专业从事制造业信息化咨询、研发、服务和系统集成，位列国内PLM(产品全生命周期管理)软件行业前三名，汽车行业的自主软件市场占有率第一。
华天软件专注于制造业信息化领域，核心业务由三维CAD、PLM和供应链平台三大板块组成，为制造企业提供从需求规划、设计、工艺、生产制造、供应物流、质量检测、售后维护、协同化服务等产品全生命周期(PLM)各个环节的解决方案和服务。主要产品包括三维CAD/CAM(设计/制造)系统SINOVATION、三维工艺规划系统SVMAN、产品数据管理系统PDM、协同项目管理系统CO-PLAN、协同制造管理系统CMMP、制造执行系统MES、数字化工厂仿真系统SVDF等，具备业内最完整的产品线，可提供制造业信息化全面解决方案。
华天软件在全国培育了千余家用户，形成多个汽车、模具、轴承、专用设备等极具竞争力的行业解决方案，软件产品广泛应用于汽车、模具、机械设计制造、航空航天，3D技术在3D打印、数字化医疗、机器人、建筑BIM、珠宝等领域发挥核心基础作用，成为实现工业创新和智能制造的必要支撑。并在北汽福田汽车、奇瑞汽车、潍柴动力、华晨汽车、江淮汽车、雷沃重工、小松(中国)、LYC洛阳轴承、东风模具等行业内领军企业得到典型应用。华天软件代表了国家工业基础软件的先进水平，是支撑我国智能制造的核心厂商。
国际合作方面2008年天软件与日本UEL在三维CAD开发上建立了合作关系，与法国DATAKIT公司合作数据转换方面的研究与市场推广，与德国RACOONDA公司、荷兰Trip 3D公司建立SView软件在欧洲推广的合作关系。
合作项目概述
1、建设项目规划内容
德国研究机构在工业4.0的相关技术中已经取得了非常多的成果，在部分技术领域的研究和应用(如CPS技术、自动化生产线等)已经达到很高水平。“中国制造2025”战略的落实紧随其后，从国家战略角度，中国的制造业企业更希望与德国的智能制造技术研究机构对接，利用研究成果将中国企业技术水平与产品质量提升到更高层次。
基于此，山东山大华天软件有限公司与德国开姆尼茨工业大学(Chemnitz University of Technology,TUC)工业科学与工厂系统研究所(Institute of Industrial Sciences and Factory Systems,IBF)拟在济南市合作共建中德联合智能制造实验室(United Smart Manufacturing Lab,USML)(简称联合实验室)。在政策和市场的引导下，利用联合实验室的研究成果共同推进本土制造业企业向智能制造方向迈进。
联合实验室将是第一个中国企业与德国高校实验室合作的智能制造实体实验室，华天软件与IBF将深度合作，共同研究面向区域、省乃至全国甚至全球的智能制造技术。
(1)联合实验室将引入IBF高水平的智能制造技术、结合华天软件现有软件系统，形成完整的智能制造技术体系，并最终为制造业企业提供面向生产制造全业务过程的解决方案。
(2)联合实验室承担能力进阶培训任务，为行业输送高素质应用型人才。联合实验室还将根据制造业企业改造升级优化的实际需求量身定制解决方案和咨询培训服务。
(3)通过联合实验室的学研培体系，华天软件消化吸收国内外高校研发的顶尖技术，逐步进行产业化，使得华天软件能真正成为智能制造领域中的高端企业。
(4)联合实验室通过产学研一体化，以及引入资本，逐步孵化出面向各个技术方向、行业方向的小微企业，扶持逐步做大做强。
2、建设规模
建设用地厂房、办公场地面积约1500平米
3、当前具备的建设条件
自2009年开始，华天软件开始探索智能制造领域业务，研发了自主知识产权的三维轻量化浏览器SView，支持设计模型轻量化浏览、虚拟装配、移动终端运行等功能。自2015年，开始涉足数字化工厂领域，参与山东省机器人与智能装备公共技术服务平台，承担数据实时驱动3D仿真系统的研发，在SView上基于数字孪生概念，搭建了虚拟仿真系统，系统可以对设备(加工中心、工业机械手臂、AGV小车、立体仓库、装配传送带等)进行仿真。数据采集系统实时采集现场设备的运行参数，并将参数反馈到系统中。系统根据反馈，使整个生产线的设备与现场设备进行实时的同步运动展示。该仿真在2016中国国际智能制造大会暨中德中小企业合作交流会期间得到科技部及业内专家的高度评价。
与此同时，华天软件虚拟仿真系统得到了航天科技集团相关科研单位的关注，期间先后与北京卫星制造厂、杭州航天电子技术有限公司，针对航天小批多品种的生产特点，打造了了小批量多品种混线生产虚拟验证系统解决方案，该方案重点解决对装配生产线规划方案进行前期的评估，并根据相关约束条件进行优化，需要基于系统仿真技术建立一套生产虚拟验证系统，降低由于生产线布局不合理而需要重新安装的风险，保证生产线能够在进行小批量多品种混线生产时能够发挥最大的效能。生产虚拟验证系统充分运用当前工艺布局规划中的多项技术，如路径规划、碰撞检测、优化布局、工位规划等技术，与虚拟现实技术相结合，在虚拟生产线规划系统中，采用可视化界面进行操作。系统采用虚拟模型代替实际设备进行试验，对其工艺流程和主产节拍进行计算和评估，得出一个最优化的解决方案。华天软件在制造业信息化领域具有30多年的从业经验，在数字化工厂、智能工厂领域具备了一定的研究基础和经验，为项目的研究奠定了坚实的基础。
德国IBF是德国工业4.0应用技术研究的五大高校实验室之一，开姆尼茨工业大学数字化工厂实践实验室(即IBF的EDF实验室)在数字化工厂建设中，产出了不少高端的技术，如增强现实在自动化生产线中的应用技术、智能传感器在M2M中的应用技术、机器人安全眼技术、AGV物流小车自动运行和预警技术、工厂布局仿真优化技术等。德国IBF注重技术研究，华天软件的优势是成果转化。
4、项目总投资及资金来源
项目投资总额约4500万人民币，申请区财政拨款1500万。
5、项目产品情况
Egon Müller教授带领的IBF技术专家团队，拥有先进的“工业4.0”试验与数字化工厂。基于对未来生产构架以及制造业中先进工厂概念模型的深刻认知，专长于企业工厂系统布置规划与设计、工厂过程优化、数字化建模与仿真以及工厂能源资源有效性优化。2016年初，该专家团队被列为德国五大“工业4.0”重点实验室团队，是萨克森州乃至德国“工业4.0”领域中影响力最大的技术团队之一。
IBF团队拥有20几位专业技术人员，承担了上百项欧盟(EU)，德国科学基金会(DFG)，德国工程师协会(VDI)，德国联邦教研部(BMBF)资助的重大重点项目。此外，其试验与数字化工厂团队与工业产业界联系十分密切，为宝马、保时捷、大众、Bosch、西门子、戴姆勒克莱斯勒等大型企业及当地中小型企业解决了众多生产系统布置设计及过程优化中遇到的问题。在项目合作过程中，结合工厂实际问题，通过试验与数字化工厂中硬件的重组，找出问题，并通过该“工厂原型”对解决方案进行分析与验证，从而为企业节约了大量的时间与成本。
基于试验与数字化工厂中硬件的应用与展示，IBF团队在当地乃至整个德国的企业“工业4.0”基础及相关技术培训及“能源资源有效性”等专项培训项目中有着举足轻重的地位。其与AIM(欧盟工业管理协会)、SoCol Net (合作网络协会) 、VDI(德国工程师协会)、 IIE(全球生产力与效率专业协会)、HAB(科学与运营协会) 、 ASIM(工作单元仿真协会)、BVL (联邦物流协会)等专业组织与协会有着深厚的合作基础，并在当地IHK(商会)的协助下，完成了上百家企业的展示与培训项目,目前掌握相关技术有以下：
1) Vistable工厂设计技术 (二维设计 三维展示 移动设计端技术)
Vistable是一种二维设计与三维展示相结合的设计软件。适用于企业整体设计及工厂内部的系统布置设计。该软件为开姆尼茨工业大学工厂运营与管理系自主开发。在VISION的基础上，二维设计软件具有自主开发的实体工具包，对使用人员的专业软件水平要求不高。通过VISTAble的应用，即使是一个普通的车间操作工人，也能很方便的参与到方案具体设计。二维设计加上三维展示，可以让整体的设计更为清晰。本软件还在物流分析基础上，对工厂布置设计具有初始的性能评价功能。
另外，更新版本的vistable色彩设计更独到，场景更贴合实际。新版vistable还可以方便的加载到手机端或者IPAD等移动设备，让设计师们能在实际环境中，通过移动设备应用，直接输入设计方案或实现原有方案的改进。
便捷，方便，使用者能很快入手，是vistable的最大优点。
2)数字化工厂模拟仿真及评价技术
开姆尼茨工业大学工厂运营与管理系在此软件应用的基础上，拓展其应用范围，为很多企业提供了设计咨询项目。该软件对设计者的软件编程能力要求较高，是专家级的编程设计软件。通过对每个程序或者工位的设计与模拟仿真，软件能提供工位设计及过程改进方案。通过软件内部系统的评价分析，相应的方案也能得到全面验证。因此，通过仿真验证的方案能直接应用到实际场景中。通过数字化工厂仿真的应用，开姆尼茨工业大学工厂运营与管理系曾为德国知名的大众狼堡总公司提供总装试验布置及改进方案设计。
3) AGV自动导向小车技术，机器人技术;虚拟与现实结合技术
开姆尼茨工业大学工厂运营与管理系AGV自动化小车技术，不仅涉及小车的运作轨道及定位，更在小车与操作工人之间直接的息传递及互动等方面实现了很大成效。低成本，高效能，一直都是我系自动化导向小车技术研究的精神所在。通过在简单的自动化导向车的应用，编程设计，实现其附加性能拓展。更实现小车的安全提示，错误自动提醒等功能 (e.g.小车能自动将运作过程的错误分选，发送至操作工手表等移动设备端口)。
双臂机器人技术是德国大众集团装配线配件供给项目设计与改进的结果。该双臂机器人，通过数据编程及应用，实现自主协调运作路线并精确的实现零配件的配送。另外，通过虚拟与现实结合技术，我所对双臂机器人操作有着精确的定位。同时，通过虚拟区域安全提示的定义，大大提高了机器人在操作过程中的安全性。
4) 大数据实时采集，分选，传输与决策支持技术
大数据实时采集，分选，传输与决策支持技术是开姆尼茨工业大学工厂运营与管理系与慕尼黑技术公司协作设计而来的。该技术在Sophie项目基础上，对生产线数据实时收集，并根据工位职能等因素，对数据进行分选，将分选数据即时的传输到各个职能方。
通过对大数据的采集与分选，该技术实现了机器报错等信息筛选，对生产线中出现的错误自动实现初步分选，并将信息传送到相应的维修或者负责部门。机器报错功能也实现了与便携手机及手表等的连通，通过短信或者信息提醒功能，即时的将信息传送到负责人。
5) 能源有效性及相关的培训技术
开姆尼茨工业大学工厂运营与管理系通过对能源有效及节能技术的深入研究，为德国大众等诸多大型企业的生产线节能项目提供了有效的咨询。此外，还建立了一整套与现实相结合的节能培训方案。该方案通过能效界定，能耗卡设计，能耗评价等技术，已在德国企业家培训中经过了多次实践，给企业带来节能意识的同时，也提供了大量的节能方案与执行建议。
华天软件相关方向拥有软件著作权40余项，发明专利2项，注册商标1项，在实验室搭建的数字化制造技术上拥有成熟的软件技术。
1、数字化工厂设计
研究数字化工厂设计与构建技术，对生产过程中所需资源(设备、厂房、人员、物料等)进行建模、布局设计、仿真和优化。
1)数字化工厂建模
完成生产线、设备(机器人、数控中心、AGV小车等)、运维工具等设施的三维建模。支持Pro/E、SolidWorks、CATIA、NX、SINOVATION等各种主流CAD各版本数模的数据读取。在保证模型质量的前提下，完整转换主流三维CAD软件(Pro/E、SolidWorks、CATIA、NX、SINOVATION等)模型，并提供SVL轻量化格式，压缩比可达1:10~1:50。
2)生产线布置与展示
利用二维界面进行模块化生产线布置，支持多生产场景的柔性布局。将三维模型以简化图形的方式在二维界面上进行摆放、移动、旋转等操作，使其到达所需的位置。利用三维界面进行生产线展示，可以查看生产线布置情况，配合二维完成生产线布置。
3)生产线仿真
以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品设计、加工、装配、检验等全部流程的模拟和仿真。可仿真的设备包括加工中心、工业机械手臂、AGV小车、立体仓库、装配传送带、运维工具等。
2、实时监控与运维
基于工厂、生产线、运维工具的真实三维模型以及MES实时数据，开展生产线、工位、设备的实时数据仿真，并提供可视化的运维服务。
1)实时监控
通过数据采集技术，实时采集远程设备的工作数据信息，并经过网络传输，通过远程监控的仿真界面进行同步显示，以供远程故障排查或监控用。同时，通过车间可视化终端可以实时跟踪生产任务的完成情况，并对生产过程进行控制以及纠正，增强MES系统对生产的控制能力。将产品生产过程中涉及到的全部数据信息完整的与生产控制过程进行结合，从而严格控制生产过程的运行。
• 实时仿真：通过与MES数据的集成，通过动画展示和控制生产线、设备的运行，并通过位置定位的动画控制，展示AGV小车、物流的位置及运行轨迹。
• 综合监控：实时展现生产线或设备的故障、能效、运行等数据，实现过程数据漫游与监控。
2)运维管理
引入交互式三维虚拟维护与验证技术，在设计阶段将维修工具及设备的三维数字模型放入虚拟环境中，以虚拟维护代替昂贵的实物样机，模拟维修、维护工作过程。支持与PLM、IETM、VR等数据系统的集成应用。
维修工具库/动画制作：为满足虚拟维护的需要，Sview提供丰富的维修工具库，含常用呆扳手、梅花扳手、内六角扳手、十字/一字螺丝刀等，可满足客户基本需要，客户也可根据实际需求，自行添加维修工具。利用工具库对设备的维护过程虚拟维护，录制维护动画，对实机维护过程进行指导，提高维修效率及准确性。
故障热点添加：维修维护的终极目标就是分析故障原因，消除问题，利用Sview PC端可以将可能出现的故障及原因添加到模型中，当遇到故障时，我们只需要搜索相关的部件或者故障代码，就可以轻松找到解决的办法，高效快捷。利用Sview可以将故障消除的动画进行关联，指导维修维护的过程。
3、综合分析及优化
根据建立的数字化模型与仿真系统给出的仿真结果及其各种预测数据，分析虚拟生产过程中的可能存在的各种问题和潜在的优化方案等，进而优化生产过程、提高生产的可靠性与产品质量，最终提高企业的效益。
系统在模型运行过程中记录了所有设备的所有状态(工作、等待、阻塞、故障等)的时间数值，以及设备加工产品的个数。如设备利用率、单条模型生产线的实际产量与计划产量对比、单个设备的加工能力、设备状态的时长及时间比例、模型瓶颈分析等，并提供平面和立体饼图、柱状图、折线图等多种图形图表，支持数据与图表混合的统计报表。
• 生产瓶颈分析：根据现场的布局和各设备的工作效率、生产节拍等内容，系统自动计算出瓶颈工序，找出布局中存在的问题。
• 设备分析：可以对设备使用率、残次品率、设备故障率、生产时间等进行分析。
• 人因分析：对人-机系统的可靠性和安全性进行分析。考虑人的失误与风险的后果，揭示系统的薄弱环节。
• 物流评估及优化：包括原材料的物料分析、产成品的物料分析、在制品的物料分析，并对物流的运行轨迹进行优化。
一种机器人的心
4、多模式浏览与人机协同
研究建立面向智能制造的协同工作环境，实现人与生产线在虚拟环境下的互动，支持多用户协同、人机协同、远程操作、设备维护、工艺调整等。
1)多模式浏览
除了PC端浏览，系统还支持移动端展示。移动终端是基于手机、平板电脑、现场电子展板等电子设备对数字化工厂、各类仿真的展示，实现信息的实时可视化。通过移动端，实现信息联网，在车间任何位置都可以查询、下载、浏览BOM、零组件、工艺卡片、三维工艺模型及仿真。
2)漫游浏览
系统不仅可以直接导入外部的3D图形，并且采用了与先进的视频游戏相同的虚拟现实技术，能够根据用户设定的任意使用全景、局部放大、侧面、反面等漫游模式及行进路径进行飞行漫游，不仅能够对整个生产线运转情况有宏观的把握，而且对单个工位特别是瓶颈工位能够重点局部放大。通过飞行漫游功能，直观显示生产流程运行情况，能够帮助建模工程师快速验证模型的正确性。支持Windows操作系统，支持触摸屏方式漫游，漫游方式包括：1)自然漫游：实现以第三人称角度在生产环境中进行漫游; 2)自动漫游：可设置漫游路线，并以第三人称角度进行自动漫游; 3)互动漫游：可自定义规划漫游路线和地点。
3)VR/AR浏览
在数字化工厂布置、实时监控、设备运维过程中，支持VR/AR方式的浏览和互动，包括设备的移动、实时信息查看与操作、多用户协同、远程操作等。支持交互式操作“上、下、左、右、放大、缩小”沉浸式浏览工厂的全景及总装车间各个设备细节。支持漫游路径定义及滚动式播放，支持漫游过程中辅助解释，如声音、视频等。支持多摄像头的漫游视角定义与视图切换管理。
4)VR/AR协作
结合人体工效学，研究人机互动因素并进行优化，实现手势、语言等人机交流新方式，并应用于生产线浏览与布局、实时监控、设备维护等环节。
6、项目生产方式
通过引进IBF的智能制造相关的解决方案、软件及其他技术，在服务中心进行技术验证的同时，将研究成果服务于本区域内制造业企业。本项目实验室研发产品将以联合研发的方式组织生产，由华天软件和IBF共同成立产品研发团队，负责产品需求分析、需求规格定义、开发设计及编码实现工作。
四、行业及财务分析
1、行业前景分析
在中国制造业企业整体信息化、自动化和智能化程度不高的情况下，要落实中国制造2025战略，必将有大量的厂房、设备、技术等改造升级优化的需求，联合实验室提供的产品的市场前景将非常广阔。
中德联合智能制造实验室旨在打造一个顶级的工业4.0试验与数字化工厂，在此基础上，建立智能制造服务中心，快速实现研究成果的产业化应用。三年内，预期该项目产生如下效益：
(1)服务于区域内乃至全国制造业企业，通过技术改造升级，提高其智能制造水平和市场竞争力。给高新区制造企业提供咨询及解决方案，预期服务30余家企业。
(2)利用实验室虚拟和物理平台提供培训，提升企业技术人员的水平，更好地为企业服务。给高新区制造企业提供培训服务，预期服务60余家，培训专业人数300余人。
(3)通过技术引进和成果转换，提高本土高端工业软件制造商的技术实力。通过技术外包和基金资产，孵化或扶持创业型企业或个人，提高领域内的整体创新能力，孵化20家小微型科技企业。
(4)促使德国高校实验室采用或合作开发技术平台，服务欧洲乃至世界各地的制造业企业，扩展产品和技术出口渠道，提升本土企业的国际知名度。
(5)为中德双方政府、企业、高校、研究机构、行业协会等专家及组织机构提供“智能制造示范” “工业4.0”展示、交流与合作平台，推动中德双方在智能制造2025和工业4.0领域合作向更深和更广的方向发展。
(6)通过技术更新，不断提升实验室水平，预期申请国家级、省部级、市级项目6项。
五、合作方式
1、项目类别：扩建
2、合作方式：联合研发合作
3、实施周期： 本项目实施周期为2年，包括筹备期、建设期为1年，试产期和量产期为1年。
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