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變革制造業(yè)的仿真工具箱

西門子的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件正在改變產(chǎn)品生產(chǎn)和生產(chǎn)線搭建的方式，而其關(guān)鍵就在于“數(shù)字化雙胞胎”。“數(shù)字化雙胞胎”指的是未來(lái)或現(xiàn)有對(duì)象或過(guò)程在虛擬世界里的復(fù)制品。它為進(jìn)行可視化與優(yōu)化提供了機(jī)會(huì)。結(jié)合人工智能，數(shù)字化雙胞胎可以為自動(dòng)重新配置生產(chǎn)過(guò)程以應(yīng)對(duì)瞬息萬(wàn)變的客戶需求創(chuàng)造新的可能。

對(duì)企業(yè)而言，雖然瓶頸會(huì)危及業(yè)務(wù)，但它卻十分常見。舉例來(lái)說(shuō)，如果要求送達(dá)汽車生產(chǎn)線的座椅因延誤數(shù)小時(shí)未能送到，那么整條生產(chǎn)線將可能因?yàn)闆](méi)有足夠的座椅可用而逐漸停工。

盡管這樣的問(wèn)題是老生常談，但由于出現(xiàn)了主要依靠數(shù)字信息的生產(chǎn)環(huán)境，這些問(wèn)題將大大減少。西門子PLM軟件業(yè)務(wù)高級(jí)副總裁Zvi Feuer表示：“未來(lái)的工廠將主要表現(xiàn)出三大特點(diǎn)，是它們讓信息能夠靈活而無(wú)縫地流動(dòng)。工廠內(nèi)的系統(tǒng)將廣泛聯(lián)網(wǎng)，各個(gè)要素——即機(jī)器和機(jī)器人——將具有移動(dòng)性，并能夠自主完成重新配置。”

在未來(lái)，生產(chǎn)線將能獨(dú)立應(yīng)對(duì)不斷變化的需求，如根據(jù)需求利用各種備貨充足的部件生產(chǎn)出不同車型。

創(chuàng)造神奇

盡管這種對(duì)未來(lái)制造業(yè)的憧憬要在多年后才能成為現(xiàn)實(shí)（西門子在安貝格的數(shù)字化工廠等幾座示范性工廠除外），但顯然事情正朝著正確的方向發(fā)展。例如，在開始使用PLM軟件前，F(xiàn)euer的客戶常常因遞送延遲而承受大量時(shí)間與金錢方面的損失。但隨著他們轉(zhuǎn)向基于PLM軟件的全數(shù)字化環(huán)境，他們已逐漸創(chuàng)建了其產(chǎn)品生產(chǎn)全部工序的“數(shù)字化雙胞胎”。Feuer指出：“數(shù)字化雙胞胎是我們?cè)谡務(wù)摂?shù)字化工廠時(shí)所指的幾乎所有事物的關(guān)鍵。”工廠內(nèi)的工程師不僅可以為產(chǎn)品創(chuàng)建出這樣的雙胞胎，還可以為整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)創(chuàng)建雙胞胎，例如，利用數(shù)字化雙胞胎，相關(guān)人員可以快速確定庫(kù)房中還有多少汽車座椅，從而計(jì)算出在新貨未到的情況下，生產(chǎn)還能持續(xù)多久。如此一來(lái)，PLM可以預(yù)測(cè)工廠還能在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)出繼續(xù)生產(chǎn)特定物品而避免直接停工。

Feuer表示：“但終，隨著機(jī)器間通信標(biāo)準(zhǔn)的推行，真正神奇的事情將會(huì)發(fā)生。整條裝配線將能自主完成重新配置，從而利用備貨充足的部件來(lái)臨時(shí)生產(chǎn)不同車型。”為了建立這些標(biāo)準(zhǔn)，西門子PLM已經(jīng)采取了重要舉措。例如，多年來(lái)，由于缺乏支持CAD文件傳送的標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)人員幾乎不可能在公司間傳送CAD文件。Zvi解釋說(shuō)：“因此，我們開發(fā)出了名為JT的自然3D幾何圖形標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在，它已經(jīng)成為ISO標(biāo)準(zhǔn)，且能支持CAD文件的自然傳送。”

Sierra Nevada Corporation（SNC）利用西門子產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件設(shè)計(jì)并研發(fā)Dream Chaser?飛行器。

SNC正在研發(fā)可將多7名宇航員送入太空的飛行器。

用以實(shí)現(xiàn)重新配置的編程

如今，制造商正承受著越來(lái)越大的壓力。他們必須能夠快速、簡(jiǎn)便地重新配置裝配線及有關(guān)物流過(guò)程。理想情況下，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠自主完成重新組織。這不僅有助于避免交付瓶頸，且更為根本的是，它有助于企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)上長(zhǎng)盛不衰。

要為新的柔性生產(chǎn)環(huán)境創(chuàng)造條件，生產(chǎn)設(shè)施需要大量數(shù)據(jù)，即關(guān)于什么時(shí)候在什么地方需要哪些部件、如何處理各個(gè)部件，以及機(jī)床和機(jī)器人的不同配置將如何影響工廠的能源需求和相關(guān)電纜布置等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

如今，隨著越來(lái)越多的生產(chǎn)機(jī)器和過(guò)程實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)且*地輸出信息，自配置的夢(mèng)想也漸行漸近。但在目前，機(jī)器還是必須按指令行事。這個(gè)過(guò)程借由控制代碼實(shí)現(xiàn)。PLM已經(jīng)提供了仿真工具以幫助程序員創(chuàng)建這樣的代碼。然而，由于代碼十分復(fù)雜，它仍需人工編寫。要?jiǎng)?chuàng)建這樣的代碼，程序員必須知道每臺(tái)機(jī)器部署在什么地方，機(jī)器如何分組，以及每臺(tái)機(jī)器的服務(wù)歷史。只有先掌握這些信息，程序員才能將機(jī)器重新編程和重新組織，以形成新的配置。Feuer解釋道：“我們將這個(gè)過(guò)程稱為反饋循環(huán)。通過(guò)反饋循環(huán)，我們才能將工廠當(dāng)前的工藝流程，與未來(lái)將要執(zhí)行的工藝流程相關(guān)聯(lián)。”

復(fù)制粘貼式生產(chǎn)系統(tǒng)

對(duì)反饋循環(huán)的模擬開始于獲取部署在生產(chǎn)和物流環(huán)境中的傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，然后在云端執(zhí)行模擬。借助PLM及相關(guān)數(shù)字化雙胞胎，用戶可在虛擬世界中模擬幾乎任何應(yīng)用場(chǎng)景。舉例來(lái)說(shuō)，如果制造商想擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，建造第二座生產(chǎn)車間以使產(chǎn)能翻番，PLM可以讓用戶在某種意義上通過(guò)復(fù)制粘貼的方式，創(chuàng)建生產(chǎn)系統(tǒng)。Feuer說(shuō)：“我們可以在世界上任何地方，以同樣的精度建造一座一模一樣的設(shè)施。”正如Feuer的客戶已再三證實(shí)的，終的精度水平令人驚嘆。

近年來(lái)，得益于收購(gòu)和自主研發(fā)活動(dòng)，西門子PLM已經(jīng)大幅提升數(shù)字化雙胞胎的功能。Feuer表示：“這些模擬已變得越來(lái)越全面，現(xiàn)在，它不僅包含了關(guān)于產(chǎn)品幾何形狀的詳盡信息，還包含了關(guān)于其機(jī)械和電子運(yùn)行情況的詳盡信息。這讓我們?cè)絹?lái)越貼近雙胞胎一詞的字面含義。”

Feuer認(rèn)為，在未來(lái)，人工智能將在PLM中扮演更重要的角色。他說(shuō)：“目前，我們正處在一個(gè)激動(dòng)人心的發(fā)展階段，機(jī)器的學(xué)習(xí)能力正在穩(wěn)步提高。”因此，自動(dòng)化技術(shù)目前面臨的大挑戰(zhàn)是讓機(jī)器能夠自主編寫新的控制代碼。Feuer說(shuō)：“盡管還有很長(zhǎng)的路要走，但我們已心中有數(shù)，知道該怎樣走好這條路。”