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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”指的是未來或現(xiàn)有對象或過程在虛擬世界里的復制品。它為進行可視化與優(yōu)化提供了機會,。結(jié)合人工智能,，數(shù)字化雙胞胎可以為自動重新配置生產(chǎn)過程以應對瞬息萬變的客戶需求創(chuàng)造新的可能。

對企業(yè)而言,，雖然瓶頸會危及業(yè)務,，但它卻十分常見。舉例來說,，如果要求送達汽車生產(chǎn)線的座椅因延誤數(shù)小時未能送到,，那么整條生產(chǎn)線將可能因為沒有足夠的座椅可用而逐漸停工。

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

在未來，生產(chǎn)線將能獨立應對不斷變化的需求,，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

盡管這種對未來制造業(yè)的憧憬要在多年后才能成為現(xiàn)實（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)字化雙胞胎是我們在談論數(shù)字化工廠時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房中還有多少汽車座椅，從而計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，PLM可以預測工廠還能在多長時間內(nèi)出繼續(xù)生產(chǎn)特定物品而避免直接停工,。

Feuer表示：“但終,，隨著機器間通信標準的推行，真正神奇的事情將會發(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臨時生產(chǎn)不同車型。”為了建立這些標準,，西門子PLM已經(jīng)采取了重要舉措,。例如，多年來,，由于缺乏支持CAD文件傳送的標準,，相關(guān)人員幾乎不可能在公司間傳送CAD文件。Zvi解釋說：“因此,，我們開發(fā)出了名為JT的自然3D幾何圖形標準?，F(xiàn)在，它已經(jīng)成為ISO標準,，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,。

用以實現(xiàn)重新配置的編程

如今,，制造商正承受著越來越大的壓力。他們必須能夠快速,、簡便地重新配置裝配線及有關(guān)物流過程,。理想情況下，要實現(xiàn)這一點,，系統(tǒng)應當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)在競爭日益激烈的市場上長盛不衰,。

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)于什么時候在什么地方需要哪些部件,、如何處理各個部件,，以及機床和機器人的不同配置將如何影響工廠的能源需求和相關(guān)電纜布置等的實時數(shù)據(jù)。

如今,，隨著越來越多的生產(chǎn)機器和過程實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)且*地輸出信息,，自配置的夢想也漸行漸近。但在目前,，機器還是必須按指令行事,。這個過程借由控制代碼實現(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,，由于代碼十分復雜，它仍需人工編寫,。要創(chuàng)建這樣的代碼,，程序員必須知道每臺機器部署在什么地方，機器如何分組,，以及每臺機器的服務歷史,。只有先掌握這些信息，程序員才能將機器重新編程和重新組織,，以形成新的配置,。Feuer解釋道：“我們將這個過程稱為反饋循環(huán)。通過反饋循環(huán),，我們才能將工廠當前的工藝流程,，與未來將要執(zhí)行的工藝流程相關(guān)聯(lián)。”

復制粘貼式生產(chǎn)系統(tǒng)

對反饋循環(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用場景,。舉例來說,，如果制造商想擴大生產(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復制粘貼的方式,，創(chuàng)建生產(chǎn)系統(tǒng)。Feuer說：“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的客戶已再三證實的，終的精度水平令人驚嘆,。

近年來,，得益于收購和自主研發(fā)活動,，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)于其機械和電子運行情況的詳盡信息,。這讓我們越來越貼近雙胞胎一詞的字面含義,。”

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