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變革制造業(yè)的仿真工具箱

西門(mén)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(xiàn)搭建的方式，而其關(guān)鍵就在于“數字化雙胞胎”。“數字化雙胞胎”指的是未來(lái)或現有對象或過(guò)程在虛擬世界里的復制品。它為進(jìn)行可視化與優(yōu)化提供了機會(huì )。結合人工智能，數字化雙胞胎可以為自動(dòng)重新配置生產(chǎn)過(guò)程以應對瞬息萬(wàn)變的客戶(hù)需求創(chuàng )造新的可能。

對企業(yè)而言，雖然瓶頸會(huì )危及業(yè)務(wù)，但它卻十分常見(jiàn)。舉例來(lái)說(shuō)，如果要求送達汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)的座椅因延誤數小時(shí)未能送到，那么整條生產(chǎn)線(xiàn)將可能因為沒(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，但由于出現了主要依靠數字信息的生產(chǎn)環(huán)境，這些問(wèn)題將大大減少。西門(mén)子PLM軟件業(yè)務(wù)高級副總裁Zvi Feuer表示：“未來(lái)的工廠(chǎng)將主要表現出三大特點(diǎn)，是它們讓信息能夠靈活而無(wú)縫地流動(dòng)。工廠(chǎng)內的系統將廣泛聯(lián)網(wǎng)，各個(gè)要素——即機器和機器人——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(xiàn)將能獨立應對不斷變化的需求，如根據需求利用各種備貨充足的部件生產(chǎn)出不同車(chē)型。

創(chuàng )造神奇

盡管這種對未來(lái)制造業(yè)的憧憬要在多年后才能成為現實(shí)（西門(mén)子在安貝格的數字化工廠(chǎng)等幾座示范性工廠(chǎng)除外），但顯然事情正朝著(zhù)正確的方向發(fā)展。例如，在開(kāi)始使用PLM軟件前，Feuer的客戶(hù)常常因遞送延遲而承受大量時(shí)間與金錢(qián)方面的損失。但隨著(zhù)他們轉向基于PLM軟件的全數字化環(huán)境，他們已逐漸創(chuàng )建了其產(chǎn)品生產(chǎn)全部工序的“數字化雙胞胎”。Feuer指出：“數字化雙胞胎是我們在談?wù)摂底只S(chǎng)時(shí)所指的幾乎所有事物的關(guān)鍵。”工廠(chǎng)內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)系統創(chuàng )建雙胞胎，例如，利用數字化雙胞胎，相關(guān)人員可以快速確定庫房中還有多少汽車(chē)座椅，從而計算出在新貨未到的情況下，生產(chǎn)還能持續多久。如此一來(lái)，PLM可以預測工廠(chǎng)還能在多長(cháng)時(shí)間內出繼續生產(chǎn)特定物品而避免直接停工。

Feuer表示：“但終，隨著(zhù)機器間通信標準的推行，真正神奇的事情將會(huì )發(fā)生。整條裝配線(xiàn)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(chē)型。”為了建立這些標準，西門(mén)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文件傳送的標準，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(kāi)發(fā)出了名為JT的自然3D幾何圖形標準?，F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(mén)子產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件設計并研發(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(shí)現重新配置的編程

如今，制造商正承受著(zhù)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(xiàn)及有關(guān)物流過(guò)程。理想情況下，要實(shí)現這一點(diǎn)，系統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(chǎng)上長(cháng)盛不衰。

要為新的柔性生產(chǎn)環(huán)境創(chuàng )造條件，生產(chǎn)設施需要大量數據，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，以及機床和機器人的不同配置將如何影響工廠(chǎng)的能源需求和相關(guān)電纜布置等的實(shí)時(shí)數據。

如今，隨著(zhù)越來(lái)越多的生產(chǎn)機器和過(guò)程實(shí)現聯(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。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(xiě)。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(wù)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(gè)過(guò)程稱(chēng)為反饋循環(huán)。通過(guò)反饋循環(huán)，我們才能將工廠(chǎng)當前的工藝流程，與未來(lái)將要執行的工藝流程相關(guān)聯(lián)。”

復制粘貼式生產(chǎn)系統

對反饋循環(huán)的模擬開(kāi)始于獲取部署在生產(chǎn)和物流環(huán)境中的傳感器傳來(lái)的數據，然后在云端執行模擬。借助PLM及相關(guān)數字化雙胞胎，用戶(hù)可在虛擬世界中模擬幾乎任何應用場(chǎng)景。舉例來(lái)說(shuō)，如果制造商想擴大生產(chǎn)規模，建造第二座生產(chǎn)車(chē)間以使產(chǎn)能翻番，PLM可以讓用戶(hù)在某種意義上通過(guò)復制粘貼的方式，創(chuàng )建生產(chǎn)系統。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施。”正如Feuer的客戶(hù)已再三證實(shí)的，終的精度水平令人驚嘆。

近年來(lái)，得益于收購和自主研發(fā)活動(dòng)，西門(mén)子PLM已經(jīng)大幅提升數字化雙胞胎的功能。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(lái)越貼近雙胞胎一詞的字面含義。”

Feuer認為，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，機器的學(xué)習能力正在穩步提高。”因此，自動(dòng)化技術(shù)目前面臨的大挑戰是讓機器能夠自主編寫(xiě)新的控制代碼。Feuer說(shuō)：“盡管還有很長(cháng)的路要走，但我們已心中有數，知道該怎樣走好這條路。”