制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)力方式進(jìn)行優(yōu)化

對(duì)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型來說，很關(guān)鍵的一點(diǎn)是要通過虛擬化功能，創(chuàng)建仿真以及使用數(shù)字化模型，來將生產(chǎn)操作從工廠車間里模擬出來并形成制造優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)和組裝部分必須擴(kuò)大其作用并生產(chǎn)出兩個(gè)產(chǎn)品，一個(gè)包括相關(guān)產(chǎn)品純信息的虛擬模型，另一個(gè)是其實(shí)際物理對(duì)應(yīng)物。數(shù)字化使我們能夠做到這一點(diǎn)。

數(shù)字化生產(chǎn)制造賦予了操作人員靈活調(diào)整產(chǎn)量，以及在整個(gè)流程中較早交付多個(gè)產(chǎn)品型號(hào)的能力，這些都是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目收入最大化并最終實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化的關(guān)鍵因素。在初始階段，可以在原型中心里對(duì)生產(chǎn)制造流程進(jìn)行概念上的虛擬化，接下來在生產(chǎn)中心里轉(zhuǎn)化為量產(chǎn)，從而在全球市場(chǎng)上提升其業(yè)務(wù)靈活性以及成本控制。

不僅如此，數(shù)字化生產(chǎn)制造為操作人員提供了自由交流設(shè)計(jì)知識(shí)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。反過來，數(shù)字化生產(chǎn)制造也實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)瓶頸的有效識(shí)別，這樣工廠就可以通過對(duì)產(chǎn)出的優(yōu)化調(diào)整來滿足高峰時(shí)的需求。

在與一家領(lǐng)先的國(guó)際化軟件公司的協(xié)作中，一家法國(guó)瓷器制造商通過將整個(gè)設(shè)計(jì)和開發(fā)流程遷移到云端，對(duì)其整個(gè)生產(chǎn)制造理念進(jìn)行了變革。該平臺(tái)的目標(biāo)是不再進(jìn)行成本高昂的物理原型制作，讓制造商創(chuàng)建并驗(yàn)證可以為開發(fā)模具提供參考點(diǎn)的虛擬模型。該公司也準(zhǔn)備對(duì)其現(xiàn)有的產(chǎn)品目錄進(jìn)行數(shù)字化，以保留其150年的設(shè)計(jì)貢獻(xiàn)。

虛擬產(chǎn)品原型技術(shù)以3D線框圖技術(shù)而著稱，該技術(shù)與喬治·盧卡斯在1977年的電影“星球大戰(zhàn)”中創(chuàng)造死星時(shí)所用的技術(shù)一樣。工程設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步利用了該流程，使用掃描樣本來對(duì)虛擬模型進(jìn)行分層，以此識(shí)別出制造產(chǎn)品所需要的合適的材料。

隨著可持續(xù)性已經(jīng)變成了至關(guān)重要的性能指標(biāo)，測(cè)試及選擇材料的過程需要進(jìn)行簡(jiǎn)化。因此，虛擬原型設(shè)計(jì)需要在節(jié)省寶貴的資源的同時(shí)改善可持續(xù)性。

以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)力的方式

在原型開發(fā)階段之后，生產(chǎn)制造商就要努力滿足在第一批產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)及功能性的重復(fù)性。目前，這需要對(duì)有爭(zhēng)議的精度問題進(jìn)行昂貴的實(shí)體質(zhì)量檢查。

從工程設(shè)計(jì)的角度來看，解決這些特定的挑戰(zhàn)需要一個(gè)以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)力的方式。生產(chǎn)制造流程需要在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的過程中對(duì)其進(jìn)行捕捉，同時(shí)制作出一個(gè)反映實(shí)體產(chǎn)品的鏡像虛擬模型。這為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)范管理（PSM）系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

制造生態(tài)系統(tǒng)

這個(gè)想法是努力構(gòu)建一個(gè)制造生態(tài)系統(tǒng)，能夠在空間、陸地或海上按需創(chuàng)建組件和工具。目前，激光成型技術(shù)以及數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)正在用于將粉末材料合成為復(fù)雜的航空電子結(jié)構(gòu)件，如F/A-18E/F導(dǎo)管。在一種稱為選擇性激光燒結(jié)的工藝中，使用鈦金屬和其他材料打印出不同大小的部件。

虛擬化制造的應(yīng)用正在不斷深化。當(dāng)一家企業(yè)使用物理原型來進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代的時(shí)候，某些材料類型（諸如金屬）不能以理想的成本來進(jìn)行數(shù)字化制造或機(jī)加工。如果最終產(chǎn)品的材料和原型的材料不同，即使公司采用了快速成型或3D打印技術(shù)，也無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)最終產(chǎn)品的材料屬性。

當(dāng)涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，無論是茶杯，還是飛機(jī)和汽車都需要面對(duì)同樣的挑戰(zhàn)。材料的選擇、耐用性以及設(shè)計(jì)的靈活性，都需要和產(chǎn)品在現(xiàn)實(shí)世界中與力、熱以及震動(dòng)的相互作用保持一致。在這種情況下，虛擬化制造可以將有限元分析法（FEA）提升到另一個(gè)層次。例如，焊接模擬（涉及到熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力相關(guān)因素）會(huì)有助于優(yōu)化工具設(shè)計(jì)以及實(shí)際的焊接工藝。研發(fā)工作正在積極為自動(dòng)化流程優(yōu)化的模擬和預(yù)測(cè)開發(fā)FEA軟件。一旦與控制系統(tǒng)整合起來，它將可以在工廠車間里對(duì)工具進(jìn)行再次校準(zhǔn)，在不需要人工干預(yù)的情況下完成對(duì)設(shè)計(jì)、工具、制作以及材料的變更。

雖然虛擬制造開始作為設(shè)計(jì)和測(cè)試工具的一種方式，但它已經(jīng)發(fā)展成為支持生產(chǎn)過程乃至產(chǎn)品開發(fā)的強(qiáng)大力量。通過數(shù)字模型可以捕獲產(chǎn)品信息，以便在工廠車間進(jìn)行快速原型設(shè)計(jì)并最終實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。圖片來源：L&T科技服務(wù)公司

數(shù)字化雙胞胎

生產(chǎn)制造業(yè)的未來要依賴于使用虛擬產(chǎn)品信息來提高產(chǎn)品質(zhì)量。在現(xiàn)實(shí)中，通過使用來自于整個(gè)生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)的合并數(shù)據(jù)，我們幾乎已經(jīng)將整個(gè)工廠車間都復(fù)制下來了，創(chuàng)造出了數(shù)字化雙胞胎。一些先進(jìn)的科技企業(yè)已經(jīng)開始探索此概念了，例如創(chuàng)建風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的工作模擬軟件來預(yù)測(cè)設(shè)備的故障并且提高日發(fā)電量多達(dá)20%。

虛擬調(diào)試可以讓操作員通過創(chuàng)建一個(gè)虛擬工廠，并將其與真實(shí)的控制器連接起來，以全面地驗(yàn)證一套生產(chǎn)制造系統(tǒng)的可持續(xù)性。這需要完整描述工廠的仿真模型，詳細(xì)到傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的層面。通過將模型與真實(shí)的控制器連在一起，工程師可以在實(shí)際的調(diào)試階段還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有開始之前就檢測(cè)到控制程序的潛在錯(cuò)誤。

一個(gè)模擬的工廠車間可以監(jiān)控各項(xiàng)參數(shù)、暴露出生產(chǎn)的缺口、凸顯成本利用的低效、減少碳排放量。相同的概念和原理也可以應(yīng)用到產(chǎn)品上面，即使它還在畫圖板上也可以了解到未來在現(xiàn)實(shí)的世界中是如何工作的。