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沖出虛擬空間，駛向星辰大海

無論是航天飛機、客車、美洲杯賽艇還是F1賽車，各式各樣的產(chǎn)品正變得比以往更加復(fù)雜、智能，互聯(lián)程度也更高。西門子的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件幫助制造商利用更加智能的產(chǎn)品和機器設(shè)備向數(shù)字化企業(yè)轉(zhuǎn)型，潮流。

一艘志在沖向太空的飛船應(yīng)該是什么樣的？這艘名為“追夢者”號的航天飛機必須能夠經(jīng)受各種惡劣的條件。我們知道，空間站目前正在距離地球250英里的軌道上圍繞地球轉(zhuǎn)動。在往返于地球和空間站之間運輸貨物時，“追夢者”號要做的可不只是以超過17000英里（25馬赫）的時速行駛。它還需要耐受超過3000華氏度的溫度。由于航天飛機在返回途中與大氣摩擦產(chǎn)生的熱量足以熔化許多材料，“追夢者”號需要進行非常特殊的壓力測試。

為確保“追夢者”號航天飛機能應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，它的材料與結(jié)構(gòu)工程計算都必須正確無誤，滿足諸多要求，且能實現(xiàn)協(xié)同應(yīng)用。另外，飛機本身要形狀*，而且在建造和*運行前必須經(jīng)歷數(shù)千次對發(fā)射、飛行和著陸的模擬。太空環(huán)境是極其嚴酷的，任何微小的錯誤都不能出現(xiàn)。因此，“追夢者”號航天飛機的開發(fā)和模擬過程是極其復(fù)雜、昂貴和耗時的。

對任務(wù)至關(guān)重要的軟件

內(nèi)華達山脈公司（SNC）太空系統(tǒng)部目前正負責(zé)這艘可重復(fù)使用的航天飛機的研發(fā)和建造。該部門已有25年太空項目經(jīng)驗，支持了超過450次太空任務(wù)，并交付了4000件產(chǎn)品，無一失敗。在這些成功的項目中，超過70個是NASA的項目。換言之，面對無重力的太空，SNC卻是一家擁有技術(shù)專長的重量級機構(gòu)。SNC太空系統(tǒng)部對合作伙伴的要求也同樣嚴格。為了執(zhí)行“追夢者”號任務(wù)，它集合了一支“夢之隊”，聚集了來自航空航天、軟件、材料和高級研究領(lǐng)域的世界 的公司，而這其中就包括Siemens PLM Software。

“追夢者”號必須能耐受超過華氏3000度的高溫。

西門子PLM軟件提供的創(chuàng)新平臺讓制造商能夠快速從復(fù)雜的產(chǎn)品中收集海量數(shù)據(jù)，對其進行分析并分享給相關(guān)各方。產(chǎn)品研發(fā)團隊在一個集成式的產(chǎn)品設(shè)計CAD（計算機輔助設(shè)計）環(huán)境中工作，以協(xié)調(diào)不同的工作方法。這聽起來也許很簡單，但集成式環(huán)境所扮演的角色卻至關(guān)重要：如果工程師所需的所有數(shù)據(jù)都集合在一個系統(tǒng)中，就沒有必要花時間不停地上傳、下載、剪切、插入和發(fā)送資料了。擁有單一且安全的源，是許多任務(wù)成功的根本。這些任務(wù)中就包括了“追夢者”號航天飛機和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）的Atlas V火箭。SNC太空系統(tǒng)部從Siemens PLM Software的諸多產(chǎn)品中選擇了一個集成了產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)和仿真的軟件系統(tǒng)：NX平臺。它極大提高了“追夢者”號航天飛機的研發(fā)速度。

對“追夢者”號航天飛機來說，NX軟件解決方案的一大優(yōu)勢是能以較低成本進行多種設(shè)計的仿真。因此，這款軟件能讓工程師在建造原型機之前就決定這架航天飛機較適合采用什么形態(tài)和什么原材料組合。比如，隔熱瓦一般用來在航天飛機重返地球大氣層時，保護它免受高溫高壓的影響。早期的航天飛機上使用的隔熱瓦多是大小不同的，更換成本很高， 但“追夢者”號上超過半數(shù)的隔熱瓦都大小*，顯著降低了制造成本。

“追夢者”號航天飛機會將補給和敏感的實驗用品運往空間站。

“改變發(fā)明產(chǎn)物的力量終會改變發(fā)明方式本身。”在過去36年中一直參與軟件開發(fā)的Siemens PLM Software*執(zhí)行官和總裁Chuck Grindstaff說道，“高級機器人、3D打印、知識自動化，這些都是智能創(chuàng)新發(fā)展領(lǐng)域的例子。它們的共同點就是由數(shù)字化驅(qū)動。制造商如何利用數(shù)字化優(yōu)勢進行創(chuàng)新，將決定數(shù)字化如何在推動新商業(yè)機遇時積極發(fā)揮作用。”

顯然，那些向數(shù)字化企業(yè)邁進的公司將會潮流，而西門子PLM軟件則示范了如何做到這一點。它幫助各行各業(yè)的制造商優(yōu)化數(shù)字化企業(yè)，并實現(xiàn)他們?yōu)樾纬勺约焊偁巸?yōu)勢所需要的創(chuàng)新。其結(jié)果不僅是智能的產(chǎn)品，還有更智能的生產(chǎn)產(chǎn)品的機器。

PLM的核心能力是在產(chǎn)品開發(fā)的過程中輔以通過數(shù)字化雙胞胎的仿真。數(shù)字化雙胞胎其實就是終端產(chǎn)品的虛擬復(fù)制。通過數(shù)字化雙胞胎，在產(chǎn)品開發(fā)的整個階段，產(chǎn)品的每一個部件都能插入不同的配置中并進行*測試。它的一個應(yīng)用案例就是“好奇號”火星探測器。“好奇號”于2012年開始在火星上工作，而在真正登陸火星之前，這一過程已被模擬過數(shù)千次了。另一個例子是美國車橋。利用數(shù)字化雙胞胎的仿真幫助這家美國汽車零部件供應(yīng)商降低公路噪音和震動，并將每年的保修費用降低了20%-30%。

西門子 創(chuàng)新精神的客戶已經(jīng)在進行數(shù)字化企業(yè)的改造了。與以往不同，這次它不再限于航空航天的范疇，而是向消費產(chǎn)品制造業(yè)發(fā)展。例如，瑪莎拉蒂就希望通過新款Ghibli提高自己在市場的地位并增加銷量?？紤]到瑪莎拉蒂的預(yù)期產(chǎn)量增長，維持作為高質(zhì)量奢華跑車的品牌形象和產(chǎn)品質(zhì)量就極為重要。Ghibli的端到端產(chǎn)品生命周期管理*通過Teamcenter實現(xiàn)，以此作為合作平臺和數(shù)據(jù)骨干。同時還會有NX支持高級設(shè)計，Tecnomatix進行流程定義和生產(chǎn)虛擬仿真。

瑪莎拉蒂Ghibli： 以Teamcenter作為合作平臺和數(shù)據(jù)骨干，以NX支持高級設(shè)計，以Tecnomatix進行流程定義和生產(chǎn)虛擬仿真。

瑪莎拉蒂希望通過推出新款Ghibli提高它在市場的地位并增加銷量。

Ghibli的端到端產(chǎn)品生命周期*由Teamcenter管理。

樣板工廠

為了向客戶展示這種創(chuàng)新服務(wù)，西門子擁有自己的數(shù)字化企業(yè)：西門子安貝格電子制造廠（EWA）和位于中國成都的姊妹工廠西門子工業(yè)自動化產(chǎn)品成都生產(chǎn)及研發(fā)基地（SEWC）。這兩家企業(yè)是展現(xiàn)西門子PLM軟件作用的理想范例。這些工廠所使用的制造方法反映了未來十年內(nèi)可能成為標準的創(chuàng)新技術(shù)。比如，產(chǎn)品能夠控制自己的制造過程。Simatic可以生產(chǎn)出Simatic。也就是說，由可編程邏輯控制器控制更多可編程邏輯控制器的生產(chǎn)。在安貝格，每件產(chǎn)品的生命周期都能追溯到任何一個小的細節(jié)。

在EWA，每天都有大約5000萬條流程信息產(chǎn)生并被輸入到工廠的Simatic IT 制造執(zhí)行系統(tǒng)中。這款軟件定義所有的制造規(guī)則和流程。這樣，生產(chǎn)過程自始至終都能從虛擬層面被記錄和控制。它同樣與研發(fā)部門緊密相連。關(guān)于Simatic調(diào)整的 數(shù)據(jù)會通過NX和Teamcenter軟件解決方案直接發(fā)送給制造流程。

為了向客戶展示這種創(chuàng)新服務(wù)，西門子擁有自己的數(shù)字化企業(yè)：西門子安貝格電子制造工廠

“西門子是 一家能在整個產(chǎn)品和生產(chǎn)生命周期中實現(xiàn)這種程度的數(shù)字化的公司。我們從安貝格工廠的運營中吸取經(jīng)驗，并將它們用于幫助顧客推動自己的創(chuàng)新進程。”Grindstaff說道。

在虛擬空間中就讓一切就緒是極其重要的。因此，行業(yè) 的美國機床制造商Kapp Niles在虛擬空間內(nèi)使用PLM軟件讓自己的機器為生產(chǎn)做好準備。Kapp Niles表示， 機電一體化概念設(shè)計軟件可以從研發(fā)流程的早期就開始創(chuàng)建并測試可選的機電一體化研發(fā)概念，這讓編程任務(wù)在一個工作站內(nèi)僅需一個星期就可以完成，而在真實世界中則需要三個星期。

將美洲杯捧回英國

路虎BAR設(shè)計團隊使用NX、Teamcenter、Femap、Fiberism和STAR-CCM+開發(fā)了這艘創(chuàng)新型競賽用雙體船，目標是將美洲杯捧回英國。

PLM軟件也能助力實現(xiàn)非常個性化的需求。在航海界的一個例子就是路虎的雙體船的制造。路虎BAR準備用這艘船把美洲杯在1851年后*帶回英國。有了PLM的幫助，由第34屆美洲杯 Ben Ainslie爵士的團隊可以模擬出一系列幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計，對其進行分析測試，并找到在速度和穩(wěn)定性需求間的正確平衡。“有了NX，我們只需要按一個鍵就能測試上百種幾何結(jié)構(gòu)。”路虎BAR的*技術(shù)官Andy Claughton指出。

對航海專業(yè)人士而言，PLM的另一大益處是縮短了之前用于處理手續(xù)的大量時間。美洲杯規(guī)則要求參賽者記錄每個元件的歷史，包括組成材料、來源和制造。如今，Teamcenter可以方便地自動生成這些令人頭疼的文件。這款軟件甚至允許在后一分鐘進行修改：就算在比賽開始后，相關(guān)人員還是可以檢查某些部件是否需要替換，以去除可能影響后勝利的因素。

NX和Teamcenter共同促成賽艇從概念到終出海的完整、綜合開發(fā)流程。“重要的是，NX能夠迅速且簡便地生成幾何結(jié)構(gòu)，而幾何結(jié)構(gòu)是所有問題的基礎(chǔ)。”Claughton說，“一切都要從靈活的CAD模型開始。只有這樣，我們才能分析重量和賽艇表現(xiàn)，生成透視圖來展示控制和顯示情況，或打印塑料樣品供航海員和陸地船員檢查。”Teamcenter把一切都濃縮進了一個環(huán)境里。“因為現(xiàn)在有了一個包含所有零部件和既有工作流程的庫，我們不一定每次都要從零開始。每一艘船都比上一艘有所改進。我們也常常使用克隆工具把一些部件或子系統(tǒng)復(fù)制下來。我們可以從一條基線上產(chǎn)生出兩到三條不同的開發(fā)線，然后再把它們統(tǒng)一起來。”

“這樣的數(shù)字化規(guī)劃代表的就是創(chuàng)新的未來。”Grindstaff說，“你不僅需要知道有了新點子以后要做什么，你還得知道要怎么做。為此，所有的用戶都需要在正確的時間和正確的情境下處理正確的信息，才能迅速、準確地作出決定。”Grindstaff把信息視為制定能持續(xù)自我優(yōu)化的智能模型的關(guān)鍵要素。“模型需要知道它們必須滿足什么要求以及如何滿足。它們還需要理解自己是一個復(fù)雜系統(tǒng)中的一部分，并且與其它部分密切相連。” 他這樣說道。

F1的虛擬勝利

在F1的世界里沒有所謂“已完成”的產(chǎn)品。這也是為什么這是PLM的*應(yīng)用領(lǐng)域。

在F1的世界里沒有所謂“已完成”的作品。賽車從原型機開始就持續(xù)不斷地在發(fā)生演變，每周可能經(jīng)歷多達1000次設(shè)計變動，因此，提高工程設(shè)計吞吐能力可以創(chuàng)造出可觀的優(yōu)勢。四次奪得FIA F1車隊世界 的紅牛車隊依賴西門子PLM提供的PLM數(shù)字化骨干來設(shè)計新元件、對它們進行虛擬測試、安排生產(chǎn)，并將它們安裝在奔跑在世界各地的賽車上。

與F1賽車車手所面臨的壓力相比，“追夢者”號的太空旅行是相當舒適的。經(jīng)過在虛擬空間內(nèi)的測試后，它的特殊結(jié)構(gòu)能讓它在重返大氣層的關(guān)鍵時刻將加在航天員和敏感貨物上的加速力限制在1.5倍重力。在“追夢者”號中，航天員感受到的壓力僅相當于高速行駛的過山車上乘客感受到壓力的三分之一。這是一項偉大的成就。如果考慮到這場旅程始于地面的數(shù)字化工廠，則更是如此。