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從虛擬空間到外域空間

無論是太空車，還是乘用車、美洲杯帆船、F1賽車，如今的產(chǎn)品都比以往更為復(fù)雜、智能且聯(lián)網(wǎng)程度更高。西門子的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件能夠幫助制造商，使其業(yè)務(wù)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并在競(jìng)爭中一路——借助的是更智能化的產(chǎn)品以及更智能化的制造設(shè)備。

較快的太空飛船將必須經(jīng)受住重重考驗(yàn)。當(dāng)太空飛船“追夢(mèng)者號(hào)”在與距離地球250英里、繞地球環(huán)行的空間站（ISS）之間的標(biāo)準(zhǔn)航線航行、往返運(yùn)送人員和物品時(shí)，它面臨的不僅僅只是超過17, 000英里（25馬赫）時(shí)速的挑戰(zhàn)，還必須能夠承受3000華氏度以上的高溫。當(dāng)太空飛船返回大氣層時(shí)，空氣摩擦所產(chǎn)生的熱量足以將許多材料熔為灰燼，這使得該過程成為一次非常特殊的材料壓力測(cè)試。

為確保“追夢(mèng)者號(hào)”能夠應(yīng)對(duì)上述種種挑戰(zhàn)，無論是制造材料，還是結(jié)構(gòu)工程計(jì)算，都必須準(zhǔn)確無誤，達(dá)到繁雜的要求，并且能夠協(xié)同運(yùn)作。飛船船體必須采用*的外形設(shè)計(jì)，在實(shí)際制造和*飛行之前，必須對(duì)飛船的發(fā)射、飛行和著陸進(jìn)行數(shù)千次的模擬。太空環(huán)境復(fù)雜嚴(yán)苛，容不得半點(diǎn)差池。“追夢(mèng)者號(hào)”的開發(fā)和模擬過程有著勃勃雄心，卻也是費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。

至關(guān)重要的軟件

內(nèi)華達(dá)山脈公司（SNC）的航天系統(tǒng)部，是這艘可重復(fù)利用的航天飛船的研發(fā)建造方，其在航天領(lǐng)域擁有超過25年的經(jīng)驗(yàn)，為420余次航天任務(wù)提供支持，交付了4,000件產(chǎn)品，從未有過失誤。其中有70多次任務(wù)是受美國國家航空航天局（NASA）之托。換句話說，SNC是失重的太空領(lǐng)域的重量級(jí)選手。事無巨細(xì)，一律遵循嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，這是SNC航天系統(tǒng)部對(duì)其合作伙伴的要求。針對(duì)“追夢(mèng)者號(hào)”任務(wù)，SNC專門召集了一支由航天、軟件、材料和科研等領(lǐng)域世界公司組成的“夢(mèng)之隊(duì)”，其中就包括了西門子PLM。

“追夢(mèng)者號(hào)”要能夠承受3000華氏度以上的高溫。

利用Teamcenter協(xié)作平臺(tái)和數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)絡(luò)，西門子PLM軟件帶來了一個(gè)創(chuàng)新系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，制造商可以快速整合來自復(fù)雜產(chǎn)品的海量數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，隨后提供給所有參與者。產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)在多重計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（multi-CAD）環(huán)境下開展工作，需要協(xié)調(diào)不同的方案。盡管聽上去很簡單，但實(shí)際上這種環(huán)境發(fā)揮著至關(guān)重要的作用：如果工程師能將所有數(shù)據(jù)整合到一個(gè)系統(tǒng)中，那么就無需花時(shí)間不斷地上傳、下載、剪切、插入和發(fā)送數(shù)據(jù)了。對(duì)于“追夢(mèng)者號(hào)”和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的“宇宙神-5”（Atlas V）這樣的航天任務(wù)，要確保成功完成任務(wù)，擁有統(tǒng)一可靠的數(shù)據(jù)來源至關(guān)重要。SNC航天系統(tǒng)部從西門子PLM產(chǎn)品系列中選擇了集成式產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)和制造軟件系統(tǒng)，即NX TM平臺(tái)，該平臺(tái)已極大地推動(dòng)了“追夢(mèng)者”號(hào)的研發(fā)進(jìn)程。

在“追夢(mèng)者”號(hào)”這樣復(fù)雜系統(tǒng)的研發(fā)、
測(cè)試及生產(chǎn)優(yōu)化方面，西門子模擬軟件發(fā)揮著
重要作用。

“對(duì)創(chuàng)新內(nèi)容帶來變革的力量，也會(huì)促使創(chuàng)新方式發(fā)生變革。高級(jí)機(jī)器人、3D打印、知識(shí)自動(dòng)化，這些都是聰明地運(yùn)用創(chuàng)新的方向。它們的共同點(diǎn)是都由數(shù)字化所驅(qū)動(dòng)。制造商們利用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新的程度，將決定數(shù)字化為他們帶來的全新業(yè)務(wù)機(jī)遇有多大。” 西門子PLM軟件*執(zhí)行官兼總裁Chuck Grindstaff指出。在過去的36年中，他一直從事軟件研發(fā)領(lǐng)域的工作。

毋庸置疑，變身數(shù)字化企業(yè)，將在競(jìng)爭中贏得地位。西門子PLM軟件清晰呈現(xiàn)了如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)—— 通過幫助各行各業(yè)的制造商優(yōu)化數(shù)字化企業(yè)，把贏得競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)所需要的創(chuàng)新變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。終得到的不僅是更智能的產(chǎn)品，還有更智能的制造設(shè)備。PLM的核心是在產(chǎn)品開發(fā)過程中，利用數(shù)字化雙胞胎，來部分實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品——就是在終產(chǎn)品的虛擬版本中，將不同組件插入到不同配置中，并進(jìn)行全面測(cè)試。火星探測(cè)車“好奇號(hào)”就是這樣一個(gè)例子。自2012年開始，這艘探測(cè)車就一直在火星上服役，但是在這一切發(fā)生之前，它經(jīng)過了數(shù)千次的模擬測(cè)試。American Axle是另外一個(gè)例子。這家美國汽車零部件供應(yīng)商通過數(shù)字化雙胞胎，成功降低了汽車行駛的噪音和震動(dòng)，并將每年的保修成本降低20%-30%。

大多數(shù)走在創(chuàng)新前沿的西門子客戶都已經(jīng)開始向數(shù)字化企業(yè)轉(zhuǎn)型。而新近出現(xiàn)的趨勢(shì)是，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已經(jīng)不局限于航天領(lǐng)域，它已經(jīng)擴(kuò)展到消費(fèi)品生產(chǎn)領(lǐng)域。例如，瑪莎拉蒂就希望憑借其新推出的Ghibli，提升其在市場(chǎng)的地位，同時(shí)促進(jìn)銷量倍增。隨著瑪莎拉蒂的產(chǎn)量增長，維護(hù)其高品質(zhì)豪華汽車制造商的品牌形象和質(zhì)量至關(guān)重要。為此，Ghibli的整個(gè)產(chǎn)品生命周期都配備了強(qiáng)大的西門子產(chǎn)品：用Teamcenter作為其協(xié)調(diào)平臺(tái)和數(shù)據(jù)骨干，用NX支持高級(jí)設(shè)計(jì)，用Tecnomatix進(jìn)行流程定義和虛擬生產(chǎn)模擬。

瑪莎拉蒂采用Teamcenter作為其協(xié)調(diào)平臺(tái)和數(shù)據(jù)骨干，用NX支持高級(jí)設(shè)計(jì)，用Tecnomatix進(jìn)行流程定義和虛擬生產(chǎn)模擬。

瑪莎拉蒂希望憑借新推出的Ghibli，提升其在豪車市場(chǎng)的地位，同時(shí)促進(jìn)銷量倍增。

Ghibli的整個(gè)產(chǎn)品生命周期，*通過Teamcenter進(jìn)行管理。

示范工廠

為了給客戶提供切實(shí)的創(chuàng)新成果，西門子自身也設(shè)立了數(shù)字化工廠：安貝格電子設(shè)備制造工廠（EWA）和位于中國成都的姊妹工廠西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成都生產(chǎn)及研發(fā)基地（SEWC）。這兩家工廠是西門子PLM軟件的應(yīng)用*。這兩家工廠采用的生產(chǎn)方法，為十年之后定下了*。譬如，產(chǎn)品可以自行控制生產(chǎn)。利用Simatic制造Simatic：也就是說，由可編程邏輯控制器，控制并生產(chǎn)更多邏輯控制器。在安貝格工廠，可以對(duì)每件產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)的產(chǎn)品生命周期追蹤。每天將生成大約5千萬條流程信息，并進(jìn)入工廠的Simatic IT制造執(zhí)行系統(tǒng)。所有的生產(chǎn)規(guī)則和流程，均由軟件來定義。這樣，整個(gè)生產(chǎn)過程由始至終都在虛擬層面進(jìn)行記錄和控制，并且與研發(fā)部門聯(lián)系緊密。的Simatic改進(jìn)數(shù)據(jù)，將直接反饋到使用NX和Teamcenter軟件解決方案的制造過程中。

為了給客戶提供切實(shí)的創(chuàng)新成果，西門子也設(shè)立了
數(shù)字化工廠：安貝格電子設(shè)備制造工廠（EWA）和
位于中國成都的姊妹工廠西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品成
都生產(chǎn)及研發(fā)基地（SEWC）。

“西門子是一家在整個(gè)產(chǎn)品和生產(chǎn)生命周期中，全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的公司。我們吸取安貝格工廠的經(jīng)驗(yàn)，然后幫助客戶推動(dòng)他們自身的創(chuàng)新。” Grindstaff表示。在虛擬空間中做好萬全的準(zhǔn)備無比重要。譬如，美國的機(jī)床制造商Kapp Niles采用PLM軟件進(jìn)行虛擬機(jī)床制造，然后才真正投產(chǎn)。據(jù)Kapp Niles稱，他們采用Mechatronics Concept Designer程序在研發(fā)早期階段創(chuàng)建、測(cè)試各種機(jī)電開發(fā)方案，僅需一周時(shí)間，就能在工作站上完成編程任務(wù)，，而之前則需要三周時(shí)間。

對(duì)于“追夢(mèng)者號(hào)”，NX軟件解決方案的優(yōu)勢(shì)之一體現(xiàn)在它能夠以較低的成本對(duì)眾多設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬。因此，這款軟件可以在構(gòu)建原型機(jī)之前，就確定對(duì)于這個(gè)宇宙飛船而言，采用哪種外形和材料組合較為合適。比如，用瓷片來保護(hù)飛船，以應(yīng)對(duì)飛船在返回大氣層時(shí)遇到的高壓和高溫。以往的宇宙飛船上使用的很多保護(hù)瓷片都是大小不一的，所以替換成本很高，而“追夢(mèng)者號(hào)”有一半以上的瓷片都是同樣大小，這極大地降低了制造成本。

把美洲杯帆船賽獎(jiǎng)杯帶回英國

BAR設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)利用NX和Teamcenter進(jìn)行創(chuàng)新型帆
船開發(fā)，旨在將美洲杯帶回英國。西門子PLM軟件
解決方案，能使BAR船隊(duì)快速分析不同的幾何方案，
從而可靠地找到速度與穩(wěn)定性之間的平衡。

PLM軟件還可以幫助人們實(shí)現(xiàn)個(gè)人愿望。比如，帆船比賽領(lǐng)域就有這樣一個(gè)例子，Ben Ainslie Racing (BAR) 船隊(duì)致力于開發(fā)一條*的帆船，旨在將美洲杯帆船賽獎(jiǎng)杯自1851年之后*帶回英國。Ben Ainslie爵士是第34屆美洲杯帆船賽的得主，他帶領(lǐng)BAR團(tuán)隊(duì)采用PLM解決方案開發(fā)帆船，他們模擬一系列幾何方案，并進(jìn)行分析和測(cè)試，然后找到速度與穩(wěn)定性間的*平衡。“有了NX以后，我們只需要按一下按鈕，就可以對(duì)上百個(gè)幾何體進(jìn)行測(cè)試。”BAR船隊(duì)技術(shù)總監(jiān)Andy Claughton指出。對(duì)于帆船比賽職業(yè)選手而言，還有一個(gè)益處，就是可以節(jié)省大量花在準(zhǔn)備程式化的書面文件的時(shí)間。美洲杯比賽組委會(huì)的規(guī)定要求參賽隊(duì)伍記錄帆船上每個(gè)組件的歷史信息，包括其構(gòu)成材料、產(chǎn)地和制造商?，F(xiàn)在，Teamcenter可以輕而易舉地生成這些曾經(jīng)讓人頭疼的文件。后，利用這個(gè)軟件，甚至在后時(shí)刻仍可對(duì)帆船加以改進(jìn)：在激烈比賽的過程中，仍可以檢查某些特定部件是否需要更換，從而去掉后一絲多余的重量，而這恰恰可能就是決勝的關(guān)鍵因素。

在F1領(lǐng)域，從來就沒有成品車之說。一部賽車就是
一個(gè)不斷改進(jìn)的原型車，每周都要經(jīng)歷多達(dá)1,000處
的設(shè)計(jì)改動(dòng)，所以，提高工程設(shè)計(jì)效率，可以在賽
道上創(chuàng)造真正的優(yōu)勢(shì)。

虛擬技術(shù)決勝一級(jí)方程式賽

Grindstaff指出：“這種數(shù)字化規(guī)劃代表的正是未來創(chuàng)新。如果你只是有了創(chuàng)新的點(diǎn)子，這還不夠，你還需要知道如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法。對(duì)于所有用戶而言，要實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)新想法，你必須能在正確的時(shí)間、正確的背景下，掌握正確的信息，從而才能快速地做出準(zhǔn)確的決定。”Grindstaff認(rèn)為這些信息是初步勾勒智能模型所需的根本要素，而智能模型會(huì)持續(xù)地自我優(yōu)化。“模型需要知道它們必須滿足什么樣的要求，以及如何滿足這些要求。它們需要知道自己是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中的組成部分，在這個(gè)系統(tǒng)中與其他組件彼此相連。” 他解釋道。在一級(jí)方程式賽車領(lǐng)域，從來就沒有成品車之說。一部賽車就是一個(gè)不斷改進(jìn)的原型，每周都要經(jīng)歷多達(dá)1,000處的設(shè)計(jì)改動(dòng)，所以，提高工程設(shè)計(jì)效率，可以在賽道上創(chuàng)造真正的優(yōu)勢(shì)。曾四奪F1的英菲尼迪-紅牛車隊(duì)，就是依賴西門子PLM提供的數(shù)字化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)新組件，對(duì)組件進(jìn)行虛擬測(cè)試，規(guī)劃生產(chǎn)，然后將組件安裝到賽車上。

與F1車手在賽車中承受的巨大作用力相比，乘坐“追夢(mèng)者號(hào)”的航行體驗(yàn)無疑會(huì)更愜意。研發(fā)人員在虛擬空間中研發(fā)出特殊的結(jié)構(gòu)，可以將乘客及搭載物品在飛船返回地球大氣層時(shí)受到的加速力限制在1.5G。在當(dāng)今較快的航天飛船中，乘客感受到的作用力還不到乘坐過山車時(shí)的三分之一 ——當(dāng)您想到這場(chǎng)太空之旅，肇始于地面上的一家數(shù)字化企業(yè)時(shí)，該是多么令人驚訝！