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沖出虛擬空間，駛向星辰大海

無論是航天飛機(jī)、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(jī)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(hào)的航天飛機(jī)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(dòng)。在往返于地球和空間站之間運(yùn)輸貨物時(shí)，“追夢者”號(hào)要做的可不只是以超過17000英里（25馬赫）的時(shí)速行駛。它還需要耐受超過3000華氏度的溫度。由于航天飛機(jī)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(hào)需要進(jìn)行非常特殊的壓力測試。

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

對(duì)任務(wù)至關(guān)重要的軟件

內(nèi)華達(dá)山脈公司（SNC）太空系統(tǒng)部目前正負(fù)責(zé)這艘可重復(fù)使用的航天飛機(jī)的研發(fā)和建造。該部門已有25年太空項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，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(xiàng)目中，超過70個(gè)是NASA的項(xiàng)目。換言之，面對(duì)無重力的太空，SNC卻是一家擁有技術(shù)專長的重量級(jí)機(jī)構(gòu)。SNC太空系統(tǒng)部對(duì)合作伙伴的要求也同樣嚴(yán)格。為了執(zhí)行“追夢者”號(hào)任務(wù)，它集合了一支“夢之隊(duì)”，聚集了來自航空航天、軟件、材料和高級(jí)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(hào)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(tái)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(duì)其進(jìn)行分析并分享給相關(guān)各方。產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)在一個(gè)集成式的產(chǎn)品設(shè)計(jì)CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）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(gè)系統(tǒng)中，就沒有必要花時(shí)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(hào)航天飛機(jī)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(gè)集成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)和仿真的軟件系統(tǒng)：NX平臺(tái)。它極大提高了“追夢者”號(hào)航天飛機(jī)的研發(fā)速度。

對(duì)“追夢者”號(hào)航天飛機(jī)來說，NX軟件解決方案的一大優(yōu)勢是能以較低成本進(jìn)行多種設(shè)計(jì)的仿真。因此，這款軟件能讓工程師在建造原型機(jī)之前就決定這架航天飛機(jī)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(jī)重返地球大氣層時(shí)，保護(hù)它免受高溫高壓的影響。早期的航天飛機(jī)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(hào)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(hào)航天飛機(jī)會(huì)將補(bǔ)給和敏感的實(shí)驗(yàn)用品運(yùn)往空間站。

“改變發(fā)明產(chǎn)物的力量終會(huì)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(jí)機(jī)器人、3D打印、知識(shí)自動(dòng)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(diǎn)就是由數(shù)字化驅(qū)動(dòng)。制造商如何利用數(shù)字化優(yōu)勢進(jìn)行創(chuàng)新，將決定數(shù)字化如何在推動(dòng)新商業(yè)機(jī)遇時(shí)積極發(fā)揮作用。”

顯然，那些向數(shù)字化企業(yè)邁進(jìn)的公司將會(huì)潮流，而西門子PLM軟件則示范了如何做到這一點(diǎn)。它幫助各行各業(yè)的制造商優(yōu)化數(shù)字化企業(yè)，并實(shí)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(jī)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(shí)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(gè)階段，產(chǎn)品的每一個(gè)部件都能插入不同的配置中并進(jìn)行*測試。它的一個(gè)應(yīng)用案例就是“好奇號(hào)”火星探測器。“好奇號(hào)”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(gè)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(dòng)，并將每年的保修費(fèi)用降低了20%-30%。

西門子 創(chuàng)新精神的客戶已經(jīng)在進(jìn)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(fèi)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。考慮到瑪莎拉蒂的預(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(shí)現(xiàn)，以此作為合作平臺(tái)和數(shù)據(jù)骨干。同時(shí)還會(huì)有NX支持高級(jí)設(shè)計(jì)，Tecnomatix進(jìn)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(tái)和數(shù)據(jù)骨干，以NX支持高級(jí)設(shè)計(jì)，以Tecnomatix進(jìn)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)小的細(xì)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(huì)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(gè)產(chǎn)品和生產(chǎn)生命周期中實(shí)現(xiàn)這種程度的數(shù)字化的公司。我們從安貝格工廠的運(yùn)營中吸取經(jīng)驗(yàn)，并將它們用于幫助顧客推動(dòng)自己的創(chuàng)新進(jìn)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(jī)床制造商Kapp Niles在虛擬空間內(nèi)使用PLM軟件讓自己的機(jī)器為生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。Kapp Niles表示， 機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)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(jī)電一體化研發(fā)概念，這讓編程任務(wù)在一個(gè)工作站內(nèi)僅需一個(gè)星期就可以完成，而在真實(shí)世界中則需要三個(gè)星期。

將美洲杯捧回英國

路虎BAR設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(biāo)是將美洲杯捧回英國。

PLM軟件也能助力實(shí)現(xiàn)非常個(gè)性化的需求。在航海界的一個(gè)例子就是路虎的雙體船的制造。路虎BAR準(zhǔn)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(tuán)隊(duì)可以模擬出一系列幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)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(gè)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(duì)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(shí)間。美洲杯規(guī)則要求參賽者記錄每個(gè)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(dòng)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(jìn)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(jìn)了一個(gè)環(huán)境里。“因?yàn)楝F(xiàn)在有了一個(gè)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(jìn)。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(diǎn)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(shí)間和正確的情境下處理正確的信息，才能迅速、準(zhǔn)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(gè)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(jī)開始就持續(xù)不斷地在發(fā)生演變，每周可能經(jīng)歷多達(dá)1000次設(shè)計(jì)變動(dòng)，因此，提高工程設(shè)計(jì)吞吐能力可以創(chuàng)造出可觀的優(yōu)勢。四次奪得FIA F1車隊(duì)世界 的紅牛車隊(duì)依賴西門子PLM提供的PLM數(shù)字化骨干來設(shè)計(jì)新元件、對(duì)它們進(jìn)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(hào)的太空旅行是相當(dāng)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(shí)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(hào)中，航天員感受到的壓力僅相當(dāng)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(xiàng)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。