从飞机设计 看工业4.0如何颠覆制造过程

【编者按】在工业4.0的蓝图下，设计一架飞机或者一辆汽车该如何操作呢？

“工业4.0”的蓝图之下，数字化进程不断加速，产品创新与市场竞争同样白热化。以前，搞个小零件都得先画一张图纸，难以想象拥有成千上万个零件的产品从设计到最终产品得有多么复杂和漫长！那么今天，设计一架飞机或一辆汽车是怎样的场景呢？

中国航空工业信息技术中心首席顾问宁振波先生这样回答：

“现在的飞机研制是先在Cyber空间做产品方案设计和产品设计、产品分析仿真，然后是工艺设计、工艺仿真，之后是工装设计、工装仿真，接着是装配设计、装配仿真，最后在计算机上建立一个虚拟的飞行环境，进行飞机的虚拟飞行。在这个虚拟的过程中，我们可以不断发现设计、工艺、制造、装配及试验的问题，可在计算机上迭代修改，这就形成了产品协同研发平台。当所有问题解决之后，才进入到生产制造环节，即Cyber物理空间生产，当然生产过程也需全程数字化。总之，虚实精确映射、Cyber控制实体，这是必然的发展方向。”

——中国航空工业信息技术中心首席顾问宁振波

哇！原来现在的飞机从设计、制造到飞行，已经实现了全程数字化！

来自一汽技术中心副总师李康博士则给出了这样的答案：

“数字化也是当前汽车行业的普遍做法。数字化汽车的设计以模型为工具，以数据为支撑，支持车辆结构和性能开发，贯穿整个车辆产品生命周期的系统仿真体系，它面向整车，综合协同；支撑整车开发目标的平衡和优化、分解和验证；多系统、多学科、多目标和多平台的仿真体系；从产品策划开始，贯穿开发过程，实现模型的完善、积累和重用。这种基于模型的整车性能控制体系对于提高研发质量、缩短研发周期具有重要的工程意义。”

——汽技术中心副总师李康博士

据了解，在这方面，一汽技术中心的数字化工作已经取得了不少进展，如：建立了基于指标的模型；多学科参数化分析，建立车身及底盘的参数化模型，采用多学科集成建模技术，实现多方案、多性能的快速、同步分析；基于模型的电控系统开发；传动系统物理模型建立；模型支撑控制策略开发；实现实时仿真，支撑HIL系统应用；基于模型的车辆底盘性能控制——支撑底盘性能开发，CAE辅助调校减小调校周期，降低调校成本，提高调校效率；进行了电控系统预标定等。想必今后一定会越来越系统化、全面化！

其实，这些精彩解读都是来自于7月11-12日举行的“2016SiemensPLMSoftware仿真与试验大会”。本次会议上，来自航空航天、汽车、轨道交通、机械、电子等领域的500多位用户代表聚集一堂，共同探讨的正是如何利用领先的数字化工具，建立数字化的产品开发体系，加快产品创新速度，提升企业核心竞争力。

那么，你准备好迎接“工业4.0时代的制造新思维”了吗？

工业4.0时代，数字化是企业未来发展的必然方向，这不仅需要企业自身做好知识储备和创新，也需要数字化领域的厂商提供引领创新的软件工具和解决方案，双方协力开创未来。

作为工业4.0的引领者，西门子通过全球领先的技术战略和解决方案，也引领着工业4.0时代的制造新思维。SiemensPLMSoftware高级副总裁兼大中华区董事总经理梁乃明先生在主题报告中指出，如今，软件在全球的应用是走向工业4.0的基础！

“西门子一直积极参与工业4.0的建设，并已在国内建成了工业4.0样板的成都数字化工厂，是唯一一家有能力一站式提供智能制造核心技术的企业，西门子的数字化企业平台能够引领企业实现智能制造转型。SiemensPLMSoftware仅2013年至今就累计投入了20多亿美元支持应对制造业深刻变化所需的数字化和各项功能。西门子愿意和各位精诚合作，携手迈进工业4.0时代。”

——SiemensPLMSoftware高级副总裁兼大中华区董事总经理梁乃明

那么西门子都提供哪些数字化的解决方案呢？SiemensPLMSoftware仿真与试验解决方案高级副总裁JanLeuridan博士介绍说：“通过2007年对UGS、2013年对LMS以及今年对CD-adapco的大手笔收购，西门子在产品开发和仿真试验领域的产品组合和布局逐渐完善。现在，在产品开发方面，SiemensPLMSoftware提供以Teamcenter为代表的PLM平台；在仿真与试验方面，SiemensPLMSoftware致力于为用户提供LMSImagine.Lab系统仿真工具、LMSVirtual.lab和LMSSamtech仿真软件、LMSTest.lab测试软件及SCADAS采集硬件等多种工程工具和服务，帮助用户提升创新能力。”

“今天，在此基础之上，我们又重磅推出了全新的Simcenter三维仿真平台，这是西门子的下一代多学科三维仿真平台，可以帮助用户通过预测性分析推动性能工程转型。”

——SiemensPLMSoftware仿真与试验解决方案高级副总裁JanLeuridan博士

Simcenter的重磅发布引起了在场嘉宾和用户用户的热烈反响，究竟这是一个怎样的三维仿真平台呢？她将为企业带来怎样的全新体验呢？

“当今的很多产品都来自复杂的产品开发环境，需要将机械功能与电子、软件及控制功能等各个方面相结合，工程部门必须开发出集成以上诸多方面的智能产品，采用新的材料和制造方法，并不断缩短设计周期，这就意味着必须改进当前对产品性能验证所使用的工程实践，使之发挥更大的预测作用，为实现数字化和系统驱动的产品开发提供支持。

而Simcenter的目的正是通过结合仿真和测试领域的多种技术来应对这些挑战，以实现西门子的预测性工程分析愿景。Simcenter所涉及的技术包括计算固体力学（CSM）和有限元分析（FEA）、计算流体力学（CFD）、多体动力学、控制、物理测试、可视化、多学科设计探索和数据分析等。对这些技术的管理是在PLM环境中利用SiemensPLMSoftware的Teamcenter软件来实现的，用以支持复杂系统的工程设计和开发。”JanLeuridan博士介绍说。

Simcenter将仿真和物理测试与智能报告和数据分析技术相结合，以帮助用户创建“数字双胞胎（DigitalTwin）”，更准确地预测产品开发过程中各阶段的产品性能。因此，Simcenter的推出标志着西门子在实现其数字化战略和预测性工程分析愿景的道路上又迈进了一步，其最终目的是实现设计仿真与验证向分析工具的转型，而这对实现系统驱动的产品开发至关重要。

在Simcenter中，应用程序还将通过集成基于传感器的数据和高保真的基于物理学的仿真，利用工业物联网（IIoT）帮助制造企业创建和维护产品的数字双胞胎（DigitalTwin），并确保其与所使用的实体产品保持同步。“这一能力的重要意义在于，可以帮助企业做出更切实有用的产品性能预测，使这些产品能够适应不断变化的使用条件，延长使用寿命，缓解产品降级。”JanLeuridan博士最后表示。

越分享，收获越多。除了JanLeuridan博士对Simcenter的分享让大家感到震撼、宁振波先生和李康博士的精彩案例分享令人受益匪浅之外，其实在“2016SiemensPLMSoftware仿真与试验大会”上，还有60多场专业的分享。TEST、3D多属性仿真、MBSE系统仿真三个专业分论坛中，也有着同样精彩的技术报告以及热烈的现场互动交流。

在TEST分论坛，来自英格索兰、临工工程机械、北京空间技术研制试验中心、上汽集团技术中心、泛亚技术中心、华擎机械、奇瑞汽车、北汽动力总成、江淮汽车、北汽福田、长安汽车等企业的技术专家分享了各自在测试方面的项目进程和经验。

在3D多属性仿真分会场，来自中国民航上海航空器适航审定中心、中国航空动力机械研究所、奇瑞汽车、一汽轿车、上汽通用五菱、上汽集团商用车技术中心、一汽技术中心、中船重工705所、沈阳航空航天大学、西北工业大学等机构的代表介绍了他们在3D仿真应用方面的成功经验。

在MBSE系统仿真分会场，来自中国商用飞机有限公司、北汽研究院、上海宇航、西安航天动力研究所、长安汽车、广汽研究院、一汽无锡油泵油嘴研究所、国防科学技术大学等单位的嘉宾就各自领域的MBSE系统仿真实践进行了深入交流。

除了以上的现场分享，这次大会共收到160多篇技术论文供各界交流，其中有15篇被评为“优秀论文”。SiemensPLMSoftware还专门组织了隆重的颁奖晚会，向“应用案例奖”和“优秀论文”获得者颁发了奖杯和奖品。再次向他们表示热烈的祝贺！

为期两天的会议为来自各行各业的参会嘉宾提供了一个感知创新、分享经验的平台。不论过去、现在和将来，SiemensPLMSoftware的仿真与试验解决方案，将始终以用户为中心，以用户需求为出发点，不断创新，帮助广大用户更快地建设先进的开发流程、推出更好的产品，提升企业整体竞争力！

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