2016-07-11佚名
基于模型的企業(yè)MBE已成為當代先進制造體系的具體體現(xiàn)，它的進展代表了數(shù)字化制造的未來。美國陸軍研究院指出“如果恰當?shù)臉?gòu)建企業(yè)MBE的能力體系，能夠減少50%-70%的非重復成本，能夠縮短達50%的上市時間”?；诖?，美國國防部辦公廳明確指出，將在其所有供應鏈中各企業(yè)推行MBE體系，開展MBE的能力等級認證。全世界眾多裝備制造企業(yè)也逐步加入到MBE企業(yè)能力建設(shè)的大軍中。
完整的MBE能力體系構(gòu)建，就是以MBD模型為統(tǒng)一的“工程語言”，按系統(tǒng)工程方法的指導，全面優(yōu)化梳理企業(yè)內(nèi)外、產(chǎn)品全生命周期業(yè)務(wù)流程、標準，采用先進的信息化技術(shù)，形成一套嶄新的完整的產(chǎn)品研制能力體系。企業(yè)需要一套面向MBE的信息化環(huán)境，幫助企業(yè)實現(xiàn)MBD模型以及相關(guān)數(shù)據(jù)能夠在企業(yè)內(nèi)外能夠順暢流通、可直接利用。對于每一個制造企業(yè)，跨企業(yè)內(nèi)外的產(chǎn)品全生命周期業(yè)務(wù)是非常復雜的，基于現(xiàn)有各自獨立的信息化技術(shù)和工具，不可避免需要處理大量的系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，才勉強能保障MBD模型以及相關(guān)數(shù)據(jù)的流通或可利用。這將是致力于成為MBE企業(yè)直接面臨的最大的問題。西門子工業(yè)軟件不僅具備專項MBE能力與工具，更能聚合整個西門子的優(yōu)勢，為制造企業(yè)提供完整的MBE解決方案，支撐企業(yè)實現(xiàn)跨供應鏈的產(chǎn)品全生命周期的MBE業(yè)務(wù)。
1 西門子MBE解決之道
憑借西門子在工業(yè)自動化領(lǐng)域的強大的軟硬件全面集成的技術(shù)能力，以及完整的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）解決方案的能力，西門子工業(yè)軟件公司從一開始就積極參與MBD定義的技術(shù)開發(fā)、標準制定，以及美國國防部與波音公司的諸多驗證性項目的實踐。西門子完整的MBE解決方案，以系統(tǒng)工程思想為指導，貫穿從產(chǎn)品需求開始、經(jīng)過產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品制造直至產(chǎn)品服務(wù)的完整產(chǎn)品全生命周期的過程，在各個階段的各種信息能夠被準確的定義到以MBD模型為核心的技術(shù)數(shù)據(jù)包中，并始終保持上游的技術(shù)數(shù)據(jù)包能夠被下游直接重用，一直拓展到生產(chǎn)現(xiàn)場或服務(wù)現(xiàn)場。西門子MBE解決方案，是通過綜合利用NX為基礎(chǔ)的MBD定義工具、Tecnomatix支持MBD模式的數(shù)字化制造解決方案、Teamcenter支撐MBE企業(yè)產(chǎn)品全生命周期管理平臺，有機形成了從設(shè)計、工藝、制造及服務(wù)和維護全面的MBE解決方案體系。
2 西門子MBE解決方案概述
2.1 基于模型的系統(tǒng)工程解決方案
西門子基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的解決方案，為復雜產(chǎn)品的研制提供了～個獨特的MBD模型驅(qū)動的系統(tǒng)工程工作環(huán)境，它從需求階段開始即通過模型（而非文檔）的不斷演化、迭代遞增而實現(xiàn)產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計；通過模型的結(jié)構(gòu)化定義可以清晰地刻畫產(chǎn)品設(shè)計初期結(jié)構(gòu)、功能與行為等各方面的需求；基于模型可以盡早通過模擬分析發(fā)現(xiàn)大量不合理的設(shè)計方案；同時模型還為各方提供了一個公共通用的、無二義性的設(shè)計信息交流工具，這一點尤其對復雜產(chǎn)品異地分布的系統(tǒng)設(shè)計具有重要意義。
2.2 基于模型的三維產(chǎn)品設(shè)計解決方案
西門子MBD模型定義解決方案為實現(xiàn)基于MBD的三維數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)提供了工具保障：NXPMI提供了完整的三維標注環(huán)境、全面的工具套件，實現(xiàn)MBD模型定義過程的流暢；簡單化的創(chuàng)建、放置和編輯，便于MBD模型的快速定義和PMI數(shù)據(jù)的有序管理；Teamcenter提供了工程協(xié)同管理環(huán)境，對MBD模型數(shù)據(jù)及其創(chuàng)建過程的有效管理，便于設(shè)計/制造/服務(wù)等以及供應鏈的全面協(xié)同：集成的NX PMI，通過PMI的一次創(chuàng)建，多次多點應用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)重用的最大化。
圖1 西門子提供基于產(chǎn)品全生命周期管理的MBE解決方案
圖2 西門子MBE解決方案的總體架構(gòu)
2.3 基于模型的設(shè)計分析應用解決方案
西門子NX提供CAD/CAE一體化的工具平臺，把先進幾何創(chuàng)建工具的能力與同步建模技術(shù)的速度和靈活性完美地結(jié)合在一起，為設(shè)計者提供邊設(shè)計邊分析的可能性，極大限度提高對MBD模型直接利用的效率。同時Teamcenter提供統(tǒng)一管理平臺，實現(xiàn)設(shè)計與仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，提高了仿真數(shù)據(jù)查詢，分析過程和知識重用的效率，完整的多學科一體化仿真環(huán)境，降低了軟件使用的復雜度，使得設(shè)計與分析工程能夠共用一個圖形界面環(huán)境，易于交流與溝通，有效實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與性能等多專業(yè)的協(xié)同與融合。
2.4 基于模型的公差分析應用解決方案
西門子的公差仿真模塊Teconomatix VATM（簡稱VA）可以直接讀取通過NX PMI定義的MBD模型中的GD&T信息，或通過轉(zhuǎn)換軟件從其它CAD文件中（如CATIA V5 FTA）讀取GD&T信息，通過建立產(chǎn)品和安裝工藝的三維虛擬裝配接觸鏈模型來自動確立產(chǎn)品的尺寸鏈裝配函數(shù)，通過基于蒙特卡羅原理的統(tǒng)計仿真計算來分析和優(yōu)化產(chǎn)品的GD&T設(shè)計。VA的輸出則包括關(guān)鍵產(chǎn)品特性（Key Product Characteristics，簡稱KPC）的仿真結(jié)果和關(guān)鍵控制特性（Key Control Characteristics，簡稱KCC）的貢獻因子報告。VA模型可以在零部件和工裝制造之前就預測出在后續(xù)的制造和裝配階段是否會出現(xiàn)尺寸容差問題。工程設(shè)計人員可以通過VA模型的仿真結(jié)果和貢獻因子排列在數(shù)字化產(chǎn)品和工藝并行設(shè)計階段就對產(chǎn)品的設(shè)計、公差、工藝、和測量計劃進行優(yōu)化，幫助減少制造和裝配偏差對產(chǎn)品質(zhì)量、成本和開發(fā)周期的影響，實現(xiàn)面向制造的設(shè)計。
2.5 基于模型的工裝設(shè)計解決方案
西門子提供基于MBD的全三維數(shù)字化研發(fā)模式，將模塊化設(shè)計的理念應用到工裝設(shè)計中，通過對工裝的模塊化分類應用，實現(xiàn)工裝設(shè)計知識和經(jīng)驗的積累和重用，促進工裝的創(chuàng)新設(shè)計；實現(xiàn)工裝上游數(shù)據(jù)的有效管理和狀態(tài)控制，實現(xiàn)工藝工裝設(shè)計的快速并行協(xié)同作業(yè)；實現(xiàn)工裝數(shù)據(jù)的全面管理，工裝設(shè)計結(jié)果在資源庫中的管理，從而實現(xiàn)工裝數(shù)據(jù)查詢、參考和重用；從而達到縮短周期、改進質(zhì)量、減少成本的目的。
2.6 基于模型的零件工藝解決方案
西門子零件工藝解決方案將協(xié)同設(shè)計與制造，直接利用設(shè)計3D數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計，關(guān)聯(lián)產(chǎn)品、資源、工廠數(shù)據(jù)。實現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計到工藝、制造的業(yè)務(wù)集成：包括產(chǎn)品設(shè)計（數(shù)據(jù)獲?。?、工藝設(shè)計、工裝設(shè)計、工藝仿真、工藝卡片與統(tǒng)計報表、MES/ERP集成、知識管理及資源管理。在數(shù)字化工藝設(shè)計方面，可以及時獲取準確設(shè)計MBD模型，維護工藝與設(shè)計的一致性；提高工藝編制質(zhì)量與效率，減少錯誤與返工；相關(guān)部門獲取實時、準確工藝數(shù)據(jù)，改進了工作質(zhì)量和效率：豐富、直觀的工藝報表，減少了無效工作時間和出錯機會。在制造數(shù)據(jù)管理方面：與產(chǎn)品相關(guān)的設(shè)計、工藝、工裝、制造、項目管理等部門在統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺協(xié)同工作，在正確的時間獲取正確的數(shù)據(jù)，減少差錯，提高效率；在數(shù)控編程及管理方面：面向產(chǎn)品設(shè)計MBD模型的編程，識別零件特征與公差要求，基于典型零件和特征的模板化編程，極大地提高編程效率，改善質(zhì)量，減少對員工經(jīng)驗的依賴。
2.7 基于模型的裝配工藝解決方案
在西門子的裝配工藝解決方案中，裝配工藝與仿真建立于企業(yè)PLM平臺之上，充分利用設(shè)計MBD模型、資源、工程MBD模型，由流水分工、MBOM創(chuàng)建、結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計、工藝仿真與優(yōu)化、可視化工藝輸出、工藝統(tǒng)計報表部分組成，并實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)管理，與PLM系統(tǒng)共用制造資源庫。系統(tǒng)與產(chǎn)品設(shè)計、工裝設(shè)計、維護維修、試驗測試等系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同，與ERP、MES實現(xiàn)系統(tǒng)集成。
同時把裝配工藝仿真放在PLM環(huán)境中統(tǒng)一考慮，提供在PLM環(huán)境下的裝配工藝仿真能力?？梢耘c數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃結(jié)合起來，為改進產(chǎn)品裝配制造過程提供了一個全新的方法和手段，來研究產(chǎn)品的可裝配性分析、裝配工藝的優(yōu)化，裝配質(zhì)量的控制，裝配工裝的驗證，以得到保證產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期的目的。
2.8 基于模型的質(zhì)量檢測解決方案
西門子數(shù)字化檢測解決方案，提供了從三坐標測量機（CMM）檢測編程到三坐標測量檢測執(zhí)行的基于MBD的數(shù)字化檢測一體化解決方案，涵蓋了從制造工程到生產(chǎn)執(zhí)行的環(huán)節(jié)。包含NX CMM檢測編程和CMM檢測執(zhí)行兩大模塊。該解決方案通過重用MBD模型，極大地縮短了編程時間（最低可降低80%）；確保按公司標準檢查所有的零部件是否合乎要求；捕捉并分享最佳實踐；無需物理部件或機床，就能創(chuàng)建離線程序；有利于在整個流程中快速高效地傳達設(shè)計變更；簡化了軟件部署的足跡（只需一套系統(tǒng)，就能實現(xiàn)CAD、CAM和CMM）；確保最低的培訓要求。
2.9 基于模型的作業(yè)指導書解決方案
基于模型的作業(yè)指導書（Model Based Instruction，簡稱MBI）是整個MBE體系的重要一環(huán)，是連接虛擬設(shè)計世界和真實物理世界的紐帶和媒介。針對不同MBE能力水平的制造企業(yè)，西門子提供滿足不同企業(yè)需求的多層次的MBI解決方案。
最基本的是2D PDF，它能打印，也能以電子文件的形式在車間展示。其次是提供基于3D PDF的MBI解決方案，它內(nèi)嵌三維模型，可以直接瀏覽、旋轉(zhuǎn)、測量，可以實現(xiàn)按工序/工步的動畫播放。最后西門子還提供基于Web的在線作業(yè)指導MBI解決方案，稱為EWI，它直接從Teamcenter服務(wù)器獲取工藝內(nèi)容，展示內(nèi)容包括工藝結(jié)構(gòu)、工序流程圖（定義了工序/工步的串行并行）、操作描述、零組件配套表、工藝資源和三維模型。并且提供基于IPAD等便攜終端的訪問作業(yè)指導書，或直接在MES系統(tǒng)中訪問作業(yè)指導書。MBI電子化和實物技術(shù)狀態(tài)的電子化至少可以減少90%的查詢時間。作為工藝和現(xiàn)場的紐帶，MBI使得現(xiàn)場經(jīng)驗也能回饋到工藝，從管理體系上縮短產(chǎn)品研制周期。
2.10 基于模型的制造執(zhí)行管理
西門子提供從產(chǎn)品到生產(chǎn)的“一站式”完整解決方案，實現(xiàn)從產(chǎn)品、工藝、工裝、工廠的虛擬設(shè)計與驗證，到產(chǎn)品的實物制造、檢測、交付等全過程，實現(xiàn)產(chǎn)品與生產(chǎn)的緊密整合的解決方案，為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展提供了新動力。
基于MBD的產(chǎn)品、工藝數(shù)據(jù)精確、實時地下發(fā)生產(chǎn)現(xiàn)場，實現(xiàn)了設(shè)計意圖精確數(shù)字傳遞與展示，減少了以往2D、3D多次轉(zhuǎn)換和理解帶來精度和時間上的損耗，使工人的操作更規(guī)范、便捷，提高了效率和質(zhì)量。基于MBD的產(chǎn)品檢驗更有效地簡化手工操作，提高檢驗精度和效率，并將檢驗數(shù)據(jù)與產(chǎn)品模型、標注關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，達到及早糾正偏差，預防質(zhì)量問題的發(fā)生。實現(xiàn)基于MBD的現(xiàn)場問題反饋，有效減少技術(shù)員與工人處理問題的時間，提高工作效率和質(zhì)量，減少現(xiàn)場停工時間?；贛BD實做數(shù)據(jù)的采集，及返回PLM系統(tǒng)在實做BOM中管理，可有效應用于后期產(chǎn)品維護維修，以及產(chǎn)品改型、改進設(shè)計和制造。
2.11 面向MBE的供應鏈管理
西門子基于Teamcenter平臺，提供一套靈活的、成熟的供應鏈管理解決方案的組合，幫助OEM快速建立完整的供應鏈管理解決方案，而不需要復雜的集成定制，也極大限度降低供應商的投入。
基于Teamcenter平臺的多站點協(xié)同的能力、協(xié)同社區(qū)的能力以及基于公文包的供應關(guān)系管理能力，通過靈活組合，可以形成嵌入式、同步協(xié)同、異步協(xié)同（自助式）、異步協(xié)同（贊助式）等四種協(xié)同集成模式實現(xiàn)MBD模型的順暢流通。將實現(xiàn)高效的MBE數(shù)據(jù)交互能力，減少管理成本；支撐廣泛供應鏈內(nèi)的閉環(huán)MBE流程；幫助MBE企業(yè)快速構(gòu)建供應鏈（各種供應商包括OEM下屬單位、戰(zhàn)略合作伙伴、各種低成本供應商）全面集成協(xié)同與數(shù)據(jù)交互的能力，同時消除供應鏈管理中非增值的活動。
2.12 面向MBE的數(shù)字化服務(wù)管理
Teamcenter的數(shù)字化服務(wù)（TC MRO）解決方案可建立完整的產(chǎn)品服務(wù)工程、維護、維修和大修的功能，從而滿足產(chǎn)品服務(wù)生命周期管理和企業(yè)實物產(chǎn)品管理的需求。提供了整個生命周期的完全的可視性，可以使用配置驅(qū)動的產(chǎn)品服務(wù)的能力來規(guī)劃服務(wù)運作，優(yōu)化服務(wù)執(zhí)行，并更好地利用實物產(chǎn)品與零件、工具和設(shè)備庫存，最大限度地提高服務(wù)部門的效率。針對MBE企業(yè)，提供基于產(chǎn)品服務(wù)所需要的基于MBD模型的IETM（交互式電子技術(shù)手冊）創(chuàng)建、有效性管理以及多語言翻譯管理的全套能力；充分直接利用MBD模型，實現(xiàn)多種實物的可視化展現(xiàn)以及分析的能力；提供強大的基于MBD模型的維護維修的虛擬仿真能力；利用TC WEB客戶端與TC Mobility（基于IPAD等移動設(shè)備的TC）能力，把產(chǎn)品服務(wù)所需的技術(shù)數(shù)據(jù)包TDP或IETM快捷延伸到維護現(xiàn)場。數(shù)字化服務(wù)（TC MRO）解決方案以面向產(chǎn)品全生命周期的視角，通過有效閉環(huán)連接產(chǎn)品規(guī)劃、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品制造與產(chǎn)品服務(wù)的業(yè)務(wù)環(huán)境，不僅僅提高產(chǎn)品服務(wù)的質(zhì)量、效率和服務(wù)知識，同時通過服務(wù)反饋來提升產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計、制造的質(zhì)量。
2.13 MBD標準規(guī)范及在西門子軟件系統(tǒng)中的實現(xiàn)
西門子工業(yè)軟件公司的Teamcenter+NX已經(jīng)被眾多的企業(yè)作為實現(xiàn)MBD技術(shù)的信息化平臺，在國內(nèi)外得到了廣泛的應用，很多企業(yè)制定了基于Teamcenter+NX的MBD技術(shù)應用規(guī)范。這些規(guī)范對在Teamcenter+NX進行三維幾何模型的創(chuàng)建、三維標準的表達、數(shù)據(jù)的組織和管理等都進行了規(guī)范。針對MBD在數(shù)字化設(shè)計與工藝中的應用，運用NX OPEN、ITK等開發(fā)工具，將MBD的相關(guān)標準和規(guī)范融入NX與Teamcenter平臺，通過定制國標化、規(guī)范化、流程化、自動化的工具，構(gòu)建基于西門子軟件的MBD應用系統(tǒng)，幫助客戶在已有的產(chǎn)品制造信息PMI技術(shù)基礎(chǔ)上，方便快捷地完成各流程的設(shè)計與定義。
基于西門子軟件的MBD應用系統(tǒng)包括MBD三維設(shè)計系統(tǒng)、MBD三維工藝系統(tǒng)、MBD標準檢驗系統(tǒng)三部分。
3 西門子MBE解決方案的價值定位
憑借西門子在工業(yè)自動化領(lǐng)域的強大的軟硬件全面集成的技術(shù)能力，以及完整的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）解決方案的能力，西門子工業(yè)軟件公司在為各制造企業(yè)提供MBE的專業(yè)技術(shù)能力同時，也提供一套完整的MBE解決方案，并將以領(lǐng)先一步的方式幫助制造企業(yè)打造MBE能力體系。西門子MBE解決方案與服務(wù)：
