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西门子MBE:数字孪生技术支撑企业关键业务

西门子MBE:数字孪生技术支撑企业关键业务 数组智控产业发展科技院
2022-03-15
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导读:(1)基于模型的系统工程解决方案西门子基于模型的系统工程(MBSE)解决方案为复杂产品的研制提供了一个独特的


(1)基于模型的系统工程解决方案


西门子基于模型的系统工程(MBSE)解决方案为复杂产品的研制提供了一个独特的MBD模型驱动的系统工程工作环境,它从需求阶段开始即通过模型(而非文档)的不断演化、迭代递增而实现产品的系统设计;


通过模型的结构化定义可以清晰地刻画产品设计初期结构、功能与行为等各方面的需求;


基于模型可以尽早通过模拟分析发现大量不合理的设计方案;


同时模型还为各方提供了一个公共通用的、无二义性的设计信息交流工具,这一点尤其对复杂产品异地分布的系统设计具有重要意义



(2)基于模型的三维产品设计解决方案


西门子MBD模型定义解决方案为实现基于MBD的三维数字化产品研发提供了工具保障。


NX知识工程应用实现产品的快速设计:


NX重用库帮助企业管理和重用大量的工程数据,产品设计模板实现典型零部件的快速重用,过程向导工具实现知识的积累和应用。


NX Check-Mate(一致性质量检查工具)通过可视化方式,对MBD模型数据的合规性和可制造性进行自动验证,确保MBD模型数据的正确性。


NXPMI提供了完整的三维标注环境、全面的工具套件,实现MBD模型定义过程的流畅;


简单化的创建、放置和编辑便于MBD模型的快速定义和PMI数据的有序管理。


Teamcenter提供了工程协同管理环境,对MBD模型数据及其创建过程进行有效管理,便于设计/制造/服务等以及供应链的全面协同。


集成的NX PMI通过PMI的一次创建、多次多点应用,实现数据重用的最大化


基于模型的三维产品设计解决方案


(3)基于模型的设计分析应用解决方案


西门子NX提供CAD/CAE一体化的工具平台,把先进几何创建工具的能力与同步建模技术的速度和灵活性完美地结合在一起,为设计者提供边设计边分析的可能性,极大限度提高对MBD模型直接利用的效率。


同时Teamcenter提供统一管理平台,实现设计与仿真数据统一管理,提高了仿真数据查询、分析过程和知识重用的效率,完整的多学科一体化仿真环境降低了软件使用的复杂度,使得设计与分析工程能够共用一个图形界面环境,易于交流与沟通,有效实现结构与性能等多专业的协同与融合



(4)基于模型的电子电气系统工程


近年来,随着自动驾驶、新能源汽车以及智能互联的兴起,产品数字孪生所需要的电子、电气、网络、软件以及硬件等无形(相对于有形的机械)数字孪生也提出了新的需求,即功能的数字孪生,它深刻地影响到汽车的开发、认证、制造以及使用。


自动化、电气化和智能化大大增加了车辆工程的复杂性,新增加的摄像头、雷达、超声波系统等增加了车辆上40%的硬件设备、对安全性及其验证提出新的高标准的要求;


同时,更多数据量的实时传输和处理、软件代码的暴增对车辆的新的电子电气架构也提出新的挑战。


产品Capital为集成化的电子电气设计工具套件,其基本理念是构建数据的一致性、开放性和集成性以及先进的自动化。


它采用基于模型的系统工程方法,涵盖产品的功能定义和电气架构、基于规则的创新式详细设计、线束的设计生产、产品的售后维护支持以及与机械数字孪生的紧密集成,为用户构建功能的数字孪生提供了有力的手段,是支持产品整个电气生命周期的工具套件



(5)基于模型的产品型谱化和模块化设计管理方案


基于模型的产品型谱化和模块化设计解决方案包括建立模块化产品架构(ModularProduct Architecture)和对模块的管理两部分内容。


前者能指导企业将产品设计进行整理、规划,明确定义企业中的模块,形成模块化设计的基础;


后者能够提供IT系统的支持,让企业能够真正实现基于模块的产品设计,具体包含产品管理与业务策略、模块化概念设计和实施阶段



(6)基于模型的软件全生命周期管理方案


为了适应软件规模的不断扩大、客户需求的频繁变更,以及研发周期和成本的不断缩减,越来越多的嵌入式系统生产机构趋向于模型驱动的嵌入式软件研发流程,实现基于模型的软件全生命周期管理



(7)基于模型的产品成本管理方案


产品成本管理系统以新的方式改变着企业产品成本管理与成本工程的业务模式,极大地提高了成本管理的工作效率,为企业带来更多的成本节约。


产品成本管理系统基于成本数据库、三维尺寸特征识别、相关成本信息等内容,实现基于生产工艺的零部件成本正向分析、基于标准报价模板导入的成本分析与比较、基于BOM结构的产品成分分析与跟踪



(8)基于模型的零件工艺解决方案


西门子零件工艺解决方案将协同设计与制造,直接利用设计3D数据进行结构化工艺设计,关联产品、资源、工厂数据,实现从产品设计到工艺、制造的业务集成,包括:产品设计(数据获取)、工艺设计、工装设计、工艺仿真、工艺卡片与统计报表、MES/ERP集成、知识管理及资源管理


在数字化工艺设计方面,可以及时获取准确设计的MBD模型,维护工艺与设计的一致性;提高工艺编制质量与效率,减少错误与返工;


相关部门获取实时、准确的工艺数据,改进了工作质量和效率;丰富、直观的工艺报表,减少了无效工作时间和出错机会。


在制造数据管理方面,与产品相关的设计、工艺、工装、制造、项目管理等部门在统一数据平台协同工作,在正确的时间获取正确的数据,减少了差错,提高了效率。


在数控编程及管理方面,面向产品设计MBD模型的编程,识别零件特征与公差要求,基于典型零件和特征的模板化编程,极大地提高了编程效率,改善了质量,减少了对员工经验的依赖





(9)基于模型的增材制造解决方案


西门子开发了一个面向金属和塑料零件的3D打印准备解决方案,将从设计和仿真阶段使用同样的智能产品模型,帮助设计更改自动化并优化整个工艺。


新解决方案将辅助操作员准备用于粉末床和多喷射熔融打印的零件。对3D打印金属零件来说,NX为激光金属沉积和NC编程提供模型准备,这包括混合增材机床的仿真。


对塑料和碳纤维增强尼龙这样的积压材料来说,一个新的多轴机器人FDM编程技术已经开发并正在测试。


在零件打印出后,同样的集成NX系统用于打印后NC操作,如去除支撑结构的直观编程、精密加工和其他加工与检测操作。


西门子最近成功实现了燃气轮机叶片的打印和应用,为西门子精通增材制造工艺提供了坚实的佐证。


这种专业知识现在正通过西门子附属公司Materials Solutions作为一项制造服务提供给其他行业领域--从理念到零部件成品的打印



(10)基于模型的装配工艺解决方案


在西门子的装配工艺解决方案中,装配工艺与仿真建立于企业PLM平台之上,充分利用设计MBD模型、资源、工程MBD模型,由流水分工、MBOM创建、结构化工艺设计、工艺仿真与优化、可视化工艺输出、工艺统计报表部分组成,并实现各环节的数据管理,与PLM系统共用制造资源库,与产品设计、工装设计、维护维修、试验测试等系统实现数据共享和协同,与ERP、MES实现系统集成。


同时把装配工艺仿真放在PLM环境中统一考虑,可提供在PLM环境下的装配工艺仿真能力。


可以与数字化装配工艺规划结合起来,为改进产品装配制造过程提供一个全新的方法和手段,研究产品的可装配性分析、装配工艺的优化、装配质量的控制、装配工装的验证,以达到保证产品质量、缩短产品生产周期的目的



(11)基于模型的数字化质量检测解决方案


西门子数字化质量检测解决方案提供了从三坐标测量机(CMM)检测编程到三坐标测量机检测执行的基于MBD的数字化检测一体化解决方案,涵盖了从制造工程到生产执行的环节,包含NX CMM检测编程和CMM检测执行两大模块。


该解决方案通过重用MBD模型,极大地缩短了编程时间(最低可降低80%);


确保按公司标准检查所有零部件是否合乎要求;


捕捉并分享最佳实践;无须物理部件或机床,就能创建离线程序;


有利于在整个流程中快速高效地传达设计变更;


简化了软件部署的足迹(只需一套系统,就能实现CAD、CAM和CMM );


确保最低的培训要求



(12)基于模型的作业指导书解决方案


基于模型的作业指导书(Model Based Instruction, MBI)是整个MBE体系的重要一环,是连接虚拟设计世界和真实物理世界的纽带和媒介。


针对不同MBE能力水平的制造企业,西门子提供满足不同企业需求的多层次的MBI解决方案。


最基本的是2D PDF,它能打印,也能以电子文件的形式在车间展示。


其次是提供基于3D PDF的MBI解决方案,它内嵌三维模型,可以直接浏览、旋转、测量,可以实现按工序/工步的动画播放。


最后西门子还提供基于Web的在线作业指导MBI解决方案,称为EWI,它直接从Teamcenter服务器获取工艺内容,展示内容包括工艺结构、工序流程图(定义了工序/工步的串行并行)、操作描述、零组件配套表、工艺资源和三维模型,并且提供基于iPad等便携终端的访问作业指导书,或直接在MES中访问作业指导书。


MBI电子化和实物技术状态的电子化至少可以减少90%的查询时间。


作为工艺和现场的纽带,MBI使得现场经验也能回馈到工艺,从管理体系上缩短产品研制周期



(13)基于模型的闭环制造管理


借助西门子制造运营管理(MOM)软件解决方案,企业可实现全面的数字化,并可无缝集成产品与生产生命周期,实现灵活、可扩展的生产工艺,确保以最快速度响应实时的生产事件,真正实现设计、工艺、制造、采购、供应链、客户服务全过程闭环管理



(14)基于模型的MBE数字化服务管理


Teamcenter的数字化服务(TC MRO)解决方案可建立完整的产品服务工程,支持维护、维修和大修的功能,从而满足产品服务生命周期管理和企业实物产品管理的需求;


提供了整个生命周期的完全可视性,可以使用配置驱动的产品服务的能力来规划服务运作,优化服务执行,并更好地利用实物产品与零件、工具和设备库存,最大限度地提高服务部门的效率。


针对MBE企业,提供基于产品服务所需要的基于MBD模型的IETM(交互式电子技术手册)创建、有效性管理以及多语言翻译管理的全套能力;


充分利用MBD模型,实现多种实物的可视化展现以及分析能力;


提供强大的基于MBD模型的维护维修的虚拟仿真能力;


利用TC Web客户端与TC Mobility(基于iPad等移动设备的TC)能力,把产品服务所需的技术数据包TDP或IETM快捷延伸到维护现场。


数字化服务(TC MRO)解决方案以面向产品全生命周期的视角,通过有效闭环连接产品规划、产品设计、产品制造与产品服务的业务环境,不仅仅提高产品服务的质量、效率和服务知识,同时通过服务反馈来提升产品规划、设计、制造的质量



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以AI技术为底层能力,聚焦智慧园区、城市公共安全、数智警务、健康医疗、能源电力、科研实验及平安校园等领域,提供从感知到决策的全流程软硬件一体化的国产装备智能体产品解决方案。
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