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西门子PLM战略观察

--从PLM走向工业软件与自动化集成

发表时间:2010-11-29  e-works专家: e-works 黄培
三年多以前,当西门子公司宣布并购UGS的时候,业界曾有各种不同的观点。现在再回过头来看这次并购,我们可以很容易地理解西门子公司的战略意图,那就是:打造面向制造业的工业软件与自动化集成产品与解决方案。
    三年多以前,当西门子公司宣布并购UGS的时候,业界曾有各种不同的观点。现在再回过头来看这次并购,我们可以很容易地理解西门子公司的战略意图,那就是:打造面向制造业的工业软件与自动化集成产品与解决方案。2010年9月21日至22日,在美国波士顿召开了西门子PLM全球分析师会议,我进一步了解了西门子工业自动化事业部和西门子PLM的发展现状与发展策略。同时,也见证了三年来,西门子PLM在西门子这个全球企业帝国中的成长。

一.  超越PLM,体现整合的力量

    与其它PLM厂商不同,西门子PLM是西门子工业自动化事业部的四大战略单元之一。除此之外,西门子工业自动化事业部还有工业自动化系统、传感器与通讯、控制元件与系统工程等。这些业务单元之间,既相对独立,又紧密合作,在产品与技术上实现集成,这样,可以为客户创造更大的价值,降低总体拥有成本。

图1. 西门子工业自动化事业部的四大战略单元

    西门子工业自动化事业部的解决方案已经覆盖了制造自动化和流程自动化,以及从产品研发、制造到运行维护,以及工厂设计与运行维护的整体方案,实现了产品全生命周期、制造全生命周期和工厂全生命周期信息的集成。其中,工厂全生命周期管理解决方案COMOS,是西门子于2009年收购的德国Innotec公司基础上形成的。

图2. 西门子工业自动化集团的产品覆盖了自动化与工业软件

    整合为客户带来的价值是显而易见的。例如,西门子PLM的NX CAM软件可以与西门子的数控系统实现紧密集成。西门子推出了铣削加工Sinumerik MDynamics技术功能包,包括了数控硬件、智能数控功能和整套CAD/CAM/CNC解决方案,分为3轴铣床版和5轴铣床版,可供紧凑型和豪华型的 Sinumerik控制系统使用。西门子还提供Virtual Machine(虚拟机床)软件包,该软件包用于具有Sinumerik CNC控制器的机床。这包括实际控制器的一个软件版(也称虚拟数控内核—VNCK)、用于模拟钻孔和碰撞检测的3D模型的加工模拟系统(RealNC),以及用于运行虚拟控制器和机器的原始Sinumerik HMI软件。利用Virtual Machine模拟功能,可在标准PC上非常真实的模拟NC加工过程,以便消除编程错误和可能的碰撞事故。由于在虚拟机上可以进行全面的校验和装配检查,调整工作所需的时间大大缩短。

图3. PLM技术与数控技术的整合为客户创造价值

图4. 西门子的MDynamics解决方案实现了NX CAM与西门子数控系统的无缝集成

    另一个紧密集成的方面是西门子PLM的CAX系统(NX、SolidEdge)、cPDM(Teamcenter)、DM(Tecnomatix),以及工厂全生命周期管理解决方案COMOS,以及MES解决方案SIMATIC-IT的集成应用。其中,Tecnomatix与Simatic-IT MES系统实现了集成,而COMOS软件使用了NX软件来实现工厂的三维建模。同时,COMOS还与西门子的PCS 7 (流程控制系统)实现了集成。

图5. 西门子工厂设计系统与流程控制系统的集成

图6. 西门子工业软件涵盖了产品、制造和工厂生命周期管理

图7. 西门子的自动化、工厂设计软件与PLM系列软件的集成

    西门子集团涉足的产业很多,但其中与制造有关的企业很多。因而,西门子本身就是PLM软件和MES系统的大客户。目前,西门子内部正在全面部署Teamcenter系统,涉及全球50个地点,超过2万个用户。用自己的软件来对自己的产品进行全生命周期管理,是整合带来的又一价值。因为,这将促进西门子PLM软件的进一步改进,尤其是支撑机、电、软件一体化的产品研发、制造与运行维护。

图8. 西门子公司内部正在全面部署Teamcenter系统

2. 深化与拓展PLM内涵

    拥有世界级的客户,才能真正做出世界级的软件。西门子PLM在汽车、航空航天、机械制造、电子高科技等行业拥有众多用户,同时还拓展了消费品、能源、造船、生命科学等行业,不断拓展PLM技术应用的范畴。在2009年10月至2010年9月期间,西门子PLM增加了4000家新客户。总共拥有6.87万家客户,装机量达到670万套。根据西门子PLM的统计,全球最大的25家汽车整车厂中,有24家应用了西门子PLM的解决方案。其中,4家应用了西门子PLM的全线产品,11家用NX作为车身的核心设计工具,9家用NX作为动力总成的核心设计工具,13家用Teamcenter作为核心的PDM系统,9家用Teamcenter作为数字化制造的支撑平台,8家将Tecnomatix作为数字化制造的标准工具。在航空发动机制造商中,西门子PLM具有绝对优势,在飞机整机制造企业中,Teamcenter也是主流的PDM平台。正是这些世界级的制造企业在PLM的应用实践当中,不断提出新的需求,从而促使西门子PLM不断深化与拓展PLM内涵,不断拓展PLM技术应用的“疆域”。

    西门子PLM主要在HD-PLM技术框架、系统工程、集成产品定义、产品生命周期与制造生命周期的集成,以及完善开放与可扩展性的平台等方面,对其PLM解决方案的内涵进行了拓展与深化。例如,西门子PLM创造性地将系统工程(System Engineering)的原理应用于产品开发过程,以便帮助制造企业在产品研发过程中,对产品的需求、子系统、约束和部件之间的交互作用进行建模/分析,并进行优化和权衡,以便做出正确的决策。又如,西门子PLM推出的机电一体化概念设计解决方案(Mechatronics Concept Designer)可以协同运用机械原理、电气原理和自动化原理,实现机、电与软件协同设计,有助于加快设计交付速度、减少设计流程后期的集成问题。

图9. 西门子PLM提出的HD-PLM技术框架

    西门子PLM的HD-PLM技术框架,旨在帮助制造企业在产品的计划、研发、制造与维护的全生命周期中,针对各个不同岗位的员工提供个性化的、角色驱动的用户体验;更清晰地理解海量的产品相关信息;主动帮助企业做出正确的决策;并结合行业最佳实践,来验证决策的合理性。 西门子PLM推出HD-PLM最根本的动因是:产品的结构和配置越来越复杂;市场需求的波动越来越频繁;企业地域的分布越来越广,需要实现异地协同;制造过程涉及到的因素越来越多,包括机床、数控系统、模具、制造外包、供应商管理、检测与逆向工程等;国际上对产品的使用和回收有越来越多的法律和规范要求;产品全生命周期过程中涉及到数据源和软件系统也越来越多;产品开发过程由串行发展到并行等。

图10. HD-PLM技术框架在NX中的实现

    针对类似汽车、飞机、机械装备等复杂的产品,要实现产品信息的可视化、信息的深入挖掘和商务智能分析,动态生成各类报表,及时解决产品开发、制造与服务中的各种问题,真正实现高效协同,必须借助新一代的协同平台。因此,我认为,HD-PLM就是这样一个支撑企业实现协同产品开发的新一代的可视化协同平台,所有的西门子PLM产品都将实现与HD-PLM的集成。目前,NX已经提供了基于HD-PLM的HD3D系统。HD-PLM是一个突破性的技术创新,我相信,在不久的将来,不仅企业内部各个业务部门的员工可以在该平台上迅速获得产品的精确信息,而且在整个产品形成和使用的价值链上的所有合作伙伴,也可以通过该平台共享授权许可范围内的产品信息。 

3. 持续改进PLM技术

    在此次会议上,西门子PLM介绍了对各个产品线进行的改进和完善。其中,同步建模技术的进一步发展无疑是一个亮点。基于同步建模技术的Solid Edge ST3版本除了零部件建模和钣金设计功能之外,现在基于同步建模技术的模型还可以直接用于管道、钢结构、线缆等所有装配件应用。同时,该版本实现了同步建模技术与传统的基于造型历史的特征建模技术实现了更好的融合,用户不必在两种建模方式之间切换,从而使得建模与修改更加自然,更加符合设计者的操作习惯,从而真正可以大幅度提高设计与更改的效率。我感觉,同步建模技术的核心是在对特征进行拉伸、移动或变形的过程中,自动保持合理的拓扑关系。

    在NX7产品当中,实现了CAD/CAE/CAM更紧密的集成,进一步改进了草图设计工具和二维绘图功能,将同步建模技术应用于自由曲面,增加了柔性体的耐久性和弹性分析,以及更多可用于结构、热量和流量分析的解决方案。当分析结果要求对设计进行变更时,可以应用高效的同步建模技术快速划分网格,大大缩短设计周期。NX CAM实现了与CMM(三坐标测量机)之间更好的集成,NX  CAM的叶轮加工模块使复杂的5轴、多叶片旋转部件的数控编程速度大大加快。

    Teamcenter8则增强了系统工程与需求管理,内容与文档管理,配方、包装与品牌管理等功能。Teamcenter 8还为航空航天和国防、零售消费品行业和医疗设备领域的轻量产品供应商协同、高级需求、项目管理和新行业解决方案提供针对性的功能改善。


图11. Teamcenter8的系统功能

    西门子PLM最新发布的数字化制造解决方案Tecnomatix 9则在工艺规划、装配计划、机器人仿真、人机工程及虚拟试运行应用领域的诸多新增功能,同时,在实现与车间自动化系统集成方面,也进行了改进,可以实现对PLC控制器的仿真。通过这些改进,可以提高制造规划和试车的效率,提升加工制造的可靠性。在工厂仿真方面,可以诊断瓶颈工序,实现物流优化。

4. 强化中端市场的推广

    此次会议上,西门子PLM明显地体现出要强化中端市场推广的战略。显著加强了Velocity管理团队,区域销售负责人增加了一倍,在合作伙伴发展计划和Solid Edge ST3的推广的投入方面也增大了一倍。对Solid Edge的研发投入增加了15%。最近西门子PLM在中国与艾克斯特建立战略合作关系,就是西门子PLM强化中端市场推广的一个具体的例证。

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责任编辑:江艳芬