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智能产品的自主创新之道

2017/12/12    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:智能产品  自主创新  PLM  
2017年11月29日,由e-works数字化企业网主办,天津市机械工程学会、天河超级计算工程仿真集成设计技术创新联盟、辽宁省企业联合会、天津市机械工业协会协办的 “2017(第十三届)中国制造业产品创新数字化国际峰会”在天津万达文华酒店成功召开。会上,e-works总编黄培博士发表了《智能产品的自主创新之道》的主题演讲。本文根据演讲内容整理而成。
    2017年11月29日,由e-works数字化企业网主办,天津市机械工程学会、天河超级计算工程仿真集成设计技术创新联盟、辽宁省企业联合会、天津市机械工业协会协办的 “2017(第十三届)中国制造业产品创新数字化国际峰会”在天津万达文华酒店成功召开。会上,e-works总编黄培博士发表了《智能产品的自主创新之道》的主题演讲。本文根据演讲内容整理而成。

e-works总编黄培博士

    e-works总编黄培博士
 
    尊敬的各位领导、各位来宾、各位新老朋友,大家上午好!天津对我而言,有着特殊的意义,1994年我们的第一家用户来自于天津。今天非常荣幸与大家交流有关智能产品的创新制造。中国制造业产品创新数字化国际峰会,自2005年开始举办,到现在已经纵横了中国主要的城市。推进中国制造业的自主创新,这是我们的责任。令我倍感欣慰的是,越来越多的中国企业通过参加这个会议,逐步走向了自主创新,不断提升自主创新能力。
 
    一、智能产品与自主创新趋势
 
    首先谈谈智能产品的进化过程。以拖拉机的生产制造为例,首先制造出拖拉机的机械产品,然后进化到智能产品。第三步是让拖拉机拥有了物联网功能,变成了智能互联产品。作为一个农业机械企业,不可能只生产拖拉机,还需要生产例如收割机等一系列的产品系统或者解决方案。对于某一个客户而言,需要的是一个产品的体系,可以根据需要配置产品。当然,只有农机系统还不够,还需要灌溉系统、种子优化系统,气候数据系统、农业管理系统,才是一个现代化的农场。这意味着提供解决方案的企业,未来真正要融入客户整体系统中,这被称为复杂的系统之系统。
 
    智能产品的案例非常多,简单地分享一下智能产品的案例。Festo是一家非常具有前瞻性的公司,他们的仿生机器人系列很多是从自然界得到了灵感,例如从象鼻子和章鱼身上得到灵感,开发了一款仿真机器人。这些仿生机器人都带有韧性,像人体的肋骨一样,通过纤维的伸缩可以转动方向,这样的产品具有非常独特的用途。制造业中不乏有这类创新的案例,如何开发一个真正符合特定需求,对客户有独特价值的产品,我认为这是企业决胜市场的关键。
 
智能产品案例:Festo的仿生机器人系列
    智能产品案例:Festo的仿生机器人系列
 
    今天,产品创新面临诸多挑战,来自大数据、物联网,来自开放的创新平台在多学科多物理场下如何进行产品开发和创新,我们需要重新思考产品创新平台。产品创新的趋势与挑战主要有:传统的产品开发模式已走到尽头;“社交”正在改变产品开发;循环经济——需要重新思考一切;PLM、配置管理、系统工程的结合;物联网带来的创新思路;迅速改变的创新模式必须形成闭环;大数据和预测分析如何寻找金矿;数字化企业;企业创新平台与PLM“平台化”的出现。
 
    在PLM应用中,非常重要的是保证整个产品生命周期数据的一致性,未来要构造很多棵树,从尖端的计划需求到整个产品的系统,到产品工程设计、详细设计、仿真验证试验,到后续整个制造的过程,进而延伸到服务。PLM要实现全相关,任何一个客户服务的变更都可能带来逻辑结构的变化,带来机械结构、电气结构的变化,继而是软件结构的变化以及制造后续服务的变化。
 
基于MBE的设计、制造、服务一体化
    基于MBE的设计、制造、服务一体化
 
    基于三维模型的协同设计制造体系,强调设计、制造、服务的一体化,覆盖产品的全生命周期。表现为工程图以三维为核心,添加各种尺寸等工程信息,实现基于模型的产品定义,最终构建一个基于模型的企业,实现整个企业内部各个业务部门的协同都是基于三维模型,例如要实现无纸化车间,运用轻量化的三维模型等。
 
    系统工程的思维是一个产品涉及多个学科,包含机械、电气、软件各个部分,在整个过程中,需要将系统工程和PLM技术准确地结合,同时不再是传统的单向模型,而是双向的,通过高度逼真的虚拟样机对产品功能进行确认与验证。
 
    MBX首先是以基于模型的产品设计为基础,例如机械设计、电气设计、软件设计,其次还与系统工程有关。另外还与基于模型的企业相关,在数字化工厂、现场服务、供应链管理等各个环节都需要用到产品的模型。MBX的概念就是基于模型的设计、基于模型的系统工程、基于模型的企业相结合。
 
    二、产品创新的数字化价值链
 
    第二个方面是产品创新数字化价值链,回顾过去,从1981年到今天走过了30多年的历程。最近在德国参观,发现了一个很有意思的现象,零部件企业在交付产品的同时,也交付数字化的模型。这些公司帮助产品建立三维模型,作为产品样本,厂商交付产品的同时也交付一个数字化模型,主机厂可以免费应用,这实在出乎了我们的想象。一直以来,厂商为了保证数据安全,都不愿意泄漏,但是德国人做到了。
 
支撑产品创新的数字化供应链
    支撑产品创新的数字化供应链
 
    举两个例子,一个是综合网站,可以选择参数、选择相应的模型,选择完成后可以在网站上下载任何一种格式的三维模型。知识产权在保护过程中,无形会造成很多重复劳动,中国的企业是不是也可以建立这样一个机制,模型可根据自己的需要选择。再如一家做抓具的公司,其他企业不需要再重复设计,这对我们是一个很大的启示,未来中国的企业能不能形成一个数字化的价值链。EPLAY,是全球很大的一个电气设计软件,去年他们决定把电气设计软件的数据库模型开放,提升创新效率。
 
电气设计软件开放数据模型,提升创新效率
    电气设计软件开放数据模型,提升创新效率
 
    上图是菲尼克斯电气公司参观,他们应用的设计软件就是EPLAY,大家可以看到电气设计的数据、后续详细的设计,数字化模型等。菲尼克斯有六万多种产品,都是各种电器的连接器、开关、控制器等,实现了产品标准化,根据客户需求、客户的订单直接配好,最终交付给客户一个个性化的产品。这样,既实现了产品本身的大批量生产,同时又满足了客户个性化的订单需求,由此可见,形成数字化的价值链非常重要。
 
    三、仿真技术驱动自主创新
 
    谈到仿真技术,大家会发现电子产品越来越小型化,手机中的CPU非常小,其设计需要考虑能耗、能效、快速沟通、信号强弱等问题,一个手机需要考虑这么多因素,如何通过仿真软件实现?去年我在Altair的总部看到的自行车的设计越来越轻,强度越来越强。
 
    为什么要普及仿真技术?主要有十个方面。一是正向研发,自主创新;二是产品轻量化;三是遵从越来越严苛的法规;四是产品上市周期缩短,降低新产品研发与试制成本;五是智能互联产品:机电软一体化,物联网应用;六是仿真技术快速发展:更快、更真、更广、更宜人;七是新材料(复合材料)、新工艺;八是计算能力的迅速提升;九是协同仿真;十是协同仿真平台。
 
 仿真能力快速提升的案例
    仿真能力快速提升的案例
 
    仿真计算能力的快速提升,给大家举个汽车碰撞仿真的例子。图片来自美国的ESI集团,大家看到1996年已经有48万5千个单元,到了2004年达到了900万个单元,今天已经是2000万个单元,计算能力的提升使得仿真更加精确和准确。这种计算能力的提升也符合摩尔定律,以前仿真的结果在今天依然实用,间隔5年计算能力就会提升一次。
 
    手机设计的尺寸、重量、能耗、智能,包括传感的连接性、安全性、可靠性、集成性、耐久性,需要大量应用仿真技术。例如手机天线的设计,放在什么位置合适。建立虚拟的数字化模型,包括传感器、微机电系统的设计,从芯片到整个电路板、整个系统的设计等,在产品越来越复杂,生命周期越来越短的情况下,必须更多依赖于仿真技术的应用。即便是增材制造技术应用的过程中,也需要应用到仿真技术,这既可以说是一个增材制造的案例,也可以说是一个仿真的案例。
 
  增材制造的仿真案例
    增材制造的仿真案例
 
    四、增材制造在自主创新中的应用
 
    增材制造也是大家目前关心的热门技术,EOS公司开发了增材制造技术最大的商用设备,有四个激光头,最大可以达到400X400X400。传统的三维打印,更多是指非金属材料作为样件,用作设计评审、工艺评审。现在我们关心的,更多是工业级的增材制造,可以有更多内部冷却模道,例如模型产品可以更快冷却,三维打印义齿,人体关节的应用等。
 
    增材制造有很多的技术,我最近做了很多研究,发现大家没有一个很好的规范。这是e-works研究的关于金属增材制造的主流技术,从图中可以看到,金属增材制造主要分为粉末床选区成形和同步材料送进成形两种,再细分,分为选择性激光烧结技术、激光选区铅化技术、电子束连区溶化技术、激光立体成形技术、电子束的熔丝沉淀技术等。
 
 金属增材制造的主流技术
    金属增材制造的主流技术
 

责任编辑:李欢
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