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  • 1 # 振工鏈

    用計算機解決工程力學問題的歷史由來已久。20世紀50年代,一幫工程實踐專家會同計算機專家共同開發線性結構靜、動力分析程式來解決工程力學問題。但受限於當時計算機效能不足,此後20年,相關技術發展一直很緩慢。直到20世紀80年代中期,才逐步形成商品化的通用及專用軟體。

    進入21世紀,隨著高效能計算、雲計算等新一代計算模式的出現,工業模擬軟體開始加速發展,從產品設計、工藝設計、工藝裝配到機器人程式設計、物流線路規劃,再到生產線模擬,工業模擬軟體的應用範圍正在不斷深化和延伸。

    工業模擬為“智造”加速

    隨著物聯網、雲計算、5G以及人工智慧等新一代資訊科技與傳統制造業的融合,傳統的研發、管理、生產和銷售模式正在發生巨大變化,以數字化、網路化和智慧化為主要特徵的新一代智慧工業體系正在逐步形成。這是一個由計算、網路和控制系統構建的多維複雜系統,目標是實現大型工程系統的實時感知、動態控制和資訊服務,這個體系的核心,在德國工業4.0中被命名為資訊物理系統,即CPS,在中國智慧製造體系中被稱為“數字孿生”。

    一個完整的CPS架構包括產品的概念設計、方案設計、初步設計、詳細設計、分析模擬、工藝設計、工藝模擬、工裝設計、工裝模擬、裝配設計、裝配模擬等一系列流程,然後形成完整的產品數字樣機。透過在計算機上建立虛擬實驗環境找出產品設計和工藝問題,然後改進計算機模型,最後再對映到實物的試驗過程。

    CPS的本質都是實現物理實體與數字虛體的融合互動,一直以來,由於CAD和CAE是兩個分開的產品,在設計過程中無法做到“設計既出,模擬即行,同源資料,共生驗證”。因此,面對以CPS為核心的工業智慧化轉型,企業依賴於領先的工業模擬軟體來支撐。

    工業模擬軟體能透過數字化建模和模擬支撐CPS或數字孿生所倡導的虛實融合互動功能。工業模擬是對實體工業的一種虛擬,將實體工業中的各個模組轉化成資料整合到一個虛擬的系統中,在這個體系中模擬實現工業作業中的每一項工作和流程,並實現互動。工業模擬軟體承擔著對生產製造過程建模分析、虛擬現實互動、引數效果評估等重要作用。

    隨著虛擬現實、雲計算、物聯網、人工智慧等新興技術逐漸進入工業模擬領域,工業模擬軟體對工業元素描述更精確、更細緻,其設計過程也更加簡單方便,軟體與工業實際應用結合更緊密,模擬模型得到持續動態最佳化,虛擬模擬軟體已經成為了工業軟體未來發展核心和重點。

    打造本土工業模擬平臺

    隨著中國工業智慧化轉型程序的不斷加速,企業對工業軟體的應用需求也越來越廣泛。與此同時,面對發達國家對中國工業軟體的禁用打壓,中國政府也認識到發展自主工業軟體的重要性。對於有實力的企業,開始透過收購或自主研發等方式突破產業封鎖,積極佈局工業軟體。而作為研發設計最重要的工業軟體產品,工業模擬軟體的佈局自然成了重中之重。

    近年來,美的透過一系列戰略收購完善產業鏈佈局,並依託自身積累的豐富工業轉型經驗積極佈局工業智慧化。2017年,美的收購了全球領先的工業模擬軟體廠商VC,並據此打造了國內第一款擁有自主產權的工業模擬軟體MIoT.VC。

    在美的精心打磨下,MIoT.VC已經可以支撐工廠過程模擬、裝置製造商銷售和營銷演示、控制器驗證(PLC)和實時連線、機器人和工作單元模擬、應用開發(離線程式設計OLP)以及數字孿生虛擬聯動。

    對於整個工業系統來說,應用工業模擬進行方案的驗證對比,可及時發現問題,並虛擬驗證最佳化後的方案,以減少實際生產的成本浪費,促使原材料庫存減少、生產效率提升、故障響應時間縮短、故障率提升、物流效率提升、專案週期縮短、產品品質提升等多方面最佳化效果。

    當涉及工廠和產線新建、改造時,首先要考慮如何設計最合理的產線佈局,最大化利用空間、提高產能,避免產線實施落地後才暴露諸多設計問題,徒增資源和時間成本。傳統的佈局設計藉助“2D圖紙”和“現場搭紙箱”方式,不但效率低下方案還得不到充分驗證。而透過模擬軟體自帶的引數化3D模型,佈局方案設計和更改效率可得到極大提升,並透過不斷最佳化迭代產線佈局方案形成最優設計。

    例如某電子工廠搬遷專案,採用MIoT.VC模擬軟體進行3D工廠佈局和整體規劃,裝置、人員、機器人佈局1:1規劃加驗證,不斷滾動進行模擬規劃設計、評估驗證、設計更改,並充分考慮產品換型、柔性製造,依託精益生產理論,論證完20多種方案後確定最優方案,使得專案週期縮短20%,廠房空間利用率提高18%,產能提高12%以上。

    產線物流模擬作為工業模擬的傳統優勢應用模組,涉及工廠採購與生產計劃、人員裝置利用、庫存、物料運送等方方面面。在引入物流模擬之前,產線物流方案缺乏系統有效的現狀評估和最佳化手段,透過在模擬環境中對物流方案不斷迭代最佳化,可以達到節省產線用地、消除物流斷點、減少物流配送人員、提高裝置利用率和降低庫存等作用,最大化利用企業資源,提高生產效率、節約成本。

    在某工廠搬遷物流專案中,透過用MIoT.VC對園區大物流和車間佈局物流進行全面分析,原灶具車間與煙機車間合併,新增底殼噴粉和內銷標準閥自制線,並滿足未來三年產能需求。透過上百次的物流模擬方案設計和驗證,實現的專案收益包括:廠房及公攤面積節省47214平方、年節省租金636萬元、能源耗費年節省50萬、庫存下降50%以上,並消除3個物流斷點,配送距離縮短28%以上、減少物流配送人員5人、產能提升19%。

    在產品市場推廣中,運用模擬技術來模擬產品的生產過程,能夠有效地介紹產品的製造優勢,利於產品推廣,同時還可以塑造高階品牌形象,有助於企業整體價值提升,並在“網際網路+”時代,模擬的展示動畫可以透過郵件或手機應用等方式傳送給客戶,拉近客戶與企業的距離。

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