大型装备制造业数字化之道 基于模型的数字化企业(MBE, Model Based Enterprise)解决方案白皮书 上

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大型装备制造业数字化之道 基于模型的数字化企业 (MBE, Model Based Enterprise) 解决方案白皮书（修订版） 1 大型装备制造业数字化之道 西门子基于模型的数字化企业解决方案白皮书（修订版） 再版致辞 亲爱的各位读者： 2012 年 6 月我们组织出版了《大型装备制造业数字化之道 ---- 基于模型的数字化企业》解决方案白皮书，受到了广大客户的热 烈欢迎，经多次加印仍然供不应求。大家普遍反映，该白皮书中 描述的愿景代表了工业信息化的方向，对企业信息化蓝图规划工 作非常有帮助，其方案和实践部分对制定实施战略路线图提供了 很有价值的参考。鉴于近期西门子工业软件在产品组合、战略愿 景、实践案例方面又取得一系列重要进展，我们决定组织人员对 该白皮书进行修订再版，除了修订既有内容以外，西门子中央研 究院和西门子工业软件有关专家增加了“工业 4.0”愿景，增加 了世界领先的仿真和试验解决方案 LMS，并增加了一系列典型案例，目的是为中国大型装备制造业 数字化的领导和技术专家提供有价值的参考思路、方法和工具。 “工业 4.0”或者说第四轮工业革命，像云计算、大数据一样，是一个重要概念，概括了智慧产品、 智慧工厂、智慧设备和网络化流程等关键技术的发展，定义了继三轮工业革命（机械化、电气化、 自动化 / 信息化）之后的第四轮工业革命。根据德国研究与教育部组织的 20 多家德国产、学、研 机构（西门子作为领导单位之一）的研究结果，“工业 4.0”将是 21 世纪上半叶的关键趋势之一。 其核心思路是，通过对现有大规模工业基础设施和物联网、云计算的融合，在虚拟世界和物理世界 之间建立直接、实时的链接，形成所谓信息物理融合系统（CPS，Cyber-Physical Systems）! 过去 数十年间，IT 技术的深入应用和工业技术的整合，也就是中国所推的“两化融合”是逐步演进的， 但其最高形态 CPS 系统 ------ 实现人、产品、设备完全基于 IT 系统的交互将是革命性的。 让我们设想一下 CPS 系统的一些主要场景：智能对象通过基于因特网的无线技术将嵌入系统联网， 接受感应器数据，用来控制物流、产品和信息；智能材料告诉机器它们需要如何处理；维护和服务 由智能工厂的部件自动启动；固定的庞大生产线转变成模块化、高效节能的系统；产品的整个生命 周期的信息得到完整记录；人们可以利用智慧的培训和辅助系统。 作为世界最大的工业技术公司和世界领先的自动化和工业软件提供商，西门子在今天已经为“工业 4.0”的全面实现打下了坚实基础。工业软件创新将在“工业 4.0”实施中起到决定性作用，尤其在 实施产品生命周期和生产生命周期的整合，实现研发和生产的全面优化等方面。有意思的是，150 年前，西门子的创始人冯 • 西门子因于 1866 年发现了电机发电原理并建造了第一台发电机而成为 第二轮工业革命的先锋代表人物，今天，西门子希望和她的客户、供应商和竞争者一道，在第四轮 工业革命中重复当年的辉煌成功！ 梁乃明 大中华区董事总经理兼首席执行官 西门子工业软件 2014 年 1 月 西门子基于模型的数字化企业解决方案白皮书（修订版） 大型装备制造业数字化之道 2 目 录 “工业 4.0”——制造业的未来 ...........................................................................6 1. 第四次工业革命——“工业 4.0” ..........................................................6 2. 西门子的“工业 4.0”最佳实践 ..............................................................8 3. 西门子助力中国“工业 4.0” .................................................................8 从 MBD 走向 MBE .............................................................................................10 中国企业实施 MBD 的实践与挑战 ......................................................................17 1．MBD 技术应用状况 ...............................................................................17 2．MBD 技术对产品研发模式的影响 ..........................................................20 3．MBD 实现的挑战与对策 ........................................................................21 4. MBD 的实施建议 ..................................................................................24 西门子 MBE 解决方案综述 ................................................................................26 1．引言 .....................................................................................................26 2．西门子 MBE 解决之道 ...........................................................................26 3．西门子 MBE 解决方案概述 ....................................................................28 4．西门子 MBE 解决方案的价值定位 ..........................................................35 基于模型的系统工程解决方案 ...........................................................................36 1．业务挑战 .............................................................................................36 2．解决方案 ..............................................................................................36 3．价值定位 ..............................................................................................42 基于模型的三维产品设计解决方案 ....................................................................43 1．业务挑战 ..............................................................................................43 2．解决方案 ..............................................................................................44 3．价值体现 ..............................................................................................55 基于模型的设计分析应用解决方案 ....................................................................56 1．业务挑战 .............................................................................................56 理论篇 方案篇 3 大型装备制造业数字化之道 西门子基于模型的数字化企业解决方案白皮书（修订版） 2．解决方案 ..............................................................................................56 3．价值体现 ..............................................................................................59 基于模型的机电一体化系统工程解决方案 ..........................................................63 1．业务挑战 ..............................................................................................63 2．解决方案 ..............................................................................................63 3．价值定位 ..............................................................................................68 基于模型的全生命周期质量管理解决方案 ..........................................................69 1．业务挑战 ..............................................................................................69 2．解决方案 ..............................................................................................69 3．价值体现 ..............................................................................................77 基于模型的工装设计解决方案 ...........................................................................79 1．业务挑战 ..............................................................................................79 2．解决方案 ..............................................................................................79 3．价值体现 ..............................................................................................87 基于模型的零件工艺解决方案 ...........................................................................88 1．业务挑战 ..............................................................................................88 2．解决方案 ..............................................................................................88 3．价值定位 ..............................................................................................92 基于模型的装配工艺解决方案 ...........................................................................94 1．业务挑战 ..............................................................................................94 2．解决方案 ..............................................................................................94 3．价值定位 ..............................................................................................98 基于模型的数字化制造－质量检测解决方案 .....................................................100 1．业务挑战 ............................................................................................100 2．解决方案 ............................................................................................101 3．价值体现 ............................................................................................104 基于模型的作业指导书解决方案 ......................................................................105 1．业务挑战 ............................................................................................106 2．解决方案 ............................................................................................106 3．价值体现 ............................................................................................108 西门子基于模型的数字化企业解决方案白皮书（修订版） 大型装备制造业数字化之道 4 基于模型的制造执行管理 ................................................................................109 1．业务挑战 ............................................................................................109 2．解决方案 ............................................................................................110 3．价值体现 ............................................................................................115 基于模型的实物样机测试——集成的振动噪声解决方案 ...................................116 1．业务挑战 ............................................................................................116 2．解决方案 ............................................................................................116 3．应用范围 ............................................................................................119 4．价值体现 ............................................................................................119 基于模型的 MBE 供应链管理 ...........................................................................121 1．业务挑战 ......................................................................................