提到三維的虛擬仿真技術(shù)，人們可能會(huì)想到阿凡達(dá)等3D大片，其實(shí)在制造業(yè)，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)生根開花。尤其是對(duì)于未來(lái)的智能工廠而言，虛擬仿真技術(shù)將成為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程的利器。

提到三維的虛擬仿真技術(shù)，人們可能會(huì)想到阿凡達(dá)等3D大片，其實(shí)在制造業(yè)，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)生根開花。尤其是對(duì)于未來(lái)的智能工廠而言，虛擬仿真技術(shù)將成為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程的利器。未來(lái)企業(yè)通過(guò)構(gòu)建三維數(shù)字化的工廠，能夠?qū)镜恼w的設(shè)計(jì)、制造鏈條進(jìn)行可視化、精細(xì)化管理，徹底打開制造過(guò)程管理的“黑箱”。

讓制造身臨其境

通過(guò)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，工程速度和可視化程度都能得到提升。

“隨著信息物理融合系統(tǒng)以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)字化工具嵌入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)實(shí)施以及服務(wù)的整個(gè)價(jià)值鏈，給制造業(yè)帶來(lái)了巨大的變化。未來(lái)的工廠將能夠把生產(chǎn)、供應(yīng)鏈以及單個(gè)客戶的偏好實(shí)時(shí)地融合起來(lái)。”西門子大中華區(qū)首席執(zhí)行官、西門子（中國(guó)）有限公司總裁兼首席執(zhí)行官赫爾曼向人們表述了未來(lái)智能工廠的能力。

汽車行業(yè)一直站在制造業(yè)的高端，其工廠也越來(lái)越智能化。作為離散工業(yè)代表，汽車行業(yè)也在不斷應(yīng)用著最先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)在汽車行業(yè)應(yīng)用得非常深入，尤其是在高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線領(lǐng)域。

在中國(guó)汽車市場(chǎng)，柯馬（上海）工程有限公司是一家主要的車身焊接、動(dòng)力總成裝配和加工設(shè)備供應(yīng)商，并于2011年開始制造機(jī)器人。在為汽車原始設(shè)備制造商制造生產(chǎn)線時(shí)，柯馬（上海）經(jīng)常被客戶要求進(jìn)行生產(chǎn)線和作業(yè)單位模擬測(cè)試。柯馬（上海）機(jī)械工程師工藝工程經(jīng)理Riccardo Piegaia表示，通過(guò)使用虛擬仿真的軟件工具，能在短時(shí)間內(nèi)模擬更多的生產(chǎn)場(chǎng)景，模式測(cè)試的主要目的是規(guī)劃和驗(yàn)證該生產(chǎn)線。據(jù)了解，通過(guò)模式測(cè)試，可以預(yù)先對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行有效改進(jìn)和優(yōu)化，節(jié)省工程時(shí)間，從而有助于減少車間中的返工次數(shù)，避免浪費(fèi)降低成本。

例如，模擬測(cè)試有時(shí)會(huì)顯示，由于需要使用某些特定的焊接工具，應(yīng)更改某個(gè)零部件的設(shè)計(jì)。“我們模擬了所有的BiW（白車身）作業(yè)單元，從點(diǎn)焊開始，一直到螺柱焊、激光焊接等更加先進(jìn)的技術(shù)。雖然激光焊接成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于點(diǎn)焊，但在汽車制造完成后的車身可見區(qū)域，前者比后者更加美觀。通過(guò)使用軟件進(jìn)行模擬測(cè)試，我們向一位客戶交付了一個(gè)車頂焊接工作站。”Riccardo Piegaia說(shuō)。

記者了解到，通過(guò)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，工程速度和可視化程度都能得到提升。目前柯馬（上海）公司還能通過(guò)采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行3D機(jī)器人模擬測(cè)試，而且還實(shí)現(xiàn)了整個(gè)生產(chǎn)線的可視化，并培育了一個(gè)龐大的3D模擬團(tuán)隊(duì)，包括幾十位模擬工程師。

 

讓流程了如指掌

流程工業(yè)企業(yè)更需要實(shí)現(xiàn)透明化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率。

當(dāng)今的工廠正面臨著來(lái)自生產(chǎn)操作方面越來(lái)越大的挑戰(zhàn)，工廠自身狀態(tài)和內(nèi)外部環(huán)境的不斷變化，正嚴(yán)重威脅著生產(chǎn)操作的安全性和企業(yè)的盈利能力。一些不能控制的意外事故通常造成“開車”的延遲，產(chǎn)品的無(wú)謂浪費(fèi)，嚴(yán)重的設(shè)備損壞，甚至造成災(zāi)難性的后果。

對(duì)于流程工業(yè)（也稱過(guò)程工業(yè)）而言，由于生產(chǎn)規(guī)模大、投資額度高、生產(chǎn)制造具有連續(xù)性，工廠一旦“開車”即面臨非常高的生產(chǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)，環(huán)境污染壓力越來(lái)越大等，因此，流程工業(yè)企業(yè)更需要實(shí)現(xiàn)透明化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率，降低碳排放。通過(guò)縮短停機(jī)時(shí)間和最大化設(shè)備利用率提高盈利能力。

“中國(guó)的過(guò)程工業(yè)面臨著縮短上市時(shí)間、促進(jìn)數(shù)字化生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)透明化生產(chǎn)與改善自身效率等諸多領(lǐng)域的問(wèn)題與壓力。”西門子（中國(guó)）有限公司執(zhí)行副總裁兼過(guò)程工業(yè)與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)總經(jīng)理林斌認(rèn)為，“生產(chǎn)工藝升級(jí)改造是問(wèn)題的關(guān)鍵所在。我們面臨的主要挑戰(zhàn)就是如何提升生產(chǎn)力、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)靈活性。中國(guó)的生產(chǎn)企業(yè)正在尋求諸如數(shù)字化工廠和集成解決方案等此類方法與方案。相關(guān)市場(chǎng)的明確需求就是需要縮短產(chǎn)品上市周期和實(shí)現(xiàn)透明化生產(chǎn)。”

對(duì)于實(shí)現(xiàn)透明化生產(chǎn)，目前，借助于虛擬仿真技術(shù)，流程工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以以三維方式呈現(xiàn)在電腦屏幕，便于工人培訓(xùn)。一旦工人熟練掌握工藝流程對(duì)設(shè)備的誤操作率就會(huì)降低，進(jìn)而提高了設(shè)備利用率和安全生產(chǎn)系數(shù)，這對(duì)流程工業(yè)而言是至關(guān)重要的。施耐德高級(jí)技術(shù)顧問(wèn)徐曉燕告訴記者，在工廠正式“開車”前和“開車”后，企業(yè)員工通過(guò)計(jì)算機(jī)上的高保真模擬器，可以積累工藝經(jīng)驗(yàn)和故障診斷經(jīng)驗(yàn)，提高處理緊急狀況或異常工況的能力，進(jìn)而提高工廠的安全性，延長(zhǎng)工廠設(shè)備的實(shí)際投產(chǎn)時(shí)間。這種虛擬仿真技術(shù)能夠讓操作員身臨其境地在工廠里工作，隨著越來(lái)越多的操作員對(duì)工藝過(guò)程有著更加深入的了解，操作員的知識(shí)水平和技術(shù)水平也隨之提高，企業(yè)可以縮短“開車”、“停車”時(shí)間，甚至提早“開車”，并減少“開車”實(shí)際需要的時(shí)間。

當(dāng)然，培訓(xùn)僅僅是虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用效果的一部分，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)中同樣能產(chǎn)生效益。記者了解到，虛擬仿真技術(shù)可以讓高度復(fù)雜的過(guò)程工廠通過(guò)三維方式非常逼真地顯示出來(lái)的同時(shí)，工廠數(shù)據(jù)也可實(shí)時(shí)更新，這樣不僅可以有助于工程設(shè)計(jì)和監(jiān)控，還可以有助于運(yùn)行。服務(wù)和維護(hù)工作也可以更高效地計(jì)劃、模擬和執(zhí)行。一些應(yīng)用了虛擬仿真技術(shù)的工業(yè)軟件既可以用于對(duì)操作人員進(jìn)行沉浸式培訓(xùn)，又可以作為交付工具完成與第三方應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)作。其最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠以較低的成本和人工費(fèi)用，提供工廠文檔的實(shí)時(shí)更新，并保證生命周期各階段內(nèi)的完全透明。

還有一些應(yīng)用了虛擬仿真技術(shù)的工業(yè)軟件其實(shí)質(zhì)是一個(gè)基于嚴(yán)格計(jì)算的全面而成熟的動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬系統(tǒng)，并運(yùn)用了基于機(jī)理的技術(shù)和嚴(yán)格的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，可提供準(zhǔn)確而可靠的計(jì)算結(jié)果，可用于解決從工程研究到操作員培訓(xùn)系統(tǒng)等工作中所遇到的最為棘手的動(dòng)態(tài)模擬問(wèn)題。用戶通過(guò)這些軟件可以進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)、安全分析、控制策略選擇、工廠控制系統(tǒng)校驗(yàn)、操作員培訓(xùn)、工廠改進(jìn)等一系列工作。