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打破国外垄断+填补空白!本土工业仿真平台为智能制造加速—振工链

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1997年9月,钱学森在给清华大学工程力学系建系40周年的贺信中写道:随着力学计算能力的提高,用力学理论解决设计问题成为主要途径,而试验手段则变得次要了更多信息尽在振工链 

用计算机解决工程力学问题的历史由来已久。20世纪50年代,一帮工程实践专家会同计算机专家共同开发线性结构静、动力分析程序来解决工程力学问题。但受限于当时计算机性能不足,此后20年,相关技术发展一直很缓慢。直到20世纪80年代中期,才逐步形成商品化的通用及专用软件。

进入21世纪,随着高性能计算、云计算等新一代计算模式的出现,工业仿真软件开始加速发展,从产品设计、工艺设计、工艺装配到机器人编程、物流线路规划,再到生产线仿真,工业仿真软件的应用范围正在不断深化和延伸。

工业仿真为“智造”加速

随着物联网、云计算、5G以及人工智能等新一代信息技术与传统制造业的融合,传统的研发、管理、生产和销售模式正在发生巨大变化,以数字化、网络化和智能化为主要特征的新一代智能工业体系正在逐步形成。这是一个由计算、网络和控制系统构建的多维复杂系统,目标是实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务,这个体系的核心,在德国工业4.0中被命名为信息物理系统,即CPS,在中国智能制造体系中被称为“数字孪生”。

一个完整的CPS架构包括产品的概念设计、方案设计、初步设计、详细设计、分析仿真、工艺设计、工艺仿真、工装设计、工装仿真、装配设计、装配仿真等一系列流程,然后形成完整的产品数字样机。通过在计算机上建立虚拟实验环境找出产品设计和工艺问题,然后改进计算机模型,最后再映射到实物的试验过程。

CPS的本质都是实现物理实体与数字虚体的融合交互,一直以来,由于CAD和CAE是两个分开的产品,在设计过程中无法做到“设计既出,仿真即行,同源数据,共生验证”。因此,面对以CPS为核心的工业智能化转型,企业依赖于领先的工业仿真软件来支撑。

 工业仿真软件能通过数字化建模和仿真支撑CPS或数字孪生所倡导的虚实融合交互功能。工业仿真是对实体工业的一种虚拟,将实体工业中的各个模块转化成数据整合到一个虚拟的系统中,在这个体系中模拟实现工业作业中的每一项工作和流程,并实现交互。工业仿真软件承担着对生产制造过程建模分析、虚拟现实交互、参数效果评估等重要作用。

随着虚拟现实、云计算、物联网、人工智能等新兴技术逐渐进入工业仿真领域,工业仿真软件对工业元素描述更精确、更细致,其设计过程也更加简单方便,软件与工业实际应用结合更紧密,仿真模型得到持续动态优化,虚拟仿真软件已经成为了工业软件未来发展核心和重点。

打造本土工业仿真平台

随着中国工业智能化转型进程的不断加速,企业对工业软件的应用需求也越来越广泛。与此同时,面对发达国家对中国工业软件的禁用打压,中国政府也认识到发展自主工业软件的重要性。对于有实力的企业,开始通过收购或自主研发等方式突破产业封锁,积极布局工业软件。而作为研发设计最重要的工业软件产品,工业仿真软件的布局自然成了重中之重。

近年来,美的通过一系列战略收购完善产业链布局,并依托自身积累的丰富工业转型经验积极布局工业智能化。2017年,美的收购了全球领先的工业仿真软件厂商VC,并据此打造了国内第一款拥有自主产权的工业仿真软件MIoT.VC。

在美的精心打磨下,MIoT.VC已经可以支撑工厂过程仿真、设备制造商销售和营销演示、控制器验证(PLC)和实时连接、机器人和工作单元仿真、应用开发(离线编程OLP)以及数字孪生虚拟联动。

对于整个工业系统来说,应用工业仿真进行方案的验证对比,可及时发现问题,并虚拟验证优化后的方案,以减少实际生产的成本浪费,促使原材料库存减少、生产效率提升、故障响应时间缩短、故障率提升、物流效率提升、项目周期缩短、产品品质提升等多方面优化效果。

当涉及工厂和产线新建、改造时,首先要考虑如何设计最合理的产线布局,最大化利用空间、提高产能,避免产线实施落地后才暴露诸多设计问题,徒增资源和时间成本。传统的布局设计借助“2D图纸”和“现场搭纸箱”方式,不但效率低下方案还得不到充分验证。而通过仿真软件自带的参数化3D模型,布局方案设计和更改效率可得到极大提升,并通过不断优化迭代产线布局方案形成最优设计。

例如某电子工厂搬迁项目,采用MIoT.VC仿真软件进行3D工厂布局和整体规划,设备、人员、机器人布局1:1规划加验证,不断滚动进行仿真规划设计、评估验证、设计更改,并充分考虑产品换型、柔性制造,依托精益生产理论,论证完20多种方案后确定最优方案,使得项目周期缩短20%,厂房空间利用率提高18%,产能提高12%以上。

产线物流仿真作为工业仿真的传统优势应用模块,涉及工厂采购与生产计划、人员设备利用、库存、物料运送等方方面面。在引入物流仿真之前,产线物流方案缺乏系统有效的现状评估和优化手段,通过在仿真环境中对物流方案不断迭代优化,可以达到节省产线用地、消除物流断点、减少物流配送人员、提高设备利用率和降低库存等作用,最大化利用企业资源,提高生产效率、节约成本。

 在某工厂搬迁物流项目中,通过用MIoT.VC对园区大物流和车间布局物流进行全面分析,原灶具车间与烟机车间合并,添加底壳喷粉和内销标准阀自制线,并满足未来三年产能需求。通过上百次的物流仿真方案设计和验证,实现的项目收益包括:厂房及公摊面积节省47214平方、年节省租金636万元、能源耗费年节省50万、库存下降50%以上,并消除3个物流断点,配送距离缩短28%以上、减少物流配送人员5人、产能提升19%。

在产品市场推广中,运用仿真技术来模拟产品的生产过程,能够有效地介绍产品的制造优势,利于产品推广,同时还可以塑造高端品牌形象,有助于企业整体价值提升,并在“互联网+”时代,仿真的展示动画可以通过邮件或手机应用等方式发送给客户,拉近客户与企业的距离。

当然,MIoT.VC的应用场景远不止这些,其功能架构具有开放性,可以依靠自身需求,运用内部专业力量对其独有的应用场景和功能需求做定制化开发。随着工业数字化、智能化、工业互联网的急速推进,工业数据已经呈现指数式增长,工业仿真是一个非常好的切入点,其平台化的特性使得后期应用深化和拓展充满了无限可能更多信息尽在振工链

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