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数字主线

发布时间:2021-11-02 阅读:

什么是数字主线

数字主线(Digital Thread):是指利用先进建模和仿真工具构建的,覆盖产品全寿命周期与全价值链,从基础材料、设计、工艺、制造以及使用维护全部环节,集成并驱动以统一的模型为核心的产品设计、制造和保障的数字化数据流。  

现代制造业命悬一线

数字主线Digital Thread是数字制造最令人着迷的词语之一。作为推动美国制造业创新发展的最大推手——美国国防部将数字主线作为数字制造最重要的基础技术。其实波音公司早已经在全力推进单一数据源产品前后交互的数字主线技术,可惜的是,这个技术目前国内探讨的太少。工业4.0过于耀眼的光芒,遮掩了中国数字制造很多需要做的基础工作。

美国国家制造科学中心NCMS(The National Center for Manufacturing Sciences) 已经确认数字制造作为“美国最大且最具有潜力的的竞争资产之一”,并且将其作为面向未来的一个关键战略。而数字主线,如其名字所昭示的,则当仁不让地成为数字制造的主旋律。

数字主线是OEMs(制造商)、供应商、运维服务商和终端用户之间的强有力的协作纽带。

而工业互联网联盟也毫不犹豫地将数字主线作为工业互联网联盟需要着重解决的关键性技术。可以毫不夸张地说,数字主线Digital Thread,是美国制造业再振兴的关键。

当前工业界的数据断层很多,从设计到制造、装配和检验过程中数字量的连续流动仍然存在许多的断点需要打通。虽然目前已有的新的标准规定的3D几何模型加强了产品制造信息,这些信息丰富、规范、语义化,并且可被机器稳定地读取。

然而,当前数字化研制各环节的流动仍然是单方向的,并且在各环节中存在大量的瓶颈,阻碍了企业级信息化的效果。

美国数字制造业通过数字主线等技术,研究和识别各环节的沟通需求和相关的信息内容,将这些需求描述格式化,支持这些信息交换和使用相关的标准和工具的开发。显然,这将为智能制造奠定坚实的技术基础,在降低成本的情况下提升产品的设计研发速度。

难点:并非信息化软件本身的问题,而是需要将企业的工业技术体系进行分解,解决各种设计、工艺、制造资源的数字化问题。核心是知识发现和知识转化等问题。 

数字主线与传统数字化制造的区别

传统的数字化制造数据是由产品模型向数字化生产线单向传递,而且不同环节之间尚未有效集成(产品设计与工艺之间、数字化测量检验与产品定义之间都缺乏有效的集成和反馈)。

而 Digital Thread它是统一了数据源,产品有关的数字化模型采用标准开放的描述,可以逐级向下传递而不失真,也可以回溯。

通过加大仿真系统对现实的模拟,减少物理样机生产和实验实践。

“数字主线”将集成并驱动现代化的产品设计、制造和保障流程,以缩短研发周期并实现研制一次成功,它也是处理当今产品复杂性唯一可能的方法。对中小企业而言,如果要在未来生态型市场中卡位并取得竞争优势,那么基于开放标准的双向数字主线是最重要的基础技术。

在整个生命周期内,各环节的模型都能够及时进行关键数据的双向同步和沟通。基于这些在整个生命周期内形成的状态统一、数据一致的模型,从而可以动态、实时评估系统的当前和未来的功能和性能。出乎很多人意外的是,数字主线的难点之一在于知识——尤其是隐性知识的转化。

如果不能很好地解决设计、工艺等知识传递,那么数字主线的建立和应用都非常困难。这其实又回到了工业化基础的问题。

在数字主线中,统一的全数字化模型贯穿始终。所有的环节都具备信息完整丰富、按照统一的开放标准、建立的规范和语义化的数字化模型,并且可被机器(或系统)稳定无歧义地读取。

在产品研制过程中,数字主线建立在基于产品通用数据库和物理模型的基础之上。

产品设计端借助于数字主线可以根据工厂的生产能力、设备的可用性、可维护性进行更好的优化,比如,设计阶段的公差可以适当放宽,以削减后期产品装配时需要借助于外部工装进行辅助定位的成本。

显然,数字主线是OEMs(制造商)、供应商、运维服务商和终端用户之间的强有力的协作纽带,提供制造业的敏捷性和自适应性的需求,能够加速新产品的开发和部署,同时也能够降低风险。  

数字主线与美国国防采办

在国防与航空制造业中,由于武器装备系统的复杂性与日俱增,数字主线承载了贯穿系统价值链的作用,将相关信息进行无缝集成的思想,跨越从最初的作战场景及作战能力规划、分析,到产品的设计、制造、测试,直至产品的运营维护、退役阶段。

根据美国空军SAF/AQR在2013年定义,数字主线是指对武器装备系统研制过程中,通过一种基于物理的技术描述,可以对武器装备系统当前和未来具备的能力进行动态的、实时的评估,辅助完成能力规划及分析、产品初步设计、详细设计、生产制造、运营维护过程中的诸多问题的决策。 

从美国国防部对于数字设计与制造,以及军方采办的流程来看,数字主线意义重大。对于一个型号研发的任务,来自于不同单位主体,包括设计、制造、成品配套以及外场试验等单位,以及不同专业的专家们,都需要在产品的全生命周期的不同阶段,围绕着数字主线同步地开展工作,做出决策。

Image:数字主线与美国国防采办过程.jpg

数字主线的应用

克希德·马丁公司早在F-35闪电II的设计制造过程中就在推广对数字主线技术的运用,数字主线的运用带来的重要改变是工程数据与制造数据的直接联接,极大地扩展了军机制造、装配过程中的自动化程度。数字主线意味着工程设计中的三维模型直接被制造端采用,进行加工模拟、NC编程、三维坐标仪的测量以及工装的设计,也直接用于后续培训及运维相关配套系统的开发。迄今为止,由于数字主线的运用带来不可想象的一次性工件吻合,模具的返修量大幅降低,更为重要的是极大地减少了由于供应商进行数据重新配置而导致的工程更改。

在洛克希德·马丁公司,数字主线的以权威数据源的形式存在于一个通用系统中,无缝地被全球的合作伙伴和供应商直接使用,极大地提高了产品设计、制造以及运维协同的效率和准确性。  

一颗主线从头串到尾

由于传统制造业内部供应链中功能系统的烟囱化布局,数据孤岛无处不在,跨越孤岛的数据均需要重新的转换和配置,使得数据的不一致成为研制过程中的最大风险。数字主线在此中正好扮演着一个明确的角色,把物理的、信息的、财务的要素组合在一起,并且将企业的供应链整合成为一个有机整体。显然,这已经超越了技术本身,而成为顶层框架的一种思维。数字主线成功地成为美国数字制造的主导性概念,这样一个基本事实让所有的制造业都需要深思一个问题:产品的设计和制造数据,如何被制造、交换和流转?这个问题将决定着制造业,能否在这个万物互联的时代取得成功。

而数字主线,应该成为制造业决策层的主导性思维。  

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