數字樣機技術提升中國制造業核心競爭力

林霸赫 · 發表于 2012-9-11 15:00:01

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數字樣機技術提升中國制造業核心競爭力

（ Digital Prototype ）

各位來賓，早上好。我是Autodesk公司制造業拓展經理吳菌。我今天主要要講兩個方面，數字化技術和企業競爭力。

什么是企業的競爭力呢？有人說是企業的品牌，不錯，品牌是企業的產品質量和口碑完美的結合。有人說是價值，我們來看看這個登機橋的設備，大型的客機可能需要很長時間才能讓所有的乘客登機完畢，但是一家很小的加拿大企業首創了兩個登機門同時登機的設備，那么我們說什么才是企業真正的核心競爭力呢？在所有的品牌價值背后是什么？我們認為是源源不斷的創新力。

當然，我們說創造一個品牌來之不易，創新同樣來之不易，我們看到要制造這樣的一臺登機設備的話，你的產品跟以往的會有大不相同，要規避飛機的機翼和機艙，并且找到準確的接口。

我們再來看看數字樣機的概念。早期的概念是指建立整個產品的全三維的數字化模型，實現對復雜產品整體的現實和裝配過程的模擬。現在的概念是通過多種工具開發的數字化模型聯合體，能從多種感覺以及功能、性能和行為上模擬真實產品。

那么沒有數字樣機的日子會怎樣呢？大家請看一下這個短篇，各位有類似的經歷嗎？我有一位很好的同事，他在做火箭的研究工作時，有一次火箭沒有夾緊掉下來了，結果導致滿屋子的人都躲到了桌子底下。這些都是物理樣機的例子，我們說數字樣機并不是要消除實物樣機，而是減少這些樣機的數量和縮短發展的過程。數字樣機并不是新的概念，十多年前就在用了，世界上頂級的飛機廠、車廠、船廠，都是世界一流的大型制造企業，他們可以投入數億、甚至是數十億的資金來做數字樣機。我這里同樣要展示一份報告，剛才西門子的莫先生也引用了這份報告，這是Autodesk與PTC，以及當年的UGS共同進行的調查。如果問誰才是真正的佼佼者這樣的問題的話，不一定是大型的企業才是佼佼者，中小企業也可能是制造業的佼佼者，這些佼佼者有什么共性嗎？我們發現優秀的企業都采用數字樣機技術。使用數字樣機平均可以使企業的產品上市周期提前58天，制造成本降低46%，這是全球優秀企業的統計數據。中國也存在很多優秀的制造業企業，這是e-works的調查數據，使用三維設計及數字樣機的企業比一般的企業在研發成本、產品質量、設計周期、總體成本、設計變更上面更優秀。這里有一個例子，這個50人的企業可以做到4000萬，這個企業的競爭企業都是比他大十倍數十倍的企業，他們的體會是如果客戶在收到我們的報價單的同時能看到數字樣機，一般不會在價格上特別計較。這個同樣是1992年成立的小企業，做到了全世界散熱器92%的市場，他能夠根據客戶的要求開發特定的產品，在大規模的個性化定制的市場下，他的產品比其他的競爭對手的響應時間要快30%，設計錯誤少了25%，生產和裝配成本減少了20%，他的價格更低，散熱效果比別人的要好，道理就在這里。

Autodesk的數字樣機跟其他的數字樣機有什么不同呢？我們的理念是從概念設計開始，到工程設計、仿真、制造和后期的一系列推廣，為大家提供了一個集成的開發環境，能夠從一開始到最終完整的進行數字樣機的模擬，各個階段的數字樣機的模擬。今天Autodesk強調的是所謂的概念設計，在各個階段和設計中的概念。剛才看到的登機橋，在概念設計的階段，有一個幾何階段的模擬，滑過的軌跡和線路。詳細的設計階段的時候，每個工程師每天面對的大量的工作就是進行這種標準件的調用和詳細的齒輪和鏈條的設計，這里我們可以看到，這些常用的工作是跟當前的設計集成在一起的，我們要做的是輸入它的功率和所有要求的工作環境，而不是幾何尺寸，同樣這個設計進行到后期詳細階段的時候，可以用初期的模型延續到后面進行更詳細的仿真，由于有了詳細的數量可以算出詳細的加速度等等，由物理參數和前期的設計參數，可以導出模型，進行仿真分析，計算機自動幫您生成的所有結果。

這是動畫是一個裝備拆卸的過程，我們是在一個很小的幾十K的文件中做到的，可以脫離CAD的軟件，可以到終端。我們說這個數字樣機經歷了幾個發展的過程，用通俗的表述就是Autodesk做了兩件事情，就是高端技術大眾化和普及化。

這是一個世界上研發周期最短的概念車，靈感來自蜥蜴，整個的概念設計是借用了仿生學的理念，利用了很好的仿真技術，借用了Autodesk最新的軟件，在短短的不到6個月的時間，把一個想法真正的轉化為產品。

同樣的各位在做設計的時候，要大量的面對了二維和三維的互相轉換的過程，今天我們看到了一個集成的理念，因為不再認為二維或者三維是獨立存在的，以往是做完設計之后從三維的模型轉為二維的工程圖紙，有詳細的資料、標注和尺寸，你的任務是把三維做的模型，轉成本地的圖紙，再進行一個復雜的轉換，這個轉換會有無數的問題，在一個軟件中的文字，可能到另外的軟件中就變成了線。在Autodesk的最新軟件里面可以直接的使用三維和參數化模型，來生成后面的詳細的二維工程圖，就是直接在Autodesk的環境下生成DWG，而不需要生成中間的轉化，這二者之間是存在關聯的，修改二維模型這個三維的模型會相關聯，這是Autodesk在全球獨家采用的技術。

有時候一個設計會有多個管線和電纜，這家深圳的企業可以直接在數字模型中進行排線，所有的工作步驟，在一個CAD軟件環境下可以展現出來，渲染可以達到很多專業軟件達到的效果，可以看到每一個工步里面所有零件的反光和材質。

再看這個例子，一個幾千噸的鋼架，要從陸地挪到駁船上，因為它的占地面積和重量，根本不可能進行預演，所以必須一次成功，中海油的工程師用了很簡單的軟件和硬件進行了模擬，以往是需要很多人很多時間來進行模擬，他們是利用軟件在短短的幾周之內完成了。

再看這個，這個是世界上最大的軋機系統，我們從這里可以看到里面有成千上萬的管道，達涅利北京3名工程師經過短期的培訓學習后，利用Inventor方便易用的管路設計專業模塊，用了比以前一半的人力和一半的時間完成了這項設計任務。Autodesk提供了所有的技術，把很復雜的事情變得很簡單、很容易。

數據管理可能在座的都非常關心，無序的數據怎樣變成有序？我們看到部門、企業關心的內容是不一樣的，很多的系統試圖從企業研發一直管到供應鏈的整合，其實每人的要求是不一樣的，所應用的工具也應該是不同的，我們為不同的人、不同的級別提供不同的系統工具。在新一代的系統中，Autodesk和Office能進行有效的集成，所有的界面非常的相似，設計起來非常的簡單。三維的CAD都利用了瀏覽器的技術。新一代的數據管理系統中也會看到，跨部門和跨企業之間的聯系會非常的簡單。

我們知道正在設計中的圖紙是不能用于生產的，我們有的企業做了大量的工作來防止工人把正在設計的圖紙拿去生產，有效嗎？有時候是確實有效的，但是如果采取我們的技術，設計工程中的圖紙會有一個通欄的大紅字，隨著審核定版的結束之后，這個大紅字才會消失，工人是不會把這個有著大紅字的圖紙拿去生產的。

下面是一段“俗”變成“?！钡腁utodesk的廣告。我們可以看到創新在這里面進行了完美的結合。誰能夠實現？依靠Autodesk的技術。（短片）

我們講到了孫悟空可以72變，我們說Autodesk的軟件，可以把土的變成酷的，變則通，這就是數字樣機。在真實的現實之前，可以把產品進行真實的仿真模擬，把復雜的變成簡單的，數據管理我們面向的是未來的技術，我們在未來的十年里會花很多的時間向我們的客戶學習，如何進行數據管理。

為什么Autodesk能夠做到這一點，因為Autodesk是一個跨行業、低成本，采用漸變技術的公司。首先是產業橫跨了眾多的行業，也就是說今天你看到的所有的不是上帝創造出來的東西，可能都有Autodesk設計的影子，同時Autodesk的強大的品牌推廣能力，可以讓制造業的企業從根本上的沒有核心技術和創新力的形象大大改變。

你想成為一流的制造企業嗎？

其實非常的簡單，請看下面的短片。Autodesk本身也是一家十分具有創新精神的公司，公司的員工是帶著這種理念在創作。

謝謝各位。

我心飛翔2 · 發表于 2012-9-13 15:53:02

嗯！有些道理了！呵呵！

dusurong · 發表于 2012-9-13 19:35:16

{:soso_e120:}

huawei-hw · 發表于 2012-9-13 22:36:06

數字樣機是挺好

機械龍911 · 發表于 2012-9-13 23:23:06

學習啦

猛龍C · 發表于 2012-9-13 23:48:23

多謝科普！
請問，Autodesk的3D和別的3D軟件區別很大嗎？還是都可以達到類似的效果？比如SolidWorks。

林霸赫 · 發表于 2012-9-14 16:54:24

本帖最后由林霸赫于 2012-9-15 10:32 編輯

與SolidWorks等相似，Autodesk靠autocad等系統，流行時間長（我剛工作時就用Autodesk的產品），名氣大些，像windows一樣,且比windows流行的時間還長很多年。{:soso_e100:}

林霸赫 · 發表于 2012-9-15 10:34:40

數字樣機（ Digital Prototyping ）技術特點（轉貼）

無論是狹義的還是廣義的Digital Prototyping數字樣機，都具有以下三個技術特點：

（1）真實性。數字樣機的根本存在目的是為了取代或精簡物理樣機，所以數字樣機必須在仿真的重要方面具有同物理樣機相當或者一致的功能、性能或者內在特性，即能夠在幾何外觀、物理特性以及行為特性上與物理樣機保持一致。

（2）面向產品全生命周期。數字樣機是對物理產品全方位的一種計算機仿真，而傳統的工程仿真是對產品某個方面進行測試，以獲得產品該方面的性能。數字樣機是由分布的、不同工具開發的甚至是異構子模型的聯合體，主要包括CAD模型、外觀模型、功能和性能仿真模型、各種分析模型、使用維護模型以及環境模型。

（3）多學科交叉性。復雜產品設計通常設計機械、控制、電子、流體動力等多個不同領域。要想對這些產品進行能夠完整而準確的仿真分析，必須將多個不同學科領域的子系統作為一個整體進行仿真分析，使得數字樣機能夠滿足設計者進行功能驗證與性能分析的要求。

林霸赫 · 發表于 2012-9-15 10:44:19

（轉貼）數字樣機概念

數字樣機技術是以CAX/DFX技術為基礎，以機械系統運動學、動力學和控制理論為核心，融合虛擬現實、仿真技術、三維計算機圖形技術，將分散的產品設計開發和分析過程集成在一起，使產品的設計者、制造者和使用者在產品的早期可以直觀形象地對數字化的虛擬產品原型進行設計優化、性能測試、制造仿真和使用仿真，為產品的研發提供全新的數字化設計方法。

狹義的數字樣機認識從計算就圖形學角度出發，認為數字樣機是利用虛擬現實技術對產品模型的設計、制造、裝配、使用、維護與回收利用等各種屬性進行分析與和設計，在虛擬環境中逼真的分析與顯示產品的全部特征，以替代或精簡物理樣機。

廣義的數字樣機從制造的角度出發，認為數字樣機是一種基于計算機的產品描述，從產品設計、制造、服務、維護直至產品回收整個過程中全部所需功能的實時計算機仿真，通過計算機技術對產品的各種屬性進行設計、分析與仿真，以取代或精簡物理樣機。

林霸赫 · 發表于 2012-9-16 10:17:57

轉貼：ADEPT Airmotive

ADEPT Airmotive是一家南非輕型飛機通用航空引擎制造商。

相關軟件及解決方案 Autodesk® Inventor®

客戶證言

我們可以使用數字化樣機進行工程變更，清晰查看變更影響，確保變更的美觀性，還可以開發加工設備。這是一個非常高效的流程。

——ADEPT總經理Richard Schulz

數字化樣機對我們而言意義重大，因為這樣我們可以在設計、優化、制造以及市場宣傳等階段都使用統一的數字模型。通過直觀清晰地演示設計方案，讓用戶盡早作出決策。

——ADEPT總經理Richard Schulz

使用Inventor完成草圖創建和三維模型幾何圖形設計后意味著我們獲得了團隊合作的結晶。進而我們在飛機上進行設計微調，執行沖突檢測和最終的完善。這款軟件非常高效，也很直觀，是一款適用性很好的工具。

——ADEPT設計師Raymond Bakker

讓我們飛得更高

ADEPT公司運用歐特克數字化樣機解決方案開發極具市場競爭力的飛機引擎。

項目挑戰

位于南非的ADEPT Air motive (ADEPT) 成立四年后就明確了自己的目標：開發通用航空引擎，獲得絕對競爭力。

為了實現這一目標，ADEPT決定采用業內最先進的技術和流程。但是在南非，航空和工程業規模不大，能獲得的補助也非常有限。因此，ADEPT的運營預算頗為緊張，他們必須最大程度控制成本。

通常而言，飛機制造公司規模龐大，因此不會輕易采用新技術。但ADEPT與眾不同。ADEPT總經理Richard Schulz介紹說：“我們公司規模小，資源集中，員工充滿工作激情?！彪m然預算多年來并不寬裕，但公司卻始終雄心勃勃。Schulz說：“雖然汽車引擎技術發展迅速，但飛機制造業四十年來一直發展緩慢。我們的目標就是跨越汽車引擎技術和通用飛機引擎技術之間的鴻溝，設計出軍用項目以外的最先進的飛機引擎?！?

ADEPT致力于研發在重量、能耗性能和設計上都擁有絕對競爭力的引擎，因此公司開發出了一款飛機制造業獨一無二的引擎架構——120度V6架構。這一架構遠遠領先于行業的標準空氣冷卻臥式四缸或六缸引擎。但是這一方案也有一定的挑戰。Schulz說：“我們不能購買普通的元件，這意味著我們必須自己設計每個元件，并依靠數字模型來驗證設計決策、匹配性和功能。我們還需要設計自己的加工設備?！?ADEPT液冷引擎

起初，ADEPT使用另一款CAD程序來開發數字模型和二維工程圖。雖然成本不高，但該解決方案不能滿足ADEPT的根本需求。ADEPT設計師Raymond Bakker解釋說：“在設計已經進展很久后對模型深處進行修改涉及大量返工，這讓我們非?？鄲溃谀Ｐ椭姓业阶兏恢靡卜且资隆＿@種低效的流程極大阻礙了我們的發展?！?font class="jammer">& M& w9 S: m" z+ Z* z3 x: {- ?# j

歐特克解決方案

Autodesk數字化樣機解決方案不僅幫助ADEPT掃除了整個產品開發流程中的障礙，還幫他們降低了成本。從概念設計到制造，ADEPT公司利用單一的數字模型快速進行創新設計，公司生產效率顯著提升，并最大程度減少了代價昂貴的生產環節下游變更。

Schulz介紹說：“數字化樣機對我們而言意義重大，因為這樣我們可以在設計、優化、制造以及市場宣傳等階段都使用統一的數字模型。通過直觀清晰地演示設計方案，讓用戶盡早做出決策?！?

超前體驗，恣意創想

盡管引擎設計非常復雜，但借助歐特克數字化樣機解決方案的基礎軟件Autodesk Inventor的高效創新流程，ADEPT成功實現了自己的創意。Bakker介紹說：“使用Inventor完成草圖創建和三維模型幾何圖形設計后意味著我們獲得了團隊合作的結晶。進而我們在飛機上進行設計微調，執行沖突檢測和最終的完善。這款軟件非常高效，也很直觀，是一款適用性很好的工具?！?

事實上，先前導致大量返工的設計修改現在易如反掌。Bakker說：“我們可以使用Inventor創建參數模型，這樣我們就可以修改發動機包裝的厚度，而不用重新創建所有組件的模型。這無疑為我們提供了巨大的優勢?！?

數字化樣機解決方案也可以減少制造中的問題。ADEPT對自己使用Autodesk Inventor創建的數字模型非常自信，因此常常不創建物理樣機。Bakker說“如果接下來的流程不需要物理樣機，我們就可以使用數字化樣機直接制造各種元件。如果元件是根據公差規格制造而成，并且經過了沖突檢測，我們就可以確信這些元件一定與最終產品匹配。借助數字化樣機，我們基本上消除了匹配不當的問題?！?br />

無縫設計，協作創新

數字化樣機幫助ADEPT實現了一個重要的目標：同步設計元件和加工設備。數字化樣機幫助ADEPT消除了從概念設計到加工設備開發和制造的整個流程中的所有障礙，他們可以以更低的成本更快地完成創意十足的設計。Bakker解釋說：“我們可以在設計元件前就將加工設備的設計考慮在內，無需在下游對元件進行大量的改動來確保其可加工性。而且，由于無需外包工具設計，我們的成本也顯著降低?！?br />

數字化樣機還可以讓公司的設計師和工程師在開發流程中盡早開始合作。因此，ADEPT的設計師不僅可以提前考慮加工因素，還可以在設計早期考慮各種工程要求和限制。Schulz說：“如果我們要設計一個具有某些特性的鐵板，我們就必須遵循一定的物理規律。而且我們的設計要即美觀又實用?！拔覀兛梢允褂脭底只瘶訖C進行工程變更，清晰查看變更影響，確保變更的美觀性，還可以開發加工設備。這是一個非常高效的流程?！?font class="jammer">. L* z2 l3 n. K5 g$ f5 l

項目成效

借助Autodesk Inventor和數字化樣機，ADEPT正在實現開發真正的創新通用航空引擎的目標。公司制作的引擎樣機比同類樣機輕60千克，能夠在幾分鐘內完成過去需要耗費數小時的工作，最大程度的減少了加工工程中的變更，以及減少投產前元件物理樣機的數量。

Bakker介紹說：“輕量化的引擎是一個巨大的優勢，尤其對于參加飛行特技或速度比賽的飛機而言?！?而之前需要數小時才能完成的流程，例如修改一個零件內部的幾何圖形，現在可以使用Inventor瞬間完成。在不到兩年的時間里，一個由三人組成的核心團隊設計出了一個可以投產的引擎，這是非常了不起的成就。Schulz表示：“我們對Inventor軟件非常滿意。”

ADEPT設計總監Geoff Cronje也表示：“Inventor真是太棒了！”“軟件擁有一流的用戶界面，可即購即用，非常方便?！?br />

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