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云南西门子一级代理商
产品时间:2020-11-23
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制造业正在经历一场变革。标准化软件工具为众包生产时代的到来铺平了道路。快速成型制造使得以量产成本生产个性化部件和产品成为了可能。两相结合,勾勒出一幅产品开发、生产和销售的新图景。

50年后,产品将如何被设计和制造出来?是不是在“众包”环境中,由分散在世界各个角落的人们竞相制作出数字化设计方案?是不是在自动化地下工厂网络里,由采用特制混合粉末的机器以三维印刷技术生产出来?所生产的产品从个性化汽车部件,到轮机叶片,不一而足。尽管我们展望中的一些场面可能看起来匪夷所思,但这项技术的大多数环节目前正在开发或试验中,甚至已经投入使用。

软件正在彻底改变人们规划、模拟、测试和制造产品的方式。

从手工业、工业化、大规模生产到信息技术革命一路走来,制造业的演进步伐从未停止,如今更是迈向新的远景——德国政府和工业界称之为“Industry 4.0”。其关键是将软件、传感器和通信系统集成于所谓的物理网络系统。正是在这个虚拟世界与现实世界的交汇之处,人们越来越多地构思、优化、测试和设计产品。其较有力的证明便是美国航空航天局发射的“好奇号”火星探测车。包括着陆在内,“好奇号”的一切都是采用西门子的设计和模拟软件完成研制和试验的。

新的制造模式。从火星到地球,与“好奇号”一样超然尘世的是一家位于亚利桑那州凤凰城郊区的名为“Local Motors”的初创企业,采用同一款软件的简化版本设计出的超凡脱俗的汽车。在一个Local Motors称之为“共同创造”——亦称“众包”——的流程中,该软件允许爱好者发布部件设计,以便分散在世界各地的其他用户通过浏览器调看其三维图形,测量尺寸,发表评论。其结果是形成一种新的创新模式和方法,大大加快了将创意转化为工业产品的进度。

众包在加速创新、提高竞争力和控制成本方面的潜力如此之巨大,以至于美国国防部高级研究计划署(DARPA)正在研究该方式可否用于扭转军事系统费用的螺旋式上升趋势。位于加利福尼亚州伯克利的西门子高科技企业化中心(TTB)的创投技术部主任Lee Ng博士表示:“其思路是效仿半导体行业将芯片设计与计算机生产相分离的做法——通过高度抽象,将设计流程的各个要素标准化、自动化,以便各路高手尽展所长。”

为此,DARPA资助了一些现已在一个通过审查的设计社区得到共享的开放源码软件工具的开发。Ng博士补充道,“这些工具将实现大众化设计。它们允许多方参与设计过程,以满足产品要求。从根本上讲,它们使采用*的方式对苹果与橙子作比较成为了可能。随着这一点的实现,将形成一个至关重要的新概念:数字产品的数学认证。”她解释道,其想法是在现实世界里,产品必须能像在虚拟世界里规定的那样运行。

另一个有可能引发变革的趋势是快速成型制造业的演进——从印刷简单的塑料制品,发展到印刷高性能金属制品。譬如,三维激光印刷或立体光刻技术。其思路是,直接从数字模型生产出制成品,在这个过程中,自动化设备将特制的金属或陶瓷粉末逐层喷射到基底上,同时借助高功率激光器使材料熔化,从而制作出立体物品。Ng博士说:“通过将众包、数字产品认证和快速成型制造联系起来,企业可以将完整的数字模型传送至世界各地的计算机数控(CNC)机器,由此制定一个日程表,以确定哪些工厂有能力在什么时候生产哪个部件。”西门子高科技企业化中心正在许多研究者、初创企业和西门子各方的帮助下,在这一领域探索各种可能性。

几乎不会产生任何废料的快速成型制造技术,将开启一扇通往全新制造模式的大门。在这种制造模式下,人们可以在需要的时间和地点生产出需要的部件和产品,从而降低对批量生产、仓储和配送的需求,同时让生产更加贴近用户。这项技术的潜在经济影响如此之深刻,因此,2012年8月15日,白宫宣布成立国家快速成型制造创新研究院(NAMII),它是一个旨在增强美国制造业竞争力的国有组织和私营机构的联合体。

从模拟装配到生产机械和机器人的功能,每一步都在数字制造环境中测试。

通过一个在某些方面类似于快速成型制造的过程,西门子研究人员开发出能够识别出旧轮机叶片上的细微裂纹和小坑并确定其位置的软件。然后,将利用这些信息来引导机械手臂向受损区域喷射金属粉末,同时借助激光器令这些粉末熔化,从而使之牢牢地黏附到叶片上。这项技术业已在位于柏林的西门子轮机制造厂进行试验,设计用于轮机叶片的现场维修。与此同时,西门子正在研制一项被称为“冷喷涂”的金属连接技术。这项技术旨在以极高的速度将金属纳米颗粒喷射到受损区域上,从而实现虚拟焊接。这项技术旨在避免与热加工方法有关的变形风险。

诞生于计算机中的工厂。当然,西门子不仅从事产品的设计、制造和维修,而且还规划生产设施本身。为了加快这程,西门子中央研究院的研究人员已开发出IntuPlan(直观布局规划)技术,通过制作出生产链和物流链的实际比例实物模型,在现实世界与虚拟世界之间架起一座桥梁。不久前,一座位于德国克雷费尔德的西门子工厂便采用了这项技术来规划列车组件焊接车间的布局。迄今为止,全球范围内已有15座工厂借助IntuPlan技术完成了改造或全新设计。

当精心设计的工厂建成投入运行之后,自动化系统必须万无一失地运转,工作站和任务可以实现个性化设置,传感器网络和无线基础设施必须得到保护以防御攻击,检修人员必须能够尽快完成任务。然而,后者可能要求专门的导航辅助装置。

这正是位于新泽西州普林斯顿的西门子美国研究院现在正在开发的一项技术背后的理念。在这里,研究人员开发了一个以全球速度较快的数据链路为支撑的基于云计算的信息基础设施。配备了数据眼镜或平板电脑的检修人员(或机器人)可以看到叠加在真实环境之上的指示(增强现实),从而明白无误地指引检修人员(或机器人)到达目标位置。

到达目标位置之后,技术人员可以利用同一个数据基础设施来查看机器或组件内部的每个部件,调看其检修记录,并且,如有必要,实时与场外专家共享图片,以便获得专家的协助,或将其用于培训。

尽管我们只能设想制造业的长远发展趋势,然而,种种新技术让我们可以展望制造业激动人心的未来蓝图。

 

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