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工业软体商深化平台服务 延伸智慧制造价值链
[作者 陳念舜]   2019年11月07日 星期四 浏览人次: [10025]

面临近年来国际经济景气瞬息万变,除了已有电脑辅助设计CAD/制造CAM软体商纷纷投入智慧制造,为使用者提供所需资讯外;随着Digital twins(数位双生)概念逐渐普及,也让过去具备产品生命周期管理能力者备受重视,更借此深化垂直平台服务,以延伸价值链。


尤其对于早期为欧美大型航太产业采行的PLM(Product Lifecycle Management,产品生命周期)的工业软体商而言,由于曾经历80~90年代CIM电脑整合制造(Computer-Integrated Manufacturing)潮流,可将工厂内部设计、生产CAD/CAM软体与业务部门各个独立的自动化系统加以整合,在2011年德国工业4.0概念问世之后更突显价值。


德国西门子公司(Siemens)继2007年宣布并购美国UG公司之后,并成立软体部门Siemens PLM Software,近年来更致力推广融合旗下软硬体产品与技术服务的MindSphere云端平台,以协助客户落实Digital twins应用,整合工具机制造厂(Maker)与加工使用者(User)的完整真实流程到数位世界模拟。实现从开发、生产到供应商的资料整合,协助全球制造业提升制程之弹性、效率,并减省产品上市时间与成本,以延伸智慧制造价值链。



图1 : 西门子工具机事业处协理谭世??表示,因应现今制造业正面临生产环境剧烈变动挑战,唯有不断彰显人类价值,成为引领产业变革的核心要素,才能不怕被数位化取代。(摄影/陈念舜)
图1 : 西门子工具机事业处协理谭世??表示,因应现今制造业正面临生产环境剧烈变动挑战,唯有不断彰显人类价值,成为引领产业变革的核心要素,才能不怕被数位化取代。(摄影/陈念舜)

西门子工具机事业处协理谭世斌表示:「因应现今制造业正面临生产环境剧烈变动挑战,为了不断追逐极致效率而引进数位化与智慧化趋势,已带来非常大的冲击,唯有不断彰显人类价值,成为引领产业变革的核心要素,才能不怕被数位化取代。」


所以,该公司分别从机器制造(Machine builder perspective)、加工厂商(Product manufacturer perspective)两端,依五大步骤来深化思考,前者包含:机器概念、工程、调试、操作及服务;后者则从产品设计、规划、生产工程,到真正执行制造与服务等,并将之串接起来形成价值链,在形成机器开发设计阶段便纳入制造业者关注的功能、技术,与终端使用者要求的工业互联网和边缘运算、云端服务等目标落差。


西门子打造数位双生平台 整合制造与使用者两端需求

举例来说,目前工具机制造厂在接获顾客订单后,必须先经过机电一体化概念设计(Mechatronic Concept Designer,MCD)为基础,将虚拟调试概念导入制程模拟机台生产最佳化,以大幅节省开发时间、成本及加速上市时间。再经过机构工程,针对机构运动合理性及自由度设变清楚定义,并利用软体模拟、计算马达扭力与加速度,且经测试通过后,以满足不同客户需求。


然而,往往到了下一步机台调适阶段,将顾客定义的所有自动化动作皆经过PLC编程等机电整合作业时,还须制造厂商到场与顾客的自动化系统开发工程师合力完成,考验彼此沟通能力与耗费的时间、成本。谭世斌指出:「若能沿用机械概念、机构工程阶段所累积的数位资讯,将可避免到了现场组装,才发现机台恐互相干涉、碰撞,还要浪费时间重新设变,再发包到上游物料、零组件供应商。」


如今透过软体、虚拟数位化环境完成将更有效率,让设备工程师只要到现场直接验证即可,不必耗时与自动化系统开发工程师调适又容易出错,至少节省约20%开发机器时间。进而在在机台操作阶段,可提供成熟的自动化解决方案和技术能力;并确保机器销售出口后,还能随时随地保持机器完全透明。



图2 : 西门子分别从机器制造、加工厂商两端,依五大步骤来深化思考,前者包含:机器概念、工程、调试、操作及服务;後者则从产品设计、规划、生产工程,到真正执行制造与服务等,并将之串接起来形成价值链。(source:Siemens)
图2 : 西门子分别从机器制造、加工厂商两端,依五大步骤来深化思考,前者包含:机器概念、工程、调试、操作及服务;後者则从产品设计、规划、生产工程,到真正执行制造与服务等,并将之串接起来形成价值链。(source:Siemens)

谭世斌坦言,目前透过机器搜集资料已不是问题,但选择合适的云端平台或使用方法则是很大的挑战,并避免使用者或机器制造者恐资安泄密疑虑。否则数位制造的重要关键,便是能串连所有生产环节资讯、共享使用服务,甚至反馈到产品设计更新换代;甚至可在机器出口后,比对出厂前设定参数、加工条件,若与现场环境有别,将会通知设备制造厂商提前关心或规划服务,以协助缩短热机时间或客制化开发流程。


且除了机器设备制造者之外,数位制造的好处还可针对终端加工的使用者需求,才能将整厂所有设备的稼动率、产能、加工性能、排程都在数位虚拟软体环境里一目了然。至于该如何开始并衡量数位化?谭世斌建议业者分为四大面向提高生产力:


1.加工准备和执行阶段


利用西门子提供的辅助工具和解决方案来减少浪费,包含切削条件和工法、夹治具、刀具等执行生产的流程,都能在同一平台解析,确保资讯毋须人工转换,就能相互流通。等到机器联网后执行所有排程计画,确保模拟工件外观与现场加工实体比对一致,就能直接在虚拟机台上确认、报价,省下过去往返设变的时间,甚至可预估生产、交期时间和使用资源,以提升生产力。


2.生产效率和弹性


让决策者利用透明化解决生产瓶颈,就不必花费高额成本扩充生产线,或添购设备来提升产能及生产效率,且符合现今少量多样或大批量客制化生产需求。


3.机台可用性


除了可在机台侧搜集即时回馈的资讯以外,还能进行边缘运算,分析接下来路径、曲线以降低运算负载,甚至于机台磨耗系数、动态响应资料等设定来协助判断。


4.加工程序改善


包含透过西门子开放CNC控制器的核心资料到软体平台,确保虚拟机器的加工动作皆源自实体运动控制;还能借分析使用者3D加工路径,并透过颜色区别加速度及工件表面品质,协助如航太业客户管理刀具程式;进而促使零组件/模具加工程式、控制器参数最佳化又省时,可直接透过CNC控制器操控机器人。


透过达梭3D体验平台 联手硬体厂商加值

另一家工业软体商达梭系统(Dassault Systems)也出身自欧洲航太工业,1981年创办人Charles Edelstenne便率领一小队工程师离开当时的达梭航太(Dassault Aviation),成立了达梭系统,并透过CATIA品牌销售软体进入汽车与航空产业。 2012年则为了满足不同产业链的市场趋势和客户需求推出3DEXPERIENCE业务与技术平台,支援客户为终端使用者提供出色的体验。


达梭系统DELMIA执行长Guillaume Vendroux表示,由于目前几乎所有制造业客户都希望能将供应链协作透过数位化流程可视化,并连结网路,使之能将即时取得的数据用于工程设计;再加入专业知识与技术,透过互动协作机制,将生产与业务流程最佳化,以快速回应市场需求。现今制造业必须开始执行数位化转型,才能逐步实现「可持续制造(Sustainable Manufacturing)」愿景,而所有行为的核心都系于Digital twins技术的协作能力。



图3 : 达梭系统与ABB的合作夥伴关系不仅专注於工厂内部硬体设备,还包含软体和最隹应用方式,为客户提供先进的端到端开放式数位解决方案。(摄影/陈念舜)
图3 : 达梭系统与ABB的合作夥伴关系不仅专注於工厂内部硬体设备,还包含软体和最隹应用方式,为客户提供先进的端到端开放式数位解决方案。(摄影/陈念舜)

该公司3DEXPERIENCE平台所执行的商业模式规划,其实已超越现有生产场所、工厂范围的使用场景与供应商,可用于所有价值链应用,包含工程设计、市场需求、搜集工厂数据,确保供应链可视化等。


让企业从整个生态系统获取洞察力和专业知识,将所有技术和功能整合到统一的3D数位创新环境中;并透过Digital twins技术建模和模拟,实现从产品概念设计、制造各阶段工序,直到递送使用、废弃回收等完整产品生命周期的数位连续性;从而测量、评估和预测工业资产健康管理的软体解决方案组合与最佳应用方式,并以智慧方式使其自身营运最佳化。


于日前在中国大陆上海举办的「体验时代的制造业(Manufacturing in the Age of Experience)」大会上,也展示若有汽车制造业者决定投入生产新车款时,即可透过该公司3DEXPERIENCE虚拟体验平台,从工厂规划、配置新产线,到企业营运、维护的完整情境。


包含经过PLC输入客户订单等资讯,并连接真实控制系统之后,将使得生产线上机器人能随着PC萤幕里的虚拟机器人同步动作,以避免互相碰撞;并对应组装工序中的紧固件焊接点,再利用2D直觉式人机介面观察多个预设焊点、技术及紧固件料位置,协助操控真实系统,模拟失效、碰撞情况,将机器人循环周期降至最低与最短路径,大幅减少停机时间。


进而将资讯反馈PLC形成闭回路,以实现可持续制造;同时达成多工站机器人最佳化配置,执行超过200项任务。现在使用者还能利用该平台分析、导入虚拟调适功能取代PLC,在开发初期透过离线编程有效模拟、远端操控机器运作,提高生产效率,即使非产业领域专家也能轻松上手。


**刊头图(source:www.plm.automation.siemens.com)


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