西门子数字化工业软件日前以发布了一篇署名文章《数字化企业赋能未来产品设计与制造》，通过运用数字化技术打造一款电动汽车的案例介绍了数字化技术对制造业的改造。
以下为全文：
今天，制造业对于连接性、定制化和智能集成的需求日渐增加，不仅带来了更加复杂的产品设计与生产，同时也对企业的可持续性提出更加严苛的要求。
企业应如何克服这些挑战，为更加敏捷、智能和可持续的行业做好准备?答案就在于数字化转型。通过数字化转型，企业可以将现实世界和数字世界无缝结合，有效管理产品和生产的整个生命周期，在产品和生产开发、测试、维护和运营之间快速收集和交换数据和信息。
这种在整个组织中收集、理解和使用数据的能力定义了什么是数字化企业。数字化企业能够对市场需求做出快速反应，开发创新产品和解决方案，克服复杂性，并在此过程中变得更具可持续性。
数字化企业的实践：在数字孪生技术下诞生的全电动跑车
通过全电动跑车SimRod的案例，我们可以了解数字化企业如何利用尖端工程软件和自动化技术的能力，快速可靠地构建未来产品。
一辆现代电动汽车应该具备的能力是充一次电后及可行驶几百英里，同时要保持驾驶的乐趣。此外，其还需要节能，并以可持续的方式进行生产。
考虑到这些关键特点，我们就可以开始设计、测试和改进SimRod跑车。在传统的开发周期中，在生产出物理原型以执行测试之前，往往会经历漫长的设计过程，在物理原型进行过测试之后，还可能需要根据实际测试结果重新设计并优化周期。
而数字化企业可以通过车辆的数字孪生将真实世界和虚拟世界融合在一起，以更快的速度完成相同的任务，减少原型和测试期间使用的资源。随着设计人员持续完善产品的数字孪生，其他工程团队可以在多仿真环境中利用数字孪生来测试和改进车辆的各个方面，包括：机械系统、电子/电气系统、软件、底盘和处理系统、动力系统、自动驾驶功能等等。
▲西门子数字化工业软件
对于现代电动汽车来说，这不仅可以让设计和工程团队加速设计过程，还可以在数字领域内核实、验证和优化这些设计
通过数据融合真实世界和虚拟世界
为了最终验证和确认SimRod的功能、性能和驾驶特性，仍然需要进行一些真实世界的测试，而数字孪生依然在此过程中扮演着重要角色。首先，SimRod配备了数十个传感器，可用于在测试期间从每个车辆系统中收集数据，然后再将这些数据返回车辆的数字孪生，帮助工程师收集、理解和使用数据以进行持续优化。
配好传感器的SimRod跑车来到了比利时鲁汶郊外，选择了一条鹅卵石路进行测试。在驾驶过程中收集到的数据表明，将转向盘的动力传递给车辆前轮的转向节可以做得更轻，同时保持其结构刚度和强度。为了开发更轻的转向节，西门子的工程师对初始部件进行了扫描，并通过生成式设计对转向节的拓扑结构进行优化，最终使转向节的重量比初始部件减轻了30%，同时保持了强度。
优化完转向节设计之后，还要考虑生产方法和技术。由于其复杂的“有机” 几何形状，增材制造可用于创建优化的转向节。
▲西门子数字化工业软件
转向节的数字孪生可以直接加速打印流程。可以使用先进的材料仿真来验证组件的几何形状，并通过定义打印方向和支撑结构，以及切片、孵化和仿真来为打印过程做好准备。这些解决方案甚至可以对虚拟组件进行后期处理和检查，以验证组件的设计和制造过程。
完成后，CAD/CAM和CNC软件的零件制造技术就可以用来设计制造策略，并生成切割多余材料和准备装配零件的代码。制造规划环境还允许生产设计师检查整个设施的物料流，执行机器人操作器的离线编程，甚至设计和验证将由人类执行的流程，确保合适的人体工程学和安全性。
这些功能还可以帮助生产设施变得更加灵活和自动化，使它们能够快速响应变动的市场环境，并提升整个生产系统的可扩展性。考虑到生产速度，规划人员可以确定材料交付地点，审查交付路径和通道，并在工厂布局的背景下模拟自动引导车(AGVs)，以确保正确的功能。
▲西门子数字化工业软件
工程师甚至可以基于仿真虚拟调试自动化系统的控制逻辑，以此确保材料交付到需要的地方，并在需要的时候交付，防止生产延误
优化企业互联互通
SimRod提供了从设计到生产的横向例子，接下来，我们来看看在从顶层到车间的纵向优势。
通过产品和生产的数字孪生，现代数字化企业可以收集和整合整个产品和生产生命周期的数据。这将带来更高的透明度、更强的追踪能力，以及建立产品开发、生产和优化全过程闭环的能力。
最终，改进后的信息联通可以帮助捕捉和测量除了产品或生产数据外的其他数据，从而可以更全面地了解生产环境。能源消耗、排放、材料使用和原材料的消耗都可以被追踪，从而产生一个全面的有关设施可持续性表现的数据面板。一旦找出效率低下的流程，就可以对其进行改进，以降低生产系统对环境的影响。
