江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 在德國，工業(yè)4.0的概念基本上是人們熟知多年的、基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)和制造的延續(xù)，比如計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)。

不同的是，過去計(jì)算資源相當(dāng)有限，硬件也不夠穩(wěn)定，而今天，我們具備了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有利條件，因?yàn)閺?qiáng)大的計(jì)算能力和互聯(lián)網(wǎng)能夠把這些計(jì)算資源整合在一起。

為了加快進(jìn)展，數(shù)家德國協(xié)會包括德國工程協(xié)會(VDMA，ITI是其中的積極成員)成立了名為“工業(yè)4.0”的平臺，它的核心指的是向著智能工廠轉(zhuǎn)變，即產(chǎn)品和機(jī)械制造高度集成——可以稱之為第四次工業(yè)革命。

事實(shí)上，歐洲、亞洲、美洲等越來越多的制造商們都紛紛參與到產(chǎn)品集成式開發(fā)中。

相比傳統(tǒng)的工業(yè)價(jià)值鏈，虛擬樣機(jī)作為集成式價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，不再只用于產(chǎn)品研發(fā)，它所衍生的CAE數(shù)據(jù)還用于整個(gè)產(chǎn)品生命周期。

但是，這種數(shù)字化的未來，要求所有參與產(chǎn)品開發(fā)的合作伙伴，無論是OEM廠商或中小供應(yīng)商，都要使用相同的數(shù)據(jù)。

作為一家德國的工程軟件公司，我們當(dāng)然希望為這一趨勢做出積極貢獻(xiàn)并推動一些重要議題的進(jìn)展，諸如工具集成、FPGA(Field Programmable Gate Array現(xiàn)場可編程門陣列)的支持，F(xiàn)MI(功能樣機(jī)接口)和基于云技術(shù)的工程。

雖然大家都在熱議工業(yè)4.0，但它仍需要時(shí)間加以完善。

根據(jù)BITKOM(德國信息產(chǎn)業(yè)、電信和新媒體協(xié)會，工業(yè)4.0的發(fā)起者之一)的最近的一項(xiàng)研究顯示，德國機(jī)械制造、汽車、電子和化工領(lǐng)域44%的公司已經(jīng)在進(jìn)行某種形式的工業(yè)4.0應(yīng)用。但大多數(shù)強(qiáng)大的德國中小制造商還沒有意識到這種數(shù)字化手段的潛力，他們害怕嘗試并擔(dān)心其安全問題。

這可能是由于一方面德國國內(nèi)市場比較小，另一方面也缺乏實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的實(shí)用主義精神。較大的國家如美國和中國，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)往往能迅速積聚人氣，工業(yè)4.0先驅(qū)者們的步伐更快，由于沒有那么多既定標(biāo)準(zhǔn)，他們自己建立了事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。

為了迅速增加德國工業(yè)4.0工廠的數(shù)量，并在這些事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的定義中把握主動權(quán)，德國政府將承擔(dān)起監(jiān)督的角色，在內(nèi)容和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面重新加以規(guī)劃，在更加寬泛的政治和社會層面上推動工業(yè)4.0。

和其他許多德國企業(yè)家一樣，我認(rèn)為政治本身無法管理工業(yè)4.0的實(shí)施，但我樂觀地認(rèn)為，會有更多的德國中小企業(yè)家以良好的心態(tài)和過人的膽識在其特定領(lǐng)域推進(jìn)這一變革。

對于作為德國經(jīng)濟(jì)支柱的本土工業(yè)，尤其是中小型企業(yè)而言，這是保持其主導(dǎo)地位、維持其產(chǎn)品“德國制造”優(yōu)質(zhì)口碑的必由之路。

更高的生產(chǎn)率從哪里來?

研發(fā)部門，尤其是汽車研發(fā)部門，早已認(rèn)識到使用仿真工具對其日常工作的重要性。實(shí)施工業(yè)4.0后，可持續(xù)使用的數(shù)據(jù)將使德國汽車工業(yè)的生產(chǎn)效率得到極大改善。

考慮到來自不同工業(yè)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)的持續(xù)使用，新能源動力總成的研發(fā)效率甚至?xí)靡栽鰪?qiáng)。

未來的動力傳動系統(tǒng)長什么樣?功率密度、能源效率、靈活度、動態(tài)特性和駕駛舒適性的水平如何?不同的物理系統(tǒng)之間的交互將達(dá)到何種程度，并且如何使其復(fù)雜的技術(shù)聯(lián)系更為透明化?

為了回答諸如此類的問題，世界各地的研發(fā)工程師們都在對包括ITI在內(nèi)的專業(yè)工程服務(wù)和仿真工具充滿期待?，F(xiàn)在，我們的客戶包括諸如寶馬、戴姆勒以及大眾汽車等知名跨國汽車制造商，我們滿足來自他們對CAE數(shù)據(jù)的要求，這些數(shù)據(jù)一旦創(chuàng)建，將可用于整個(gè)產(chǎn)品生命周期。

那么，工程師能采用物理仿真和分析做什么呢?——我們都知道，新產(chǎn)品應(yīng)該更緊湊、更有效并更可靠，另一方面，產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)更靈活且周期更短，而虛擬仿真工具除了可以幫助實(shí)現(xiàn)以上目的，還能幫助在產(chǎn)品開發(fā)過程中節(jié)省時(shí)間和金錢。

這對于大多數(shù)行業(yè)都至關(guān)重要，對于汽車、能源或石油和天然氣行業(yè)、宇航和防務(wù)系統(tǒng)、醫(yī)療、采礦、造船等行業(yè)尤其如此。

ITI的SimulationX設(shè)計(jì)初衷就是為了實(shí)現(xiàn)這些功能。借助大量預(yù)先定義好的針對特定應(yīng)用開發(fā)的模型庫，如機(jī)械庫、氣動庫、熱力學(xué)庫、聲學(xué)庫或電子庫等，工程師能夠快速地創(chuàng)建復(fù)雜的系統(tǒng)模型。

而基于建模語言Modelica的模塊化底層結(jié)構(gòu)讓軟件變得功能強(qiáng)大。它支持面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)建模方法。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于模擬系統(tǒng)功能的同時(shí)能夠直達(dá)其物理本質(zhì)。除此之外，這一語言使用戶對已有模型進(jìn)行改變或擴(kuò)展，甚至從頭開始創(chuàng)建自己的模型變得更加容易。在工業(yè)4.0中，這對預(yù)算有限且只臨時(shí)要求高性能仿真計(jì)算的公司非常重要。

需要強(qiáng)調(diào)的是，持續(xù)可用、能夠適用于整個(gè)產(chǎn)品生命周期的數(shù)據(jù)是工業(yè)4.0的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)它，通用的功能樣機(jī)接口(FMI)非常重要，F(xiàn)MI旨在成為CAE數(shù)據(jù)交互的通用接口，適用于不同的開發(fā)環(huán)境或行業(yè)部門。這種適應(yīng)性最終將催生更高的生產(chǎn)率，因?yàn)镃AE數(shù)據(jù)一旦生成，就能夠在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中使用。

舉兩個(gè)我們曾做過的應(yīng)用案例。

第一個(gè)是我們幫助寶馬汽車優(yōu)化動力傳動系統(tǒng)和液控技術(shù)，其中一個(gè)應(yīng)用是鮑登拉線(Bowden Cable)的仿真。在項(xiàng)目早期概念設(shè)計(jì)階段，我們能夠基于模型進(jìn)行評估而無需進(jìn)行物理樣機(jī)測試，這意味著設(shè)計(jì)變更的周期更短，設(shè)計(jì)成本顯著降低。最終，BMW將該仿真解決方案應(yīng)用于研發(fā)流程中其他更多的領(lǐng)域。

第二個(gè)是幫助全球主要的汽車零部件供應(yīng)商之一采埃孚快速建立各種簡單和復(fù)雜的動力總成模型。通過CAE工具制定傳動部件的優(yōu)化目標(biāo)，采埃孚的工程師在概念設(shè)計(jì)階段就能實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)減振器優(yōu)化任務(wù)，從而在后續(xù)過程構(gòu)建樣機(jī)時(shí)節(jié)省了時(shí)間和費(fèi)用。

工業(yè)4.0集成了過去獨(dú)立運(yùn)行的各種系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)備，使得這些機(jī)械設(shè)備成為更為寬泛的流程(系統(tǒng))的一個(gè)有機(jī)組成部分(組件)，人們不僅需要考慮組件之間的相互作用，還要考慮部件自身的磨損。最終，由此帶來的高復(fù)雜度只能通過仿真手段來應(yīng)對。

而在工業(yè)4.0環(huán)境中運(yùn)行的仿真工具不僅需要符合一定的仿真數(shù)據(jù)管理和版本管理的要求，還要能集成到產(chǎn)品生命周期管理中。

現(xiàn)在，系統(tǒng)仿真市場的增長速度超過了其他CAE或CAD市場，充分反映了這一發(fā)展趨勢?，F(xiàn)有的企業(yè)內(nèi)部解決方案不斷被商業(yè)軟件工具替代，因?yàn)樗鼈冞\(yùn)行可靠，并可持續(xù)維護(hù)和升級。

仿真工具必須具備一定的靈活性，能快速適應(yīng)客戶需求：用戶不僅可以定制所需的工具模塊，還能夠靈活定制軟件許可證數(shù)量。這就是說，內(nèi)部部署的許可證模式(在本地機(jī)器上運(yùn)行正版軟件)這一傳統(tǒng)觀念越來越多伴隨著新的概念，比如在云端運(yùn)行。