数字样机技术提升中国制造业核心竞争力

林霸赫 · 发表于 2012-9-11 15:00:01

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数字样机技术提升中国制造业核心竞争力

（ Digital Prototype ）

各位来宾，早上好。我是Autodesk公司制造业拓展经理吴菌。我今天主要要讲两个方面，数字化技术和企业竞争力。

什么是企业的竞争力呢？有人说是企业的品牌，不错，品牌是企业的产品质量和口碑完美的结合。有人说是价值，我们来看看这个登机桥的设备，大型的客机可能需要很长时间才能让所有的乘客登机完毕，但是一家很小的加拿大企业首创了两个登机门同时登机的设备，那么我们说什么才是企业真正的核心竞争力呢？在所有的品牌价值背后是什么？我们认为是源源不断的创新力。

当然，我们说创造一个品牌来之不易，创新同样来之不易，我们看到要制造这样的一台登机设备的话，你的产品跟以往的会有大不相同，要规避飞机的机翼和机舱，并且找到准确的接口。

我们再来看看数字样机的概念。早期的概念是指建立整个产品的全三维的数字化模型，实现对复杂产品整体的现实和装配过程的模拟。现在的概念是通过多种工具开发的数字化模型联合体，能从多种感觉以及功能、性能和行为上模拟真实产品。

那么没有数字样机的日子会怎样呢？大家请看一下这个短篇，各位有类似的经历吗？我有一位很好的同事，他在做火箭的研究工作时，有一次火箭没有夹紧掉下来了，结果导致满屋子的人都躲到了桌子底下。这些都是物理样机的例子，我们说数字样机并不是要消除实物样机，而是减少这些样机的数量和缩短发展的过程。数字样机并不是新的概念，十多年前就在用了，世界上顶级的飞机厂、车厂、船厂，都是世界一流的大型制造企业，他们可以投入数亿、甚至是数十亿的资金来做数字样机。我这里同样要展示一份报告，刚才西门子的莫先生也引用了这份报告，这是Autodesk与PTC，以及当年的UGS共同进行的调查。如果问谁才是真正的佼佼者这样的问题的话，不一定是大型的企业才是佼佼者，中小企业也可能是制造业的佼佼者，这些佼佼者有什么共性吗？我们发现优秀的企业都采用数字样机技术。使用数字样机平均可以使企业的产品上市周期提前58天，制造成本降低46%，这是全球优秀企业的统计数据。中国也存在很多优秀的制造业企业，这是e-works的调查数据，使用三维设计及数字样机的企业比一般的企业在研发成本、产品质量、设计周期、总体成本、设计变更上面更优秀。这里有一个例子，这个50人的企业可以做到4000万，这个企业的竞争企业都是比他大十倍数十倍的企业，他们的体会是如果客户在收到我们的报价单的同时能看到数字样机，一般不会在价格上特别计较。这个同样是1992年成立的小企业，做到了全世界散热器92%的市场，他能够根据客户的要求开发特定的产品，在大规模的个性化定制的市场下，他的产品比其他的竞争对手的响应时间要快30%，设计错误少了25%，生产和装配成本减少了20%，他的价格更低，散热效果比别人的要好，道理就在这里。

Autodesk的数字样机跟其他的数字样机有什么不同呢？我们的理念是从概念设计开始，到工程设计、仿真、制造和后期的一系列推广，为大家提供了一个集成的开发环境，能够从一开始到最终完整的进行数字样机的模拟，各个阶段的数字样机的模拟。今天Autodesk强调的是所谓的概念设计，在各个阶段和设计中的概念。刚才看到的登机桥，在概念设计的阶段，有一个几何阶段的模拟，滑过的轨迹和线路。详细的设计阶段的时候，每个工程师每天面对的大量的工作就是进行这种标准件的调用和详细的齿轮和链条的设计，这里我们可以看到，这些常用的工作是跟当前的设计集成在一起的，我们要做的是输入它的功率和所有要求的工作环境，而不是几何尺寸，同样这个设计进行到后期详细阶段的时候，可以用初期的模型延续到后面进行更详细的仿真，由于有了详细的数量可以算出详细的加速度等等，由物理参数和前期的设计参数，可以导出模型，进行仿真分析，计算机自动帮您生成的所有结果。

这是动画是一个装备拆卸的过程，我们是在一个很小的几十K的文件中做到的，可以脱离CAD的软件，可以到终端。我们说这个数字样机经历了几个发展的过程，用通俗的表述就是Autodesk做了两件事情，就是高端技术大众化和普及化。

这是一个世界上研发周期最短的概念车，灵感来自蜥蜴，整个的概念设计是借用了仿生学的理念，利用了很好的仿真技术，借用了Autodesk最新的软件，在短短的不到6个月的时间，把一个想法真正的转化为产品。

同样的各位在做设计的时候，要大量的面对了二维和三维的互相转换的过程，今天我们看到了一个集成的理念，因为不再认为二维或者三维是独立存在的，以往是做完设计之后从三维的模型转为二维的工程图纸，有详细的资料、标注和尺寸，你的任务是把三维做的模型，转成本地的图纸，再进行一个复杂的转换，这个转换会有无数的问题，在一个软件中的文字，可能到另外的软件中就变成了线。在Autodesk的最新软件里面可以直接的使用三维和参数化模型，来生成后面的详细的二维工程图，就是直接在Autodesk的环境下生成DWG，而不需要生成中间的转化，这二者之间是存在关联的，修改二维模型这个三维的模型会相关联，这是Autodesk在全球独家采用的技术。

有时候一个设计会有多个管线和电缆，这家深圳的企业可以直接在数字模型中进行排线，所有的工作步骤，在一个CAD软件环境下可以展现出来，渲染可以达到很多专业软件达到的效果，可以看到每一个工步里面所有零件的反光和材质。

再看这个例子，一个几千吨的钢架，要从陆地挪到驳船上，因为它的占地面积和重量，根本不可能进行预演，所以必须一次成功，中海油的工程师用了很简单的软件和硬件进行了模拟，以往是需要很多人很多时间来进行模拟，他们是利用软件在短短的几周之内完成了。

再看这个，这个是世界上最大的轧机系统，我们从这里可以看到里面有成千上万的管道，达涅利北京3名工程师经过短期的培训学习后，利用Inventor方便易用的管路设计专业模块，用了比以前一半的人力和一半的时间完成了这项设计任务。Autodesk提供了所有的技术，把很复杂的事情变得很简单、很容易。

数据管理可能在座的都非常关心，无序的数据怎样变成有序？我们看到部门、企业关心的内容是不一样的，很多的系统试图从企业研发一直管到供应链的整合，其实每人的要求是不一样的，所应用的工具也应该是不同的，我们为不同的人、不同的级别提供不同的系统工具。在新一代的系统中，Autodesk和Office能进行有效的集成，所有的界面非常的相似，设计起来非常的简单。三维的CAD都利用了浏览器的技术。新一代的数据管理系统中也会看到，跨部门和跨企业之间的联系会非常的简单。

我们知道正在设计中的图纸是不能用于生产的，我们有的企业做了大量的工作来防止工人把正在设计的图纸拿去生产，有效吗？有时候是确实有效的，但是如果采取我们的技术，设计工程中的图纸会有一个通栏的大红字，随着审核定版的结束之后，这个大红字才会消失，工人是不会把这个有着大红字的图纸拿去生产的。

下面是一段“俗”变成“眩”的Autodesk的广告。我们可以看到创新在这里面进行了完美的结合。谁能够实现？依靠Autodesk的技术。（短片）

我们讲到了孙悟空可以72变，我们说Autodesk的软件，可以把土的变成酷的，变则通，这就是数字样机。在真实的现实之前，可以把产品进行真实的仿真模拟，把复杂的变成简单的，数据管理我们面向的是未来的技术，我们在未来的十年里会花很多的时间向我们的客户学习，如何进行数据管理。

为什么Autodesk能够做到这一点，因为Autodesk是一个跨行业、低成本，采用渐变技术的公司。首先是产业横跨了众多的行业，也就是说今天你看到的所有的不是上帝创造出来的东西，可能都有Autodesk设计的影子，同时Autodesk的强大的品牌推广能力，可以让制造业的企业从根本上的没有核心技术和创新力的形象大大改变。

你想成为一流的制造企业吗？

其实非常的简单，请看下面的短片。Autodesk本身也是一家十分具有创新精神的公司，公司的员工是带着这种理念在创作。

谢谢各位。

我心飞翔2 · 发表于 2012-9-13 15:53:02

嗯！有些道理了！呵呵！

dusurong · 发表于 2012-9-13 19:35:16

{:soso_e120:}

huawei-hw · 发表于 2012-9-13 22:36:06

数字样机是挺好

机械龙911 · 发表于 2012-9-13 23:23:06

学习啦

猛龙C · 发表于 2012-9-13 23:48:23

多谢科普！
请问，Autodesk的3D和别的3D软件区别很大吗？还是都可以达到类似的效果？比如SolidWorks。

林霸赫 · 发表于 2012-9-14 16:54:24

本帖最后由林霸赫于 2012-9-15 10:32 编辑

与SolidWorks等相似，Autodesk靠autocad等系统，流行时间长（我刚工作时就用Autodesk的产品），名气大些，像windows一样,且比windows流行的时间还长很多年。{:soso_e100:}

林霸赫 · 发表于 2012-9-15 10:34:40

数字样机（ Digital Prototyping ）技术特点（转贴）

无论是狭义的还是广义的Digital Prototyping数字样机，都具有以下三个技术特点：

（1）真实性。数字样机的根本存在目的是为了取代或精简物理样机，所以数字样机必须在仿真的重要方面具有同物理样机相当或者一致的功能、性能或者内在特性，即能够在几何外观、物理特性以及行为特性上与物理样机保持一致。

（2）面向产品全生命周期。数字样机是对物理产品全方位的一种计算机仿真，而传统的工程仿真是对产品某个方面进行测试，以获得产品该方面的性能。数字样机是由分布的、不同工具开发的甚至是异构子模型的联合体，主要包括CAD模型、外观模型、功能和性能仿真模型、各种分析模型、使用维护模型以及环境模型。

（3）多学科交叉性。复杂产品设计通常设计机械、控制、电子、流体动力等多个不同领域。要想对这些产品进行能够完整而准确的仿真分析，必须将多个不同学科领域的子系统作为一个整体进行仿真分析，使得数字样机能够满足设计者进行功能验证与性能分析的要求。

林霸赫 · 发表于 2012-9-15 10:44:19

（转贴）数字样机概念

数字样机技术是以CAX/DFX技术为基础，以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，融合虚拟现实、仿真技术、三维计算机图形技术，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，使产品的设计者、制造者和使用者在产品的早期可以直观形象地对数字化的虚拟产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真和使用仿真，为产品的研发提供全新的数字化设计方法。

狭义的数字样机认识从计算就图形学角度出发，认为数字样机是利用虚拟现实技术对产品模型的设计、制造、装配、使用、维护与回收利用等各种属性进行分析与和设计，在虚拟环境中逼真的分析与显示产品的全部特征，以替代或精简物理样机。

广义的数字样机从制造的角度出发，认为数字样机是一种基于计算机的产品描述，从产品设计、制造、服务、维护直至产品回收整个过程中全部所需功能的实时计算机仿真，通过计算机技术对产品的各种属性进行设计、分析与仿真，以取代或精简物理样机。

林霸赫 · 发表于 2012-9-16 10:17:57

转贴：ADEPT Airmotive

ADEPT Airmotive是一家南非轻型飞机通用航空引擎制造商。

相关软件及解决方案 Autodesk® Inventor®

客户证言

我们可以使用数字化样机进行工程变更，清晰查看变更影响，确保变更的美观性，还可以开发加工设备。这是一个非常高效的流程。

——ADEPT总经理Richard Schulz

数字化样机对我们而言意义重大，因为这样我们可以在设计、优化、制造以及市场宣传等阶段都使用统一的数字模型。通过直观清晰地演示设计方案，让用户尽早作出决策。

——ADEPT总经理Richard Schulz

使用Inventor完成草图创建和三维模型几何图形设计后意味着我们获得了团队合作的结晶。进而我们在飞机上进行设计微调，执行冲突检测和最终的完善。这款软件非常高效，也很直观，是一款适用性很好的工具。

——ADEPT设计师Raymond Bakker

让我们飞得更高

ADEPT公司运用欧特克数字化样机解决方案开发极具市场竞争力的飞机引擎。

项目挑战

位于南非的ADEPT Air motive (ADEPT) 成立四年后就明确了自己的目标：开发通用航空引擎，获得绝对竞争力。

为了实现这一目标，ADEPT决定采用业内最先进的技术和流程。但是在南非，航空和工程业规模不大，能获得的补助也非常有限。因此，ADEPT的运营预算颇为紧张，他们必须最大程度控制成本。

通常而言，飞机制造公司规模庞大，因此不会轻易采用新技术。但ADEPT与众不同。ADEPT总经理Richard Schulz介绍说：“我们公司规模小，资源集中，员工充满工作激情。”虽然预算多年来并不宽裕，但公司却始终雄心勃勃。Schulz说：“虽然汽车引擎技术发展迅速，但飞机制造业四十年来一直发展缓慢。我们的目标就是跨越汽车引擎技术和通用飞机引擎技术之间的鸿沟，设计出军用项目以外的最先进的飞机引擎。”

ADEPT致力于研发在重量、能耗性能和设计上都拥有绝对竞争力的引擎，因此公司开发出了一款飞机制造业独一无二的引擎架构——120度V6架构。这一架构远远领先于行业的标准空气冷却卧式四缸或六缸引擎。但是这一方案也有一定的挑战。Schulz说：“我们不能购买普通的元件，这意味着我们必须自己设计每个元件，并依靠数字模型来验证设计决策、匹配性和功能。我们还需要设计自己的加工设备。” ADEPT液冷引擎

起初，ADEPT使用另一款CAD程序来开发数字模型和二维工程图。虽然成本不高，但该解决方案不能满足ADEPT的根本需求。ADEPT设计师Raymond Bakker解释说：“在设计已经进展很久后对模型深处进行修改涉及大量返工，这让我们非常苦恼，在模型中找到变更位置也非易事。这种低效的流程极大阻碍了我们的发展。”

欧特克解决方案

Autodesk数字化样机解决方案不仅帮助ADEPT扫除了整个产品开发流程中的障碍，还帮他们降低了成本。从概念设计到制造，ADEPT公司利用单一的数字模型快速进行创新设计，公司生产效率显著提升，并最大程度减少了代价昂贵的生产环节下游变更。

Schulz介绍说：“数字化样机对我们而言意义重大，因为这样我们可以在设计、优化、制造以及市场宣传等阶段都使用统一的数字模型。通过直观清晰地演示设计方案，让用户尽早做出决策。”

超前体验，恣意创想

尽管引擎设计非常复杂，但借助欧特克数字化样机解决方案的基础软件Autodesk Inventor的高效创新流程，ADEPT成功实现了自己的创意。Bakker介绍说：“使用Inventor完成草图创建和三维模型几何图形设计后意味着我们获得了团队合作的结晶。进而我们在飞机上进行设计微调，执行冲突检测和最终的完善。这款软件非常高效，也很直观，是一款适用性很好的工具。”

事实上，先前导致大量返工的设计修改现在易如反掌。Bakker说：“我们可以使用Inventor创建参数模型，这样我们就可以修改发动机包装的厚度，而不用重新创建所有组件的模型。这无疑为我们提供了巨大的优势。”

数字化样机解决方案也可以减少制造中的问题。ADEPT对自己使用Autodesk Inventor创建的数字模型非常自信，因此常常不创建物理样机。Bakker说“如果接下来的流程不需要物理样机，我们就可以使用数字化样机直接制造各种元件。如果元件是根据公差规格制造而成，并且经过了冲突检测，我们就可以确信这些元件一定与最终产品匹配。借助数字化样机，我们基本上消除了匹配不当的问题。”

无缝设计，协作创新

数字化样机帮助ADEPT实现了一个重要的目标：同步设计元件和加工设备。数字化样机帮助ADEPT消除了从概念设计到加工设备开发和制造的整个流程中的所有障碍，他们可以以更低的成本更快地完成创意十足的设计。Bakker解释说：“我们可以在设计元件前就将加工设备的设计考虑在内，无需在下游对元件进行大量的改动来确保其可加工性。而且，由于无需外包工具设计，我们的成本也显著降低。”

数字化样机还可以让公司的设计师和工程师在开发流程中尽早开始合作。因此，ADEPT的设计师不仅可以提前考虑加工因素，还可以在设计早期考虑各种工程要求和限制。Schulz说：“如果我们要设计一个具有某些特性的铁板，我们就必须遵循一定的物理规律。而且我们的设计要即美观又实用。“我们可以使用数字化样机进行工程变更，清晰查看变更影响，确保变更的美观性，还可以开发加工设备。这是一个非常高效的流程。”

项目成效

借助Autodesk Inventor和数字化样机，ADEPT正在实现开发真正的创新通用航空引擎的目标。公司制作的引擎样机比同类样机轻60千克，能够在几分钟内完成过去需要耗费数小时的工作，最大程度的减少了加工工程中的变更，以及减少投产前元件物理样机的数量。

Bakker介绍说：“轻量化的引擎是一个巨大的优势，尤其对于参加飞行特技或速度比赛的飞机而言。” 而之前需要数小时才能完成的流程，例如修改一个零件内部的几何图形，现在可以使用Inventor瞬间完成。在不到两年的时间里，一个由三人组成的核心团队设计出了一个可以投产的引擎，这是非常了不起的成就。Schulz表示：“我们对Inventor软件非常满意。”

ADEPT设计总监Geoff Cronje也表示：“Inventor真是太棒了！”“软件拥有一流的用户界面，可即购即用，非常方便。”

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