[智能制造]: 数字孪生仿真赋能生产- 产品设计阶段

国际系统工程学会(INCOSE)发布的系统工程2035愿景中, 谈到了未来10年影响系统工程的几大趋势，即可持续性，相互依存的世界，数字化转型，工业4.0/社会5.0，智能系统及复杂性增长。智能制造属于工业4.0这一块。在愿景中，也再次提出系统工程的未来主要是基于模型及仿真(图1)。这里的模型及仿真，个人觉得可以结合数字孪生的概念一起理解。

[图1]: Source: Systems Engineering Vision 2035 - INCOSE

所谓数字孪生的模型，可以理解为3D模型以及过程模型。与传统的3D模型区别在于，这些模型从设计阶段开始，就需要具备的一系列的特征，以便其相关的数据能在不同的软件及模型中得到协同。这些特性包括对产品，材料数据及操作行为，流程的定义与管理。本文提到设计阶段，是关于概念设计，产品设计及工艺设计等相关的统称。

以西门子的NX三维设计软件为例，它是一套CAD/CAM/CAE交互式系统。在设计阶段，它的产品与制造信息功能模块(PMI)，能根据标准在产品的3D模型基础上完成产品制造信息。 产品制造信息是指几何尺寸和公差、3D 注释、表面纹理规格、光洁度要求、工艺说明、材料规格、焊接符号等。它的一致性质量检查工具(Check-Mate), 则可以对数据的合规性和可制造性进行自动验证，比如验证模型中的数据是否符合行业要求(如ASME Y14.5, ISO 16792)等。

NX能为下游软件提供数据接口，以便重用数据。作为软件套件的Teamcenter, 则提供了协同其他软件与NX的数据交互。

NX支持对产品, 零件等的仿真， 它的仿真分析能力见下图(图2).

[图2] Source: NX CAE Advanced simulation solutions to drive smarter product decisions - Siemens

在设计阶段，也可以通过AI辅助设计，比如针对机械设计，电子电路设计等。

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