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军方助力MBE基于模型的企业 | 工业百条

2018-01-08 07:57 来源: 和讯名家
  【中文词条】基于模型的企业

  【英文词条】Model Based Enterprise

  众说纷纭看定义

  在美国数字化制造与设计创新研究院(DMDII)的项目募集中,MBE的概念被定义为一个集成和协同的环境,建立在企业内广泛共享的MBD基础上,使能快速的、无缝的、可接受的产品全生命周期过程。MBD是完全的三维数字化产品定义,在产品生命周期开端创建,在企业内部被广泛使用,能够削减费用、提升系统性能、促进使能系统的未来升级。

图1: 基于模型的企业-美国国防采办协会

  在美国下一代制造技术计划(NGMTI)中MBE定义是:基于模型的企业,是一个制造业实体,通过应用建模与仿真技术,对与设计、制造和服务相关的所有技术与业务流程实现迅速提升、无缝集成与全面管理。使用产品与过程模型定义、执行、控制和管理全部的企业流程,使用科学仿真与分析工具支持产品生命周期各环节的最佳决策,大幅削减产品创新、开发、制造与支持等各阶段的费用与时间成本。

  拥有60多年历史的美国国防科技工业计划ManTech计划中,MBE被描述为:在工程与设计、生产、测试及制造供应链之间提供协同设计环境。MBE的主线是促进面向各种先进流程要素的高度集成设计,包括对制造能力的实时掌握、高保真的费用建模、高度准确的生产前测试及确认、确保首件质量等。实施MBE的核心要素包括三维建模、制造流程仿真、运用高性能计算工具进行复杂系统制造性能优化、经过校核的组件、流程费用模型、端到端生产和试验流程的可视化等。MBE预期的目标,是通过多维度的设计、建模和虚拟测试,在系统投入试制之前就获得比较准确的性能预期。

  在ManTech计划的先进制造企业板块中,MBE的概念和“Model Based X”及“Digital Thread”同时出现。MBE被描述为“建造数字主线”,其挑战是通过先进的建模与仿真技术、设计优化工具、虚拟样机和数据标准化工作,驱动集成的设计、分析和制造信息流,使其形成贯穿产品全生命周期的数据畅流。

  在美国国家标准和技术研究院(NIST)举办的MBE峰会中,MBE的概念被描述为:全集成与协同的环境,建立在企业共享的详细三维产品定义的基础上,使能快速、无缝、费用可接受的产品全生命周期部署。在产品生命周期的所有环节重用三维CAD模型,模型以标注及其他组织信息的方式,包含了定义产品需要的全部信息,便于其他非CAD用户读取信息,或通过应用程序自动抽取信息,因此能够取代传统的绘图。

  在NIST 1753报告中,认为“基于模型的企业”和“基于模型的工程”是可互换的概念。“基于模型的工程”是指“实施于产品开发、制造和服务各环节的举措,使用数字化模型驱动所有的工程活动”,而“基于模型的企业”是指使用“基于模型的工程”的组织,这种组织中需要有“基于模型的环境”作为“基于模型的工程”的实施和运行环境。从这个观点出发,可以认为,有能力提供“基于模型的环境”,实施“基于模型的工程”,这样的企业就正在迈向“基于模型的企业”。

  在美国陆军实验室Paul Huang的认识里,创建于产品生命周期开端的“基于模型的定义”,在整个企业中被重用,就是在创建“基于模型的企业”。“基于模型的企业”持续关注CAD系统之间的互操作性、制造过程定义和以CAD模型表达的产品定义。

  在制造业信息系统高级专家Denise Duncan的文章中,MBE被认为是对“在产品生命周期一致性使用3D模型的各种手段的统称”。

  在NIST工程实验室制造系统集成事业部Frechtte的文章中,定义MBE是应用建模和仿真技术集成和管理其与生产和服务相关之技术和业务流程的组织,同时也指出MBE是一种能显著提高制造企业竞争力的“先进制造过程”。

  MBE:工业百条正解

  基于模型的企业,描述的是正在实行整体数字化战略转型的企业,采用基于模型的工程作为数字化转型抓手,持续建设数字化设计与制造基础设施作为必要的运行环境,应对日益增长的产品复杂度。

  同样以“基于模型”的定语冠名,但“基于模型的企业”与“基于模型的系统工程”却体现出鲜明的差异,大体上讲,以几何模型为分界点,“基于模型的系统工程”侧重于几何生成之前,“基于模型的企业”侧重几何生成之后。

  军方强力推动

  实施MBE的过程是对一系列数字化设计与制造产业共性技术的企业级推广应用,核心是以三维模型汇集产品信息。

  20世纪90年代以来,在并行工程、集成研发和其他新兴学科理念的引导下,将制造业价值链全面数字化渐成制造业企业的重要战略选项。基于模型的企业这一概念应运而生,其基本思想是通过导入集成研发方法、应用建模仿真技术、引入PDM/PLM等技术数据管理工具、建立共享的知识库和模型库等企业集成措施的综合运用,逐渐提升制造企业的成熟度,使其达到灵活、精益等高级状态。通过共享的模型库、工具链和业务流程,降低企业间集成的难度,提高整个供应链的效率。

  在2005年到2008年,是MBE技术愿景和概念的发展论证阶段,以美国下一代制造技术计划的MBE推动领域为主体,在MBE技术路线图中深入讨论了“基于模型的企业”各个方面的愿景,归纳了80个建设目标和300多条建设需求,规划出13项重点建设项目。

  从2008年开始,美国军方的科研机构、军工总包商、标准化和学术机构、CAD&PLM工具和解决方案供应商一起,在继承NGMTI的MBE愿景和知识资源的基础上,重新定义了MBE概念,确定以基于三维模型的产品定义为主模型为产品生命周期提供技术信息,共同推动在设计信息、制造信息、维护保养信息、操作信息、制造质量信息等各环节使能技术的发展。

  在深刻理解NGMTI规划的MBE愿景基础上,在CAD、CAE、CAM和数控机床等以3D模型为基础的技术装备和手段得到主要制造商广泛应用的背景下,怀着对增材制造技术前景的乐观判断,美国国防部选择了三维模型为产品生命周期所有工程活动的驱动。因此,在2008年之后,贯穿产品生命周期的对三维模型的使用,常被认为是实施MBE的重要举措。

  完全实施MBE意味着在概念设计阶段就创建产品的3D模型,在产品生命周期的其他阶段持续发展这个模型,在关键工程环节利用模型促进协同。3D模型为各种操作和维护作业提供了前后一致的产品技术信息描述。3D模型包含了定义产品需要的所有信息,允许自动抽取从虚拟样机到交互式电子手册等各种应用场景中需要的数据,在多主体间减少信息失真和信息不对称。

  一项由美国国防部后勤局资助在LMI实施关注于对3D技术数据包应用的研究表明,3D数据包更完整、更具有互操作性,能更好地支持系统生命周期的维护保障阶段。如果采用MBE,美国国防部后勤局在消耗性备件方面,每年大约可节省9.39亿美元。同时也发现,若没有搭配高品质的技术数据,相对于那些搭配了高品质技术数据的采购,备件成本会增加至2.1倍。

  DoD十分重视MBE举措的推广应用。拥有60多年历史的ManTech国防科技工业计划将“持续不断地推进基于模型的制造与计算机辅助设计在航空和航海结构领域的应用”作为ManTech当代七大成就之一。在2009年公布的ManTech战略发展计划中,将MBE列入四大推动领域之一的“高度互联和协同的防务制造企业”,并授予美国陆军实施的MBE项目“以模型为中心的设计”以“2009年度国防科技工业技术成就奖”。

  2010年,ManTech计划新设了先进制造企业(AME)专栏,将MBE纳入“制造企业建模和仿真”板块,与之并列的是“基于模型的工程/设计”、“国防部建模与仿真”、“生产力建模”等内容。

  从2009年到2015年,ManTech计划公开报道了5项MBE项目的成功案例,涉及到机枪备件采购、弹药销毁、地面战斗车辆、防爆防伏击车辆、三维模型创建、产品生命周期管理入门、交付物创建等方面。截至2015年最新的投资项目是改善技术数据的交换过程,关注在电子系统中使用3D技术数据、交付给政府的技术数据包校核与确认和MBE能力转化等。

  成熟度分级

  从2009年开始,美国国家标准技术研究院(NIST)和美国军方相关部门共同举办一年一度的MBE峰会,召集众多相关方共同探讨和交流MBE的相关技术进展和应用实践。NIST的制造伙伴扩展部门也从2009年开始对全美的制造业企业进行MBE相关培训和能力评定,重点面向中小企业推广MBE。在2017年的MBE峰会上,NIST第一次设置了“MBE101”板块,致力于为更多的制造业企业提供MBE的入门服务。在技术转化方面,MBE主要是通过美国军方的ManTech计划、尤其是2010年设置的“AME(先进制造企业)”子板块向军队和军工总包商实施技术转化,通过美国制造业创新网络中的DMDII数字化制造设计创新中心联络工业软件&PLM解决方案供应商及制造业中小企业。

  2014年成立的美国数字化制造与设计创新中心DMDII也接过了“先进制造企业”的旗帜,明确了MBD作为MBE的实施基础,将MBE和“数字主线”放在相同的能力目录下,通过“数字化制造公地”云平台实施产业转化。

  表1:MBE能力成熟度等级南山工业书院研究组整理

  NIST2009年的MBE成熟度评估结果显示,大部分的制造企业集中分布在MBE能力的1、2、3级,只有雷神等4家企业达到了4级标准。美国陆军在“网络中心化基于模型的企业”战略计划中,设置2020年为陆军后勤组织达到4级左右的时间节点。但是根据NASA和罗克韦尔等企业在公开场合的表达,似乎显示了他们在这个体系中会选择止步于4级左右的倾向。

  制造企业是务实的,需要始终以技术对企业制造过程和使能产品的实际改善为依据,只有通过切实的验证与评估,才能将其纳入战略转型之路。随着数字化制造和智能制造的推进,基于模型的企业,将成为一种极具挑战性的战略理念。

  注:本词条入选《智能制造术语解读》一书,由中国电子信息产业发展研究院编,即将由电子工业出版社出版,敬请关注。

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作者简介

赵翰林:北京索为系统技术股份有限公司市场部,南山工业书院研究组

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(责任编辑: 季丽亚)
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