提到三維的虛擬仿真技術，人們可能會想到阿凡達等3D大片，其實在制造業(yè)，虛擬仿真技術已經(jīng)生根開花。尤其是對于未來的智能工廠而言，虛擬仿真技術將成為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程的利器。

提到三維的虛擬仿真技術，人們可能會想到阿凡達等3D大片，其實在制造業(yè)，虛擬仿真技術已經(jīng)生根開花。尤其是對于未來的智能工廠而言，虛擬仿真技術將成為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)流程的利器。未來企業(yè)通過構建三維數(shù)字化的工廠，能夠對公司的整體的設計、制造鏈條進行可視化、精細化管理，徹底打開制造過程管理的“黑箱”。

讓制造身臨其境

通過應用虛擬仿真技術，工程速度和可視化程度都能得到提升。

“隨著信息物理融合系統(tǒng)以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)字化工具嵌入到產(chǎn)品設計、研發(fā)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)實施以及服務的整個價值鏈，給制造業(yè)帶來了巨大的變化。未來的工廠將能夠把生產(chǎn)、供應鏈以及單個客戶的偏好實時地融合起來。”西門子大中華區(qū)首席執(zhí)行官、西門子（中國）有限公司總裁兼首席執(zhí)行官赫爾曼向人們表述了未來智能工廠的能力。

汽車行業(yè)一直站在制造業(yè)的高端，其工廠也越來越智能化。作為離散工業(yè)代表，汽車行業(yè)也在不斷應用著最先進的數(shù)字化技術。虛擬仿真技術在汽車行業(yè)應用得非常深入，尤其是在高度自動化的生產(chǎn)線領域。

在中國汽車市場，柯馬（上海）工程有限公司是一家主要的車身焊接、動力總成裝配和加工設備供應商，并于2011年開始制造機器人。在為汽車原始設備制造商制造生產(chǎn)線時，柯馬（上海）經(jīng)常被客戶要求進行生產(chǎn)線和作業(yè)單位模擬測試?？埋R（上海）機械工程師工藝工程經(jīng)理Riccardo Piegaia表示，通過使用虛擬仿真的軟件工具，能在短時間內模擬更多的生產(chǎn)場景，模式測試的主要目的是規(guī)劃和驗證該生產(chǎn)線。據(jù)了解，通過模式測試，可以預先對生產(chǎn)線進行有效改進和優(yōu)化，節(jié)省工程時間，從而有助于減少車間中的返工次數(shù)，避免浪費降低成本。

例如，模擬測試有時會顯示，由于需要使用某些特定的焊接工具，應更改某個零部件的設計。“我們模擬了所有的BiW（白車身）作業(yè)單元，從點焊開始，一直到螺柱焊、激光焊接等更加先進的技術。雖然激光焊接成本遠遠高于點焊，但在汽車制造完成后的車身可見區(qū)域，前者比后者更加美觀。通過使用軟件進行模擬測試，我們向一位客戶交付了一個車頂焊接工作站。”Riccardo Piegaia說。

記者了解到，通過應用虛擬仿真技術，工程速度和可視化程度都能得到提升。目前柯馬（上海）公司還能通過采用虛擬仿真技術進行3D機器人模擬測試，而且還實現(xiàn)了整個生產(chǎn)線的可視化，并培育了一個龐大的3D模擬團隊，包括幾十位模擬工程師。

 

讓流程了如指掌

流程工業(yè)企業(yè)更需要實現(xiàn)透明化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和設備利用率。

當今的工廠正面臨著來自生產(chǎn)操作方面越來越大的挑戰(zhàn)，工廠自身狀態(tài)和內外部環(huán)境的不斷變化，正嚴重威脅著生產(chǎn)操作的安全性和企業(yè)的盈利能力。一些不能控制的意外事故通常造成“開車”的延遲，產(chǎn)品的無謂浪費，嚴重的設備損壞，甚至造成災難性的后果。

對于流程工業(yè)（也稱過程工業(yè)）而言，由于生產(chǎn)規(guī)模大、投資額度高、生產(chǎn)制造具有連續(xù)性，工廠一旦“開車”即面臨非常高的生產(chǎn)安全風險，環(huán)境污染壓力越來越大等，因此，流程工業(yè)企業(yè)更需要實現(xiàn)透明化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率和設備利用率，降低碳排放。通過縮短停機時間和最大化設備利用率提高盈利能力。

“中國的過程工業(yè)面臨著縮短上市時間、促進數(shù)字化生產(chǎn)、實現(xiàn)透明化生產(chǎn)與改善自身效率等諸多領域的問題與壓力。”西門子（中國）有限公司執(zhí)行副總裁兼過程工業(yè)與驅動集團總經(jīng)理林斌認為，“生產(chǎn)工藝升級改造是問題的關鍵所在。我們面臨的主要挑戰(zhàn)就是如何提升生產(chǎn)力、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)靈活性。中國的生產(chǎn)企業(yè)正在尋求諸如數(shù)字化工廠和集成解決方案等此類方法與方案。相關市場的明確需求就是需要縮短產(chǎn)品上市周期和實現(xiàn)透明化生產(chǎn)。”

對于實現(xiàn)透明化生產(chǎn)，目前，借助于虛擬仿真技術，流程工業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以以三維方式呈現(xiàn)在電腦屏幕，便于工人培訓。一旦工人熟練掌握工藝流程對設備的誤操作率就會降低，進而提高了設備利用率和安全生產(chǎn)系數(shù)，這對流程工業(yè)而言是至關重要的。施耐德高級技術顧問徐曉燕告訴記者，在工廠正式“開車”前和“開車”后，企業(yè)員工通過計算機上的高保真模擬器，可以積累工藝經(jīng)驗和故障診斷經(jīng)驗，提高處理緊急狀況或異常工況的能力，進而提高工廠的安全性，延長工廠設備的實際投產(chǎn)時間。這種虛擬仿真技術能夠讓操作員身臨其境地在工廠里工作，隨著越來越多的操作員對工藝過程有著更加深入的了解，操作員的知識水平和技術水平也隨之提高，企業(yè)可以縮短“開車”、“停車”時間，甚至提早“開車”，并減少“開車”實際需要的時間。

當然，培訓僅僅是虛擬仿真技術應用效果的一部分，在實際生產(chǎn)運行和維護中同樣能產(chǎn)生效益。記者了解到，虛擬仿真技術可以讓高度復雜的過程工廠通過三維方式非常逼真地顯示出來的同時，工廠數(shù)據(jù)也可實時更新，這樣不僅可以有助于工程設計和監(jiān)控，還可以有助于運行。服務和維護工作也可以更高效地計劃、模擬和執(zhí)行。一些應用了虛擬仿真技術的工業(yè)軟件既可以用于對操作人員進行沉浸式培訓，又可以作為交付工具完成與第三方應用程序交換數(shù)據(jù)，還可以進行實時協(xié)作。其最大的優(yōu)勢在于能夠以較低的成本和人工費用，提供工廠文檔的實時更新，并保證生命周期各階段內的完全透明。

還有一些應用了虛擬仿真技術的工業(yè)軟件其實質是一個基于嚴格計算的全面而成熟的動態(tài)過程模擬系統(tǒng)，并運用了基于機理的技術和嚴格的熱力學數(shù)據(jù)，可提供準確而可靠的計算結果，可用于解決從工程研究到操作員培訓系統(tǒng)等工作中所遇到的最為棘手的動態(tài)模擬問題。用戶通過這些軟件可以進行工藝設計、安全分析、控制策略選擇、工廠控制系統(tǒng)校驗、操作員培訓、工廠改進等一系列工作。