在數(shù)字孿生技術(shù)下誕生的全電動(dòng)跑車

?一輛現(xiàn)代電動(dòng)汽車應(yīng)該具備的能力是充一次電后及可行駛幾百英里，同時(shí)要保持駕駛的樂趣。此外，其還需要節(jié)能，并以可持續(xù)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。

?考慮到這些關(guān)鍵特點(diǎn)，我們就可以開始設(shè)計(jì)、測(cè)試和改進(jìn)SimRod跑車。在傳統(tǒng)的開發(fā)周期中，在生產(chǎn)出物理原型以執(zhí)行測(cè)試之前，往往會(huì)經(jīng)歷漫長(zhǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，在物理原型進(jìn)行過(guò)測(cè)試之后，還可能需要根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果重新設(shè)計(jì)并優(yōu)化周期。

?而數(shù)字化企業(yè)可以通過(guò)車輛的數(shù)字孿生將真實(shí)世界和虛擬世界融合在一起，以更快的速度完成相同的任務(wù)，減少原型和測(cè)試期間使用的資源。隨著設(shè)計(jì)人員持續(xù)完善產(chǎn)品的數(shù)字孿生，其他工程團(tuán)隊(duì)可以在多仿真環(huán)境中利用數(shù)字孿生來(lái)測(cè)試和改進(jìn)車輛的各個(gè)方面，包括：機(jī)械系統(tǒng)、電子/電氣系統(tǒng)、軟件、底盤和處理系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛功能等等。

對(duì)于現(xiàn)代電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，這不僅可以讓設(shè)計(jì)和工程團(tuán)隊(duì)加速設(shè)計(jì)過(guò)程，還可以在數(shù)字領(lǐng)域內(nèi)核實(shí)、驗(yàn)證和優(yōu)化這些設(shè)計(jì)。

通過(guò)數(shù)據(jù)融合真實(shí)世界和虛擬世界

為了最終驗(yàn)證和確認(rèn)SimRod的功能、性能和駕駛特性，仍然需要進(jìn)行一些真實(shí)世界的測(cè)試，而數(shù)字孿生依然在此過(guò)程中扮演著重要角色。首先，SimRod配備了數(shù)十個(gè)傳感器，可用于在測(cè)試期間從每個(gè)車輛系統(tǒng)中收集數(shù)據(jù)，然后再將這些數(shù)據(jù)返回車輛的數(shù)字孿生，幫助工程師收集、理解和使用數(shù)據(jù)以進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。

配好傳感器的SimRod跑車來(lái)到了比利時(shí)魯汶郊外，選擇了一條鵝卵石路進(jìn)行測(cè)試。在駕駛過(guò)程中收集到的數(shù)據(jù)表明，將轉(zhuǎn)向盤的動(dòng)力傳遞給車輛前輪的轉(zhuǎn)向節(jié)可以做得更輕，同時(shí)保持其結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度。為了開發(fā)更輕的轉(zhuǎn)向節(jié)，西門子的工程師對(duì)初始部件進(jìn)行了掃描，并通過(guò)生成式設(shè)計(jì)對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，最終使轉(zhuǎn)向節(jié)的重量比初始部件減輕了30%，同時(shí)保持了強(qiáng)度。

優(yōu)化完轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)之后，還要考慮生產(chǎn)方法和技術(shù)。由于其復(fù)雜的“有機(jī)” 幾何形狀，增材制造可用于創(chuàng)建優(yōu)化的轉(zhuǎn)向節(jié)。

轉(zhuǎn)向節(jié)的數(shù)字孿生可以直接加速打印流程?？梢允褂孟冗M(jìn)的材料仿真來(lái)驗(yàn)證組件的幾何形狀，并通過(guò)定義打印方向和支撐結(jié)構(gòu)，以及切片、孵化和仿真來(lái)為打印過(guò)程做好準(zhǔn)備。這些解決方案甚至可以對(duì)虛擬組件進(jìn)行后期處理和檢查，以驗(yàn)證組件的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程。

完成后，CAD/CAM和CNC軟件的零件制造技術(shù)就可以用來(lái)設(shè)計(jì)制造策略，并生成切割多余材料和準(zhǔn)備裝配零件的代碼。制造規(guī)劃環(huán)境還允許生產(chǎn)設(shè)計(jì)師檢查整個(gè)設(shè)施的物料流，執(zhí)行機(jī)器人操作器的離線編程，甚至設(shè)計(jì)和驗(yàn)證將由人類執(zhí)行的流程，確保合適的人體工程學(xué)和安全性。

這些功能還可以幫助生產(chǎn)設(shè)施變得更加靈活和自動(dòng)化，使它們能夠快速響應(yīng)變動(dòng)的市場(chǎng)環(huán)境，并提升整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性?？紤]到生產(chǎn)速度，規(guī)劃人員可以確定材料交付地點(diǎn)，審查交付路徑和通道，并在工廠布局的背景下模擬自動(dòng)引導(dǎo)車(AGVs)，以確保正確的功能。

工程師甚至可以基于仿真虛擬調(diào)試自動(dòng)化系統(tǒng)的控制邏輯，以此確保材料交付到需要的地方，并在需要的時(shí)候交付，防止生產(chǎn)延誤。

優(yōu)化企業(yè)互聯(lián)互通

SimRod提供了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的橫向例子，接下來(lái)，我們來(lái)看看在從頂層到車間的縱向優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)產(chǎn)品和生產(chǎn)的數(shù)字孿生，現(xiàn)代數(shù)字化企業(yè)可以收集和整合整個(gè)產(chǎn)品和生產(chǎn)生命周期的數(shù)據(jù)。這將帶來(lái)更高的透明度、更強(qiáng)的追蹤能力，以及建立產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和優(yōu)化全過(guò)程閉環(huán)的能力。

最終，改進(jìn)后的信息聯(lián)通可以幫助捕捉和測(cè)量除了產(chǎn)品或生產(chǎn)數(shù)據(jù)外的其他數(shù)據(jù)，從而可以更全面地了解生產(chǎn)環(huán)境。能源消耗、排放、材料使用和原材料的消耗都可以被追蹤，從而產(chǎn)生一個(gè)全面的有關(guān)設(shè)施可持續(xù)性表現(xiàn)的數(shù)據(jù)面板。一旦找出效率低下的流程，就可以對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以降低生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響。

【來(lái)源：西門子數(shù)字化工業(yè)軟件】

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