對制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型來說，很關(guān)鍵的一點是要通過虛擬化功能，創(chuàng)建仿真以及使用數(shù)字化模型，來將生產(chǎn)操作從工廠車間里模擬出來并形成制造優(yōu)勢。設(shè)計和組裝部分必須擴大其作用并生產(chǎn)出兩個產(chǎn)品，一個包括相關(guān)產(chǎn)品純信息的虛擬模型，另一個是其實際物理對應(yīng)物。數(shù)字化使我們能夠做到這一點。

數(shù)字化生產(chǎn)制造賦予了操作人員靈活調(diào)整產(chǎn)量，以及在整個流程中較早交付多個產(chǎn)品型號的能力，這些都是實現(xiàn)項目收入最大化并最終實現(xiàn)利潤最大化的關(guān)鍵因素。在初始階段，可以在原型中心里對生產(chǎn)制造流程進(jìn)行概念上的虛擬化，接下來在生產(chǎn)中心里轉(zhuǎn)化為量產(chǎn)，從而在全球市場上提升其業(yè)務(wù)靈活性以及成本控制。

不僅如此，數(shù)字化生產(chǎn)制造為操作人員提供了自由交流設(shè)計知識和技術(shù)經(jīng)驗的機會。反過來，數(shù)字化生產(chǎn)制造也實現(xiàn)了對生產(chǎn)瓶頸的有效識別，這樣工廠就可以通過對產(chǎn)出的優(yōu)化調(diào)整來滿足高峰時的需求。

在與一家領(lǐng)先的國際化軟件公司的協(xié)作中，一家法國瓷器制造商通過將整個設(shè)計和開發(fā)流程遷移到云端，對其整個生產(chǎn)制造理念進(jìn)行了變革。該平臺的目標(biāo)是不再進(jìn)行成本高昂的物理原型制作，讓制造商創(chuàng)建并驗證可以為開發(fā)模具提供參考點的虛擬模型。該公司也準(zhǔn)備對其現(xiàn)有的產(chǎn)品目錄進(jìn)行數(shù)字化，以保留其150年的設(shè)計貢獻(xiàn)。

虛擬產(chǎn)品原型技術(shù)以3D線框圖技術(shù)而著稱，該技術(shù)與喬治·盧卡斯在1977年的電影“星球大戰(zhàn)”中創(chuàng)造死星時所用的技術(shù)一樣。工程設(shè)計人員進(jìn)一步利用了該流程，使用掃描樣本來對虛擬模型進(jìn)行分層，以此識別出制造產(chǎn)品所需要的合適的材料。

隨著可持續(xù)性已經(jīng)變成了至關(guān)重要的性能指標(biāo)，測試及選擇材料的過程需要進(jìn)行簡化。因此，虛擬原型設(shè)計需要在節(jié)省寶貴的資源的同時改善可持續(xù)性。

以數(shù)據(jù)為驅(qū)動力的方式

在原型開發(fā)階段之后，生產(chǎn)制造商就要努力滿足在第一批產(chǎn)品中實現(xiàn)設(shè)計及功能性的重復(fù)性。目前，這需要對有爭議的精度問題進(jìn)行昂貴的實體質(zhì)量檢查。

從工程設(shè)計的角度來看，解決這些特定的挑戰(zhàn)需要一個以數(shù)據(jù)為驅(qū)動力的方式。生產(chǎn)制造流程需要在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的過程中對其進(jìn)行捕捉，同時制作出一個反映實體產(chǎn)品的鏡像虛擬模型。這為實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)范管理（PSM）系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

制造生態(tài)系統(tǒng)

這個想法是努力構(gòu)建一個制造生態(tài)系統(tǒng)，能夠在空間、陸地或海上按需創(chuàng)建組件和工具。目前，激光成型技術(shù)以及數(shù)字化設(shè)計數(shù)據(jù)正在用于將粉末材料合成為復(fù)雜的航空電子結(jié)構(gòu)件，如F/A-18E/F導(dǎo)管。在一種稱為選擇性激光燒結(jié)的工藝中，使用鈦金屬和其他材料打印出不同大小的部件。

虛擬化制造的應(yīng)用正在不斷深化。當(dāng)一家企業(yè)使用物理原型來進(jìn)行設(shè)計迭代的時候，某些材料類型（諸如金屬）不能以理想的成本來進(jìn)行數(shù)字化制造或機加工。如果最終產(chǎn)品的材料和原型的材料不同，即使公司采用了快速成型或3D打印技術(shù)，也無法準(zhǔn)確預(yù)測最終產(chǎn)品的材料屬性。

當(dāng)涉及到結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，無論是茶杯，還是飛機和汽車都需要面對同樣的挑戰(zhàn)。材料的選擇、耐用性以及設(shè)計的靈活性，都需要和產(chǎn)品在現(xiàn)實世界中與力、熱以及震動的相互作用保持一致。在這種情況下，虛擬化制造可以將有限元分析法（FEA）提升到另一個層次。例如，焊接模擬（涉及到熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力相關(guān)因素）會有助于優(yōu)化工具設(shè)計以及實際的焊接工藝。研發(fā)工作正在積極為自動化流程優(yōu)化的模擬和預(yù)測開發(fā)FEA軟件。一旦與控制系統(tǒng)整合起來，它將可以在工廠車間里對工具進(jìn)行再次校準(zhǔn)，在不需要人工干預(yù)的情況下完成對設(shè)計、工具、制作以及材料的變更。

雖然虛擬制造開始作為設(shè)計和測試工具的一種方式，但它已經(jīng)發(fā)展成為支持生產(chǎn)過程乃至產(chǎn)品開發(fā)的強大力量。通過數(shù)字模型可以捕獲產(chǎn)品信息，以便在工廠車間進(jìn)行快速原型設(shè)計并最終實現(xiàn)批量生產(chǎn)。圖片來源：L&T科技服務(wù)公司

數(shù)字化雙胞胎

生產(chǎn)制造業(yè)的未來要依賴于使用虛擬產(chǎn)品信息來提高產(chǎn)品質(zhì)量。在現(xiàn)實中，通過使用來自于整個生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)的合并數(shù)據(jù)，我們幾乎已經(jīng)將整個工廠車間都復(fù)制下來了，創(chuàng)造出了數(shù)字化雙胞胎。一些先進(jìn)的科技企業(yè)已經(jīng)開始探索此概念了，例如創(chuàng)建風(fēng)力發(fā)電場的工作模擬軟件來預(yù)測設(shè)備的故障并且提高日發(fā)電量多達(dá)20%。

虛擬調(diào)試可以讓操作員通過創(chuàng)建一個虛擬工廠，并將其與真實的控制器連接起來，以全面地驗證一套生產(chǎn)制造系統(tǒng)的可持續(xù)性。這需要完整描述工廠的仿真模型，詳細(xì)到傳感器和執(zhí)行機構(gòu)的層面。通過將模型與真實的控制器連在一起，工程師可以在實際的調(diào)試階段還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有開始之前就檢測到控制程序的潛在錯誤。

一個模擬的工廠車間可以監(jiān)控各項參數(shù)、暴露出生產(chǎn)的缺口、凸顯成本利用的低效、減少碳排放量。相同的概念和原理也可以應(yīng)用到產(chǎn)品上面，即使它還在畫圖板上也可以了解到未來在現(xiàn)實的世界中是如何工作的。