从产品的制造阶段看数字孪生的重要性

plm服务 2021-03-23 冯军专栏 374 0

制造阶段又分为试制阶段和量产阶段。

而试制阶段则包含:

  • 工程验证测试阶段(EVT:Engineering Verification Test);

  • 设计验证测试阶段(DVT:Design Verification Test);

  • 生产/制程验证测试阶段(PVT:Production/Process Verification Test);


  • 量产阶段(MP:Mass Production)

    所以,这篇文章要讨论的范围如下图红色虚线所示:EVT、DVT、PVT、MP。

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    在《从产品的创造阶段看数字孪生的重要性》文章中已经说了,如果EVT、DVT、PVT都能在Cyper Space的Digital Twin中完成,那就是最棒的,效率可以提高成百倍提升。但是在实际研发过程中,EVT、DVT是有可能在Cyper Space的Digital Twin中完成的,而PVT则比较难,因为PVT还需要确定生产工艺、材料等,而一些复杂的生产工艺、材料生长、材料加工等必须要在Physical Space中去完成,在Cyper Space中是几乎没办法做的。


    中国制造业“大而不强、缺芯少魂”,也可以从上图中得到一些解释。


    “大”是指的中国制造业量产阶段(MP)厉害,因为原材料成本低、人力成本低(几乎是牺牲了一代进城、去沿海打工的农民工,多少年轻人的青春甚至生命留在了东莞、深圳等的电子厂)、对环境污染容忍度高、各种保税政策等等。

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    “强”则要看EVT、DVT、特别是PVT阶段。这三个阶段基本上还和ERP、SCM、OA、BI、MES、SCADA等软件没有什么关系。


    EVT、DVT需要依靠在Cyper Space的对Digital Twin的各种仿真、迭代,制造过程及生产线仿真、迭代,靠的是强大的工业的魂--工业软件(CAD、CAE、CAM、DFM、Plant Simulation等),可惜的是我们的工业软件一点都不强大,甚至就是把国外成熟的工业软件拿来用都用不好。我们几乎是没有“魂”的,呜呼哀哉!

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    PVT阶段,则是软硬结合,虚实结合,由虚向实,要求极高。PVT阶段是将Digital Twin实例化,制造出Physical Twin并验证需求和质量的关键阶段。PVT阶段,既需要强大的工业软件(工装夹具设计、工艺设计、工厂仿真等) ,也需要强大硬件设备(高精密机床、光刻机、多轴机床、大型铸造、3D打印等)、甚或是新材料(材料复合、晶体生长等)等互相配合。

    PVT阶段能力是判断制造业强不强的重要依据。


    MP阶段,则是继承PVT阶段成果,低成本、高速度、大批量实例化Digital Twin,并制造与这些实例化Digital Twin一一对应的Physica Twin。ERP、SCM、MES、SCADA等软件现在就派上用场了。MP阶段的能力是判断制造业大不大的重要依据。

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    而对于超级复杂产品,例如飞机来说,可能只有PVT阶段,永远没有MP阶段,因为每一架次飞机都可能是不一样的生产艺、不一样的零部件、不一样的工装夹具、不一样的装配方式等。


    对于超级复杂的工艺和精度要求,也有可能根据Digital Twin加工Physical Twin到一定成熟度(比如:打一个孔),再根据Physical Twin的表现(如膨胀、位移、工差等)情况回到Digital Twin中做仿真、分析、计算再决定下一个孔打在Physical Twin的哪个位置。就这样Digital Twin -> Physical Twin -> Digital Twin ->Physical Twin……曲线前进,直到得到我们想要的Physical Twin。



    什么叫数字孪生Digital Twin的实例化?我们不妨先看看什么叫实例化?根据百度百科:

    实例化是指在面向对象的编程中,把用类创建对象的过程称为实例化。是将一个抽象的概念类,具体到该类实物的过程。实例化过程中一般由类名 对象名 = new 类名(参数1,参数2...参数n)构成。


    根据以上,我们可以说:将数字孪生Digital Twin赋予其相关参数固定值,就是将该Digital Twin实例化。

    以Java代码为例:对象DigitalTwin有name,number,speed,material的属性,有一个起飞takeOff方法。

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    以下代码,实例化了DigitalTwin对象,并赋予其:

    name为“J20”;

    number为“2001”;

    material为“A型隐身材料”;

    speed为3000;


    并执行该digitalTwin的起飞takeOff命令;

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    这样,该DigitalTwin就实例化为具体的名字为J20,编号为2001,材料为A型隐身材料,速度为3000,能执行起飞命令的的Digital Twin,而在Physical Space也有唯一一架与其对应的名字为J20,编号为2001,材料为A型隐身材料,速度为3000,能执行起飞命令的的Physica Twin。



    一个国家的制造业强不强,要看其产品设计(Design)阶段、工程验证测试阶段(EVT)、设计验证测试阶段(DVT)、生产/制程验证测试阶段(PVT)的能力强不强,特别是PVT阶段的能力强不强,体现在软件上则是CAD、CAE、CAM、DFM、Plant Simulation等工业软件强不强,应用成熟不成熟,而所有这些都和Digital Twin的应用密切相关。


    一个国家的制造业大不大,要看其量产阶段(MP)生产能力大不大,体现在软件上则是ERP、SCM、MES等强不强,应用成熟不成熟。


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