【工业4.0案例分析之五三】西门子无2D图纸（3D模型）的开发与生产

直到不久前，生产信息仍然被转录到2D图纸上，针对用户的调整常常只通过图纸进行。这种调整与计算机中的3D模型并不连接，导致调整成本上升。

西门子改变了这种把信息转录到2D图纸的形式：所有与生产相关的信息都储存在3D模型中，这个模型在整个产品生命周期中起到主导作用。产品制造信息（PMI）会在西门子NX系统中生成，在Teamcenter中管理并通过开放JT格式发布。在生产过程中，这些信息对所有生产岗位开放，并会在触摸屏上显示。这些数据对应最新的产品类型并为相应的员工提供详细的工艺信息。冲孔和激光切割工艺能够基于西门子NX的3D模型并通过智能计算机辅助制造（CAM）模块直接制造出来。

借助仿真生产，所有流程都能随时访问最新的3D模型数据并自动对其进一步处理。NX提供的双向CAD/CAM程序可以自动完成冲压以及激光切割工艺，并把相关图像信号发送给开发者，让他们知道这一部件的生产结果是否像预期的一样。

无图纸生产最重要的好处在于交货时间短和产品性能质量高。通过连续使用3D模型数据，能够较早地被模拟和分析产品变化对生产的影响，从而降低缺陷费用。

就这样，西门子利用NX和Teamcenter促使系统研发部门和生产部门直接合作，从而提高了生产数据及时性和产品质量。

数据是未来工业的敏感原料

德国西门子PLM软件高级副总裁 Urban August先生的讲话

自2014年汉诺威工业博览会以来，在德国总理的大力支持下，工业4.0成为人们议论的焦点。西门子PLM软件将自身视作工业4.0进程的推动力，并且每天为客户优化产品研发和制造过程。客户日常面临的挑战是管理日益复杂的数据结构，和管理产品复杂的生命周期。因此，PLM软件的作用日益增加。

西门子PLM软件一方面通过不断的开发新方案组合，另一方面通过有针对性地收购和与新伙伴合作来面对这些挑战。例如，收购LMS公司增加了西门子在机电仿真系统领域的服务能力，并且把操作稳定性试验、音响效果试验和振动试验集成到产品生命周期管理环境中；收购TESIS PLMWare使西门子PLM软件成为集成方案主要的提供者。西门子还借助新一代ActiveWorkspace客户端开发一个灵活的用户界面，这个界面提供极复杂的数据关系，并做面向角色和背景的数据处理。

这些例子集中概括了西门子产品生命周期管理软件对未来战略的理解。背后的意义很简单：有了西门子PLM方案，客户会实现创新，也会继续扩大竞争优势。西门子这一战略发挥其应有的作用。在刚刚过去的财政年度，西门子获得高于平均水平的增长和高客户满意度。

西门子“产品制造信息”（PMI）解决方案

西门子的“产品制造信息”（PMI）解决方案使产品开发团队能够了解组件生产的需求，并将这些需求直接导入3D模型。通过这样，把相关信息传递到下游生产应用。在生产中，借助西门子PMI，可以在整个生命周期中实现信息的重复利用。另外，由于PMI方案依据3D生产的工业标准，产品开发团队现在可以把3D模型用作全面记录产品与制造信息的方法。

西门子无2D图纸的研发和制造

西门子中压系统提供中低电压开关柜、能源分配和供应方案，以及能源储存设备。西门子法兰克福工厂是一个气体绝缘中压开关柜（GIS）研发和生产能力中心。西门子气体绝缘中压开关柜公司副总裁Martin Betzmann回忆道：“图纸一旦制成，我们常常就失去了研发与制造之间的联系。”。

西门子中压系统迈出了具有前瞻性的一步，在这里开展了创新项目，该项目实施了无2D图纸制造，目标是协调CAD/CAM流程，使研发部门和生产部门能够直接合作，并且提高数据流动性和产品质量。无图纸制造项目最重要的作用是一个更短的全程运行时间及更优的性能和质量。此外，连续使用3D数据尽早地仿真和分析产品变化对制造的影响，可以降低误差成本。这个创新项目使纸质图纸在法兰克福工厂成为了过去。所有的流程不断获取当前的3D数据，并进一步自动加工处理这些数据（例如创建标准及公差表，进行组件原型检验）。

西门子无图纸制造项目负责人Rolf Weber说道： “借助PMI和3D JT浏览器，在无图纸制造中3D模型的使用带来巨大的优势，产品数据和相关文件始终是完整的、一致的，并且处于最新状态。对于我们来说，PLM流程所有层面上的质量提高，是向未来工业创新迈进的一大步。”

西门子法兰克福工厂在无图纸制造方面已走在国际前列。现在它又确定了下一个目标：除省略图纸以外，在制造中省去更多的纸质文件。

NX强大的设计功能

NX作为一款CAD软件，可实施一套完整设计解决方案，为需在协同环境下开发创新产品的工程师精简和加速产品研发过程。

产品设计
加快前沿3D产品设计软件的创新：日益增加的产品、开发过程和设计团队的复杂性促使企业探索新的工具和新方法，以求以较低成本生产更加创新和更高质量的产品。Siemens PLM Software旗下的NX 3D产品设计软件提供了动力、高效和延伸到产品开发各个阶段的设计过程之外的成本节约。

3D计算机辅助设计（CAD）建模：NX 机械设计软件提供全面的模型，使西门子客户能交互使用最有效的建模方法——从具体的实体建模和曲面建模到参数化建模和直接建模。

装配设计：NX提供了最强大的计算机辅助装配设计工具，不仅支持自顶而下和自底而上的设计技术，还为最复杂的装配程序提供先进的生产管理和导航。

钣金设计：运用熟悉术语和流程，并基于对材料性能和制造工艺的认知，NX可以帮助客户有效地创建钣金零件。NX钣金设计工具实现材料和弯型件信息的一体化，使模型既能描述成型零件，又能描述扁平毛坯原料。

模板导向设计：从产品模型入手，将帮助您缩短设计用时，规范产品设计流程，并最大限度地节省再利用的时间和成本。使用NX，客户可以从现有设计中创造新模板，同时，反过来也能再利用这些模板创造新的设计。

工业设计和原型制造

高性能计算机辅助工业设计软件的创新设计：所谓的新型产品设计指的是产品形式、匹配度和功能的精心组合，使产品用户在每次使用产品时都有良好体验。NX提供灵活、强大的计算机辅助工业设计和造型软件，同时，通过提供快速的概念设计和建模，加速产品工程。

自由形状建模：NX提供了对形状创建、操作和分析等流程有用的高级功能。这些具有缓解和适应变化能力的工具可以确保你快速创建最复杂的自由形状。

逆向工程：NX的逆向工程功能允许您在物理组件层面上对设计到制造过程的每个阶段使用输入端口，这意味着该方法不仅提供了准确的设计表现和物理遗留数据的快速比较，还连接了物理环境和数字环境。仅用传统计算机辅助设计系统所需时间的一小部分，几何模型可以快速创建。

机电设计

机电设计与进程的集成：对航天、汽车、电子、机械和医疗设备的制造商而言，机电产品中集成的机械、电子和电器元件是非常重要的。他们需要解决如何将其开发过程改造成并行设计和支持不同学科间协作的系统工程方法。电气、机械和控制系统设计解决方案间实时的信息共享对于按时并在预算之内生产新型和高质的产品是至关重要的。NX为电机设计的每个阶段提供了统一的解决方案。

电线和电缆布线设计：NX提供了一个完全集成的3D电气布线和线束设计应用程序，它允许您在复杂的装配中设计和固定电缆布线，并为自动化设计、修改和分析电子线束提供了智能特性和功能。

机电一体化设计

机电一体化概念设计解决方案加速机电一体化系统设计：通过帮助客户快速和高质地完成设计，西门子机电一体化概念设计解决方案变革了机械设计过程。机电一体化概念设计解决方案提供了端对端的解决方案，通过改革概念，促使多学科合作，减少投放市场的时间，和再利用现有知识。

工程学方法的集成系统：使用系统工程原则，西门子的客户可以跟踪其客户需求，直到完成设计。功能模型为电气和自动化学科提供了公用语言，使之并行工作，并帮助西门子客户快速设计，减少随后设计过程的集成问题。

基于物理的仿真能力：机电一体化概念设计解决方案的易于使用的建模和模拟允许西门子客户在开发周期的早期快速创建和验证不同的机电一体化设计概念。从功能模型出发，西门子客户可以快速创建基础几何组件，或在重用库添加组件。针对每一个组件，西门子客户都可以指定接头、运动、碰撞行为和其他运动和动态属性，并添加传感器和制动器。基于物理层面，交互式模拟可以验证适当的机器操作。早期的验证有助于您在最划算的时期发现和纠正错误。

NX的制造应用

用于制造工程的单一系统

NX在单个CAM系统里提供了一整套数控技术（NC）编程功能，以及完整的一套加工制造软件应用。这些程序有助于零件建模、工具设计和检验程序，这些都基于NX中已证明经得起时间考验的架构。NX方案使得通用3D模型从零件设计到生产都可以使用。先进的模型编辑、工具设计和夹具设计、零件和检验程序，这些都相关联起来，实现更便捷的改变。

数据和流程管理

工程师为NX应用提供了数据和流程管理。每一条信息都被精打细算地串联起来，形成一份加工制造计划。这将帮助西门子客户精简所需的数据库，再次使用行之有效的方法，管理工具并把工作软件包和车间直接联系起来。

一个可拓展的解决方案

在CAM应用中，NX可被拓展以建立一个完整的零件加工方案，其中包含了对车间系统与设备的连接。在全球制造业中，从小小的车间到一所大公司，NX被广泛地用于制造工程。

如今在私有云环境也可用NX

NX是西门子3D计算机辅助设计、制造及工程（CAD/CAM/CAE）集成软件方案。现在，NX可以用于成本较低的私有云环境中。西门子与英伟达紧密合作，通过虚拟桌面基础架构（VDI）和英伟达GRID的虚拟图形处理单元，在私有云实现NX应用。这项技术使得企业可以远程访问中央服务器和在一个虚拟桌面上安装软件。通过虚拟桌面基础架构认证，便可以在一个客户端上安装NX。这样可以降低信息技术支持的成本，同时提高NX客户在选择平台时的灵活性。通过把NX成功应用于一个私有云环境中，西门子和英伟达为他们的共同客户土耳其航空工业公司（TAI）提供了极大帮助。

“通过在我们的私有云中应用NX和英伟达图像环境，我们可以优化资源，并且避免为信息技术带来额外负担。”土耳其航空工业公司信息检索系统工程师Serdar Kaya说道，“大约400名使用NX工作的设计师及工程师已经转移至虚拟化桌面和应用上。因此，我们的工程师需要因项目而异的图像性能。这样的成本很高，难以管理，按照需要提供更多就业岗位和显卡。通过在私有云上安装NX，我们避免这种费用，简化管理，同时提高用户密度。”

西门子PLM软件高级副总裁Jim Rusk说道，“西门子很高兴能和英伟达合作。通过这样的合作，我们可以在利用NX的优点和新一代虚拟桌面基础架构应用能力上，为企业提供支援，如土耳其航空工业公司。”