Siemens PLM Software MCD：連接虛擬與現實的橋梁

楊啟森

機電一體化概念設計（MCD）是一種全新的解決方案。早在 2015年9月 1日，Siemens PLMSoftware為了提高硬件部署的速度與效率，推動機械制造企業的數字化進程，在上海成立了機電一體化概念設計實驗室。

2015中國國際工博會期間，西門子公司展示了其強大的“軟硬件”結合實力，西門子（中國）有限公司執行副總裁、數字化工廠集團總經理王海濱在媒體交流會上分享了西門子在數字制造領域中的先進理念、技術和成功案例。 Siemens PLMSoftware大中華區首席執行官兼董事總經理梁乃明和 Siemens PLMSoftware上海研發中心總監徐居仁分別介紹了機電一體化概念設計實驗室，并接受了記者的采訪。

在工博會現場，西門子公司以“邁向工業 4.0——引領數字化企業進程”為主題，展示了完整的解決方案和產品。簡單而言，西門子數字化解決方案包括相互支撐的四大支柱：數字化企業軟件套件、部署工業通訊網絡、全面的自動化安全和面向特定業務的工業服務。王海濱以智能手機為例，形象地描述了這四大支柱之間的關系：第一步需要買一個手機（相當于“數字化企業軟件套件”），根據個人喜好選擇操作系統；第二步選擇一個電信運營商，買張SIM卡讓手機連上通信網絡（比喻“工業通訊網絡”）；第三步是保障手機賬號的使用安全（自動化安全保障）；第四步是在手機上安裝各種各樣的 APP（各種工業服務）。這四大支柱構成了連接數字世界和現實世界的橋梁，貫穿從產品設計、生產計劃、生產工藝、制造執行直到生命周期管理和基于數據的服務，支撐起信息化和工業化深度融合的數字化通道。

設計和制造環節產生的大量數據只有通過兩化融合，將其轉化為信息才有價值。談到如何將兩化融合帶入制造業環境，梁乃明認為：“Siemens PLMSoftware套件可以通過 MES（制造企業生產過程執行管理系統）無縫連接產品的設計、研發、制造、仿真和全集成自動化產品組合。這樣就可以監控所有制造工藝環節的質量和問題，同時抓取與這些參數相關的元素來保證產品的生產質量?！?/p>

為推動兩化融合，Siemens PLMSoftware提出了 MCD解決方案，MCD作為 PLM的解決方案在設計階段發揮其支柱協同作用。MCD基于 Siemens PLMSoftware的 NX系列產品，主要用于模擬機器零件和組件的運動行為，這樣的自動化過程可以實現機構的虛擬模擬和評估。對于控制器而言，MCD中虛擬模型的運動行為和真實機器的行為是一樣的，能做到“所見即所得”。

梁乃明認為：“通過 MCD在設計初期盡早發現問題，提前進行模擬仿真，可以在虛擬環境中解決大多數問題?！?/p>

具體來講，MCD具有四方面的特點。

第一，集成式系統工程方法。MCD可為功能機械設計的全新方法提供支持。功能可分解作為機械、電氣以及軟件 /自動化學科之間的通用語言，可使其并行工作。此方法可確保從產品開發的最初階段就能獲得機電一體化產品的行為和邏輯特性需求，并獲得支持。

第二，基于物理場的交互式仿真。MCD提供易于使用的建模和仿真，可在開發周期的最初階段迅速創建并驗證備選概念。借助早期驗證可幫助檢測并糾正錯誤，此階段解決錯誤成本最低。

第三，智能對象。通過模塊化和重用，MCD可最大限度地幫助提高設計效率。借助該解決方案，可獲取智能對象中的機電一體化知識，并將這些知識存儲在庫中，供以后重用。

第四，面向其他工具和學科的開放式接口。MCD的輸出結果可以直接用于多個學科的具體設計工作：機械設計，由于 MCD基于 NX平臺，因此可以提供高級 CAD設計需要的所有機械設計功能；電氣設計借助 MCD，可以開發傳感器和驅動器列表，并以 HTML或 Excel電子表格格式輸出；自動化設計，MCD可通過提供凸輪和操作順序，支持更高效的軟件開發。

徐居仁表示： “MCD對于降低工程成本、減少實物樣機數量效果明顯，在虛擬環境中快速評估機械概念，增強了機械、電子和自動化設計師的協作，可以縮減高達 30%的開發時間?！?/p>

目前，Siemens PLMSoftware機電一體化概念設計實驗室已經可以提供完整的機電一體化解決方案，支持企業內部包括需求管理、概念設計、機械設計、電氣設計以及軟件 /自動化工程在內的不同工程部門協同工作，從而加快產品開發速度，降低成本，并提高生產力。

據梁乃明介紹，該實驗室是西門子推進“工業 4.0”進程的一個重要組成部分，通過采用先進的軟件解決方案推動硬件設計與仿真調試，實現用 3D數字化模型進行虛擬調試，該實驗室將顯著提高硬件部署的速度與效率，從根本上推動機械制造企業的數字化進程，進而推進中國制造業的轉型升級。

在該實驗室，工程師演示了 MCD的 3D數字化模型虛擬調試，這種控制行為如同添加到真實的機器上，與此同時，可以通過 CAD模型看到這臺機器，在開發過程中以很小的代價修改 CAD模型，避免返工的材料以及人工花費過大。而且 MCD支持功能設計方法，可集成需求管理、機械設計、電氣設計以及軟件及自動化工程等上下游工程領域，通過促進各工程部門的協作，讓整個團隊團結在一起。

對于未來，梁乃明表示：“人才培養是我們工作的重中之重，通過機電一體化概念設計實驗室與應用型大學、教育部的合作，提升專業型人才的技術水平，把西門子在工業界最新的技術帶到教育領域，把西門子的工程師培養機制、員工培訓體系、認證體系和勇擔責任、追求卓越、矢志創新的企業文化帶進校園。Siemens PLM Software將始終致力于為中國用戶提供領先的技術與服務，幫助中國企業加快創新產品設計，降低開發成本，提升其市場競爭實力，加速實現數字化制造?！?/p>

在筆者看來，當前工業環境下，數字化企業最大的挑戰莫過于縮短產品上市時間，增強生產靈活性，提升效率。MCD讓這一切變得更為可能。以往即使有了三維 CAD模型，企業和客戶探討新的設計方案時仍會存在理解上的差距，現在通過“所見即所得”的 MCD，企業能更完整、更真實地展示產品，不僅給客戶更好的印象，也有助于減小認知差異，MCD由此為中國制造企業實現數字化提供了重要的思路。 IM