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軍方助力MBE基於模型的企業 | 工業百條

2018-01-08 07:57:06 和訊名家 
  【中文詞條】基於模型的企業

  【英文詞條】Model Based Enterprise

  眾說紛紜看定義

  在美國數字化制造與設計創新研究院(DMDII)的項目募集中,MBE的概念被定義為一個集成和協同的環境,建立在企業內廣泛共享的MBD基礎上,使能快速的、無縫的、可接受的產品全生命周期過程。MBD是完全的三維數字化產品定義,在產品生命周期開端創建,在企業內部被廣泛使用,能夠削減費用、提升系統性能、促進使能系統的未來升級。

圖1: 基於模型的企業-美國國防采辦協會
圖1: 基於模型的企業-美國國防采辦協會

  在美國下一代制造技術計劃(NGMTI)中MBE定義是:基於模型的企業,是一個制造業實體,通過應用建模與仿真技術,對與設計、制造和服務相關的所有技術與業務流程實現迅速提升、無縫集成與全面管理。使用產品與過程模型定義、執行、控制和管理全部的企業流程,使用科學仿真與分析工具支持產品生命周期各環節的最佳決策,大幅削減產品創新、開發、制造與支持等各階段的費用與時間成本。

  擁有60多年歷史的美國國防科技工業計劃ManTech計劃中,MBE被描述為:在工程與設計、生產、測試及制造供應鏈之間提供協同設計環境。MBE的主線是促進面向各種先進流程要素的高度集成設計,包括對制造能力的實時掌握、高保真的費用建模、高度準確的生產前測試及確認、確保首件質量等。實施MBE的核心要素包括三維建模、制造流程仿真、運用高性能計算工具進行復雜系統制造性能優化、經過校核的組件、流程費用模型、端到端生產和試驗流程的可視化等。MBE預期的目標,是通過多維度的設計、建模和虛擬測試,在系統投入試制之前就獲得比較準確的性能預期。

在ManTech計劃的先進制造企業板塊中,MBE的概念和“Model Based X”及“Digital Thread”同時出現。MBE被描述為“建造數字主線”,其挑戰是通過先進的建模與仿真技術、設計優化工具、虛擬樣機和數據標準化工作,驅動集成的設計、分析和制造信息流,使其形成貫穿產品全生命周期的數據暢流。
  在ManTech計劃的先進制造企業板塊中,MBE的概念和“Model Based X”及“Digital Thread”同時出現。MBE被描述為“建造數字主線”,其挑戰是通過先進的建模與仿真技術、設計優化工具、虛擬樣機和數據標準化工作,驅動集成的設計、分析和制造信息流,使其形成貫穿產品全生命周期的數據暢流。

  在美國國家標準和技術研究院(NIST)舉辦的MBE峰會中,MBE的概念被描述為:全集成與協同的環境,建立在企業共享的詳細三維產品定義的基礎上,使能快速、無縫、費用可接受的產品全生命周期部署。在產品生命周期的所有環節重用三維CAD模型,模型以標註及其他組織信息的方式,包含了定義產品需要的全部信息,便於其他非CAD用戶讀取信息,或通過應用程序自動抽取信息,因此能夠取代傳統的繪圖。

軍方助力MBE基於模型的企業 | 工業百條
  在NIST 1753報告中,認為“基於模型的企業”和“基於模型的工程”是可互換的概念。“基於模型的工程”是指“實施於產品開發、制造和服務各環節的舉措,使用數字化模型驅動所有的工程活動”,而“基於模型的企業”是指使用“基於模型的工程”的組織,這種組織中需要有“基於模型的環境”作為“基於模型的工程”的實施和運行環境。從這個觀點出發,可以認為,有能力提供“基於模型的環境”,實施“基於模型的工程”,這樣的企業就正在邁向“基於模型的企業”。

  在美國陸軍實驗室Paul Huang的認識裏,創建於產品生命周期開端的“基於模型的定義”,在整個企業中被重用,就是在創建“基於模型的企業”。“基於模型的企業”持續關註CAD系統之間的互操作性、制造過程定義和以CAD模型表達的產品定義。

在制造業信息系統高級專家Denise Duncan的文章中,MBE被認為是對“在產品生命周期一致性使用3D模型的各種手段的統稱”。
  在制造業信息系統高級專家Denise Duncan的文章中,MBE被認為是對“在產品生命周期一致性使用3D模型的各種手段的統稱”。

  在NIST工程實驗室制造系統集成事業部Frechtte的文章中,定義MBE是應用建模和仿真技術集成和管理其與生產和服務相關之技術和業務流程的組織,同時也指出MBE是一種能顯著提高制造企業競爭力的“先進制造過程”。

軍方助力MBE基於模型的企業 | 工業百條
  MBE:工業百條正解

  基於模型的企業,描述的是正在實行整體數字化戰略轉型的企業,采用基於模型的工程作為數字化轉型抓手,持續建設數字化設計與制造基礎設施作為必要的運行環境,應對日益增長的產品復雜度。

  同樣以“基於模型”的定語冠名,但“基於模型的企業”與“基於模型的系統工程”卻體現出鮮明的差異,大體上講,以幾何模型為分界點,“基於模型的系統工程”側重於幾何生成之前,“基於模型的企業”側重幾何生成之後。

  軍方強力推動

  實施MBE的過程是對一系列數字化設計與制造產業共性技術的企業級推廣應用,核心是以三維模型匯集產品信息。

  20世紀90年代以來,在並行工程、集成研發和其他新興學科理念的引導下,將制造業價值鏈全面數字化漸成制造業企業的重要戰略選項。基於模型的企業這一概念應運而生,其基本思想是通過導入集成研發方法、應用建模仿真技術、引入PDM/PLM等技術數據管理工具、建立共享的知識庫和模型庫等企業集成措施的綜合運用,逐漸提升制造企業的成熟度,使其達到靈活、精益等高級狀態。通過共享的模型庫、工具鏈和業務流程,降低企業間集成的難度,提高整個供應鏈的效率。

在2005年到2008年,是MBE技術願景和概念的發展論證階段,以美國下一代制造技術計劃的MBE推動領域為主體,在MBE技術路線圖中深入討論了“基於模型的企業”各個方面的願景,歸納了80個建設目標和300多條建設需求,規劃出13項重點建設項目。
  在2005年到2008年,是MBE技術願景和概念的發展論證階段,以美國下一代制造技術計劃的MBE推動領域為主體,在MBE技術路線圖中深入討論了“基於模型的企業”各個方面的願景,歸納了80個建設目標和300多條建設需求,規劃出13項重點建設項目。

  從2008年開始,美國軍方的科研機構、軍工總包商、標準化和學術機構、CAD&PLM工具和解決方案供應商一起,在繼承NGMTI的MBE願景和知識資源的基礎上,重新定義了MBE概念,確定以基於三維模型的產品定義為主模型為產品生命周期提供技術信息,共同推動在設計信息、制造信息、維護保養信息、操作信息、制造質量信息等各環節使能技術的發展。

在深刻理解NGMTI規劃的MBE願景基礎上,在CAD、CAE、CAM和數控機床等以3D模型為基礎的技術裝備和手段得到主要制造商廣泛應用的背景下,懷著對增材制造技術前景的樂觀判斷,美國國防部選擇了三維模型為產品生命周期所有工程活動的驅動。因此,在2008年之後,貫穿產品生命周期的對三維模型的使用,常被認為是實施MBE的重要舉措。
  在深刻理解NGMTI規劃的MBE願景基礎上,在CAD、CAE、CAM和數控機床等以3D模型為基礎的技術裝備和手段得到主要制造商廣泛應用的背景下,懷著對增材制造技術前景的樂觀判斷,美國國防部選擇了三維模型為產品生命周期所有工程活動的驅動。因此,在2008年之後,貫穿產品生命周期的對三維模型的使用,常被認為是實施MBE的重要舉措。

  完全實施MBE意味著在概念設計階段就創建產品的3D模型,在產品生命周期的其他階段持續發展這個模型,在關鍵工程環節利用模型促進協同。3D模型為各種操作和維護作業提供了前後一致的產品技術信息描述。3D模型包含了定義產品需要的所有信息,允許自動抽取從虛擬樣機到交互式電子手冊等各種應用場景中需要的數據,在多主體間減少信息失真和信息不對稱。

一項由美國國防部後勤局資助在LMI實施關註於對3D技術數據包應用的研究表明,3D數據包更完整、更具有互操作性,能更好地支持系統生命周期的維護保障階段。如果采用MBE,美國國防部後勤局在消耗性備件方面,每年大約可節省9.39億美元。同時也發現,若沒有搭配高品質的技術數據,相對於那些搭配了高品質技術數據的采購,備件成本會增加至2.1倍。
  一項由美國國防部後勤局資助在LMI實施關註於對3D技術數據包應用的研究表明,3D數據包更完整、更具有互操作性,能更好地支持系統生命周期的維護保障階段。如果采用MBE,美國國防部後勤局在消耗性備件方面,每年大約可節省9.39億美元。同時也發現,若沒有搭配高品質的技術數據,相對於那些搭配了高品質技術數據的采購,備件成本會增加至2.1倍。

  DoD十分重視MBE舉措的推廣應用。擁有60多年歷史的ManTech國防科技工業計劃將“持續不斷地推進基於模型的制造與計算機輔助設計在航空和航海結構領域的應用”作為ManTech當代七大成就之一。在2009年公布的ManTech戰略發展計劃中,將MBE列入四大推動領域之一的“高度互聯和協同的防務制造企業”,並授予美國陸軍實施的MBE項目“以模型為中心的設計”以“2009年度國防科技工業技術成就獎”。

2010年,ManTech計劃新設了先進制造企業(AME)專欄,將MBE納入“制造企業建模和仿真”板塊,與之並列的是“基於模型的工程/設計”、“國防部建模與仿真”、“生產力建模”等內容。
  2010年,ManTech計劃新設了先進制造企業(AME)專欄,將MBE納入“制造企業建模和仿真”板塊,與之並列的是“基於模型的工程/設計”、“國防部建模與仿真”、“生產力建模”等內容。

  從2009年到2015年,ManTech計劃公開報道了5項MBE項目的成功案例,涉及到機槍備件采購、彈藥銷毀、地面戰鬥車輛、防爆防伏擊車輛、三維模型創建、產品生命周期管理入門、交付物創建等方面。截至2015年最新的投資項目是改善技術數據的交換過程,關註在電子系統中使用3D技術數據、交付給政府的技術數據包校核與確認和MBE能力轉化等。

  成熟度分級

  從2009年開始,美國國家標準技術研究院(NIST)和美國軍方相關部門共同舉辦一年一度的MBE峰會,召集眾多相關方共同探討和交流MBE的相關技術進展和應用實踐。NIST的制造夥伴擴展部門也從2009年開始對全美的制造業企業進行MBE相關培訓和能力評定,重點面向中小企業推廣MBE。在2017年的MBE峰會上,NIST第一次設置了“MBE101”板塊,致力於為更多的制造業企業提供MBE的入門服務。在技術轉化方面,MBE主要是通過美國軍方的ManTech計劃、尤其是2010年設置的“AME(先進制造企業)”子板塊向軍隊和軍工總包商實施技術轉化,通過美國制造業創新網絡中的DMDII數字化制造設計創新中心聯絡工業軟件&PLM解決方案供應商及制造業中小企業。

  2014年成立的美國數字化制造與設計創新中心DMDII也接過了“先進制造企業”的旗幟,明確了MBD作為MBE的實施基礎,將MBE和“數字主線”放在相同的能力目錄下,通過“數字化制造公地”雲平臺實施產業轉化。

  表1:MBE能力成熟度等級南山工業書院研究組整理

NIST2009年的MBE成熟度評估結果顯示,大部分的制造企業集中分布在MBE能力的1、2、3級,只有雷神等4家企業達到了4級標準。美國陸軍在“網絡中心化基於模型的企業”戰略計劃中,設置2020年為陸軍後勤組織達到4級左右的時間節點。但是根據NASA和羅克韋爾等企業在公開場合的表達,似乎顯示了他們在這個體系中會選擇止步於4級左右的傾向。
  NIST2009年的MBE成熟度評估結果顯示,大部分的制造企業集中分布在MBE能力的1、2、3級,只有雷神等4家企業達到了4級標準。美國陸軍在“網絡中心化基於模型的企業”戰略計劃中,設置2020年為陸軍後勤組織達到4級左右的時間節點。但是根據NASA和羅克韋爾等企業在公開場合的表達,似乎顯示了他們在這個體系中會選擇止步於4級左右的傾向。

  制造企業是務實的,需要始終以技術對企業制造過程和使能產品的實際改善為依據,只有通過切實的驗證與評估,才能將其納入戰略轉型之路。隨著數字化制造和智能制造的推進,基於模型的企業,將成為一種極具挑戰性的戰略理念。

註:本詞條入選《智能制造術語解讀》一書,由中國電子信息產業發展研究院編,即將由電子工業出版社出版,敬請關註。
  註:本詞條入選《智能制造術語解讀》一書,由中國電子信息產業發展研究院編,即將由電子工業出版社出版,敬請關註。

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作者簡介
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趙翰林:北京索為系統技術股份有限公司市場部,南山工業書院研究組
趙翰林:北京索為系統技術股份有限公司市場部,南山工業書院研究組

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(責任編輯:季麗亞 HN003)
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