Företag av alla storlekar och i alla branscher står inför en framtid av disruptiv utveckling, osäkerhet och utmaningar. Produktkomplexiteten växer snabbt, på grund av ökad efterfrågan på anslutning, anpassningsbarhet och integrerad intelligens. Hållbarhet är en primär fråga för företag runt om i världen när nya regler träder i kraft och företag försöker minska sin miljöpåverkan.
Dessa trender har implikationer över hela produktens och produktionslivscykeln och kommer att driva på förändringar i hur företag designar, testar, tillverkar och återvinner framtidens produkter. Genom att göra det kan företag bli digitala företag som snabbt kan samla in och utbyta data och information mellan produkt- och produktionsutveckling, testning, underhåll och drift.
Det DIGITALA FÖRETAGET i praktiken
Denna förmåga att samla in, förstå och använda data i hela organisationen är vad som definierar ett digitalt företag. Det ger förmågan att reagera snabbt på marknadens krav, utveckla innovativa produkter och produktionslösningar, övervinna komplexitet och bli mer hållbara i processen.
För att visa hur detta kan fungera i praktiken använder Siemens en teknikbärare, en liten, lätt, helelektrisk roadster, kallad SimRod. SimRod är dock mer än bara en liten roadster; den validerar och demonstrerar funktionerna hos Digital Enterprise genom att använda den banbrytande tekniska mjukvaran och automationstekniken som finns i Siemens Xcelerator, vår öppna digitala affärsplattform.
SimRod fungerar därför som en representant för alla moderna produkter och de involverade produktionsprocesserna. Genom att titta på SimRod kan vi förstå hur att bli ett digitalt företag kan ge företag möjlighet att bygga framtidens produkter.
Utnyttja en digital tvilling för att designa en helelektrisk roadster
En modern elbil ska kunna köra flera hundra mil mellan laddningarna, samtidigt som den förblir rolig och engagerande att köra. EV-roadstern måste också vara energieffektiv och byggd på ett hållbart sätt.
Med dessa nyckelegenskaper i åtanke kan vi börja designa, testa och förbättra SimRod. I en traditionell utvecklingscykel skulle detta innebära en lång process att designa fordonet innan man producerar flera fysiska modeller och prototyper för att testa designen. Resultaten av dessa verkliga tester driver sedan redesign- och optimeringscykler innan ytterligare en omgång av fysiska modeller och prototyper skapas för testning.
Ett digitalt företag kan slå samman den verkliga och virtuella världen genom fordonets digitala tvilling för att utföra samma uppgift mycket snabbare och med färre prototyper, vilket minskar de resurser som används under testningen. När designerna förfinar och mognar produktens Digital Twin (SimRod i det här fallet), kan andra ingenjörsteam utnyttja denna digitala tvilling i olika simuleringsmiljöer för att testa och förbättra varje aspekt av fordonet:
• mekaniska system
• elektriska och elektroniska system
• programvara
• chassi och hantering
• drivlina
• autonom körning• och mer
Accelererar designprocessen
För en modern EV tillåter detta design- och ingenjörsteam att inte bara accelerera sina designprocesser, utan också verifiera, validera och optimera dessa designs inom den digitala sfären.
Så småningom är vissa verkliga fysiska tester fortfarande nödvändiga för att uppnå den slutliga verifieringen och valideringen av SimRods funktionalitet, prestanda och köregenskaper. Även om denna testning sker i den verkliga världen har Digital Twin fortfarande en viktig roll att spela. SimRod är utrustad med dussintals sensorer för att samla in data från varje fordonssystem under testsessioner. Genom att vika tillbaka dessa data till fordonets digitala tvilling kan ingenjörer identifiera möjligheter till optimeringar och snabbt utveckla lösningar – samla in, förstå och använda data för kontinuerlig optimering.
En kort biltur på en kullerstensväg utanför Leuven, i Belgien, avslöjade faktiskt en sådan möjlighet i SimRod. Data som samlades in under den körningen indikerade att styrspindeln, som överför rattens rörelser till fordonets framhjul, kunde göras lättare samtidigt som dess strukturella styvhet och styrka bibehölls. För att utveckla en lättare styrspindel skannade Siemens ingenjörer originaldelen och använde generativ design för att optimera styrspindelns topologi, vilket resulterade i en del som vägde 30 procent mindre.
Det DIGITALA FÖRETAGET i produktion
Med en uppdaterad design för SimRods styrspindel är det dags att överväga de produktionsmetoder och teknologier som gör att denna del kan bli verklighet. På grund av dess komplexa ”organiska” geometri, kan additiv tillverkning användas för att skapa den optimerade styrknogen.
Här kan produktens digitala tvilling (styrknogen) direkt underlätta tryckprocessen. Komponentgeometrin kan valideras med hjälp av avancerade materialsimuleringar och förberedas för utskriftsprocessen genom att definiera utskriftsorientering och stödstrukturer, såväl som skärning, kläckning och utskriftssimuleringar. Dessa lösningar kan till och med utföra efterbearbetning och inspektion av den virtuella komponenten för att verifiera komponentdesign och tillverkningsprocessen.
När den är färdig kan tillverkningsteknik med CAD/CAM och CNC-mjukvara användas för att definiera tillverkningsstrategin och generera koden för att skära bort överskottsmaterial och förbereda delen för montering.
Tillverkningsplaneringsmiljön tillåter också produktionsdesigners att kontrollera materialflödet i hela anläggningen, utföra offlineprogrammering av robotmanipulatorer och till och med designa och verifiera processer som kommer att utföras av människor, vilket säkerställer korrekt ergonomi och säkerhet.
Dessa funktioner kan också hjälpa produktionsanläggningar att bli mer flexibla och automatiserade, vilket gör att de snabbt kan reagera på dynamiska marknadsförhållanden och öka skalbarheten i det övergripande produktionssystemet. Med hänsyn till produktionshastigheten kan planerare identifiera materialleverans-platser och se över leveransrutter och korridorer och simulera automatiserade guidade fordon (AGV) i samband med fabrikslayouten för att säkerställa korrekt funktionalitet.
Driftsättning av styrlogik
för automatiserade system
Ingenjörer kan till och med praktiskt taget driftsätta styrlogik för automatiserade system baserat på simuleringarna. Detta gör det möjligt för ingenjörerna att säkerställa att material levereras där det behövs och när det behövs för att förhindra produktions-förseningar.
SimRod visar allmänt hur företag som har blivit digitala företag kan designa, testa, förbättra och producera en modern produkt. Utöver denna horisontella historia, från design till produktion, finns det också fördelar i vertikal riktning, från översta våningen till butiksgolvet.
Genom den digitala tvillingen av produkten och produktionen kan ett modernt digitalt företag samla in och syntetisera data från hela produktens och produktionslivscykeln. Detta leder till större transparens, spårningsmöjligheter och möjligheten att skapa en sluten slinga av produktutveckling, produktion och optimering.
I slutänden kan förbättrad kommunikation hjälpa till att fånga och mäta mer än bara produkt- eller produktionsdata, vilket leder till potentialen för en mer holistisk förståelse av produktionsmiljön. Energiförbrukning, utsläpp, materialanvändning och förbrukning av råvaror (som vatten) kan alla spåras, vilket genererar kollektiv intelligens om en anläggnings hållbarhetsprestanda. När ineffektiva processer väl har identifierats kan de förbättras för att minska miljöpåverkan från våra produktionsekosystem.
Av Magnus Edholm – marknadschef för Digital Enterprise på Siemens Digital Industries.
