从广义上讲，工业的未来是光明的。我们正在经历一个极其激动人心的时刻，因为从汽车、航空航天和船舶到消费品和电子产品，每个主要行业的创新都在加速（图 1）。其结果是产品性能的广泛改进、高级特性和功能的创建以及产品智能的增长。我们似乎可以期待智能互联产品的未来，这些产品为我们的生活提供比以往任何时候都更大的价值，无论是在职业上还是在个人生活上。图 1：随着各行业创新的加速，明天我们可以期待智能互联产品的未来。然而，激动人心的时刻往往也是充满挑战的时刻。随着我们从全球大流行病中走出来，公司正在考虑新的工作和协作模式，同时也在学习如何处理断裂的供应链。另外，在创新带来了自己的挑战。更智能的产品增加了产品设计、制造和服务的复杂性，而对产品中更多个性化和定制选项的需求进一步加剧了这种复杂性。在公司寻求支持现代市场需求的同时，他们还必须制定全面的可持续发展方法，包括全球供应链、产品开发、制造过程和报废。显然，我们在实现目标的道路上还有一些山峰需要攀登未来。然而，我们有很多理由感到乐观。一场数字革命正在形成，它将帮助公司变得更具创新性、可持续性、弹性，而且，是的，甚至比以前更有利可图。企业级数字化和全面数字孪生的创建将使攀登那些迫在眉睫的山峰变得更加容易，连接团队和想法，加速先进产品的开发，并实现更高水平的效率整个生命周期的效率和生产力。数字化或数字化转型就是在孤立或不同的数据和功能区域之间创建数字主线。正是在这些交叉点，创新的最大机会在于实现更高的性能、可持续性和效率。
实现数字化未来
我想简要介绍产品开发的每个阶段，以说明数字化如何转型可以帮助所有行业的公司实现目标。首先，重要的是要认识到基于模型的系统工程 (MBSE) 在实现这种全面的数字化方法中的作用。基于模型的系统工程 (MBSE) 是当今创新和智能产品的起点。随着产品和程序变得越来越复杂，下一代 MBSE 工具可以在产品开发和整个生命周期内实现模型的无缝互操作性。 MBSE 连接所有数据源和专家创建产品的综合数字双胞胎，并利用数字企业将工程、制造甚至外部供应商编织在一起，在开发的每一步增加价值。现在，创建复杂产品所需的每个领域都可以毫不费力地保持同步，同时实现其特定目标。在构思新产品时，使用 MBSE 的系统架构师可以访问以前产品迭代中的模型，快速而自信地推导出新功能，并构思新设计。由此产生的产品架构导致创建数字双胞胎，最终将涵盖产品的各个方面。接下来，MBSE 解决方案为不同的产品工程学科（电气、机械、软件和互连）提供了定义和优化其系统的灵活性同时合作开发它们之间的接口。数字双胞胎的这种单一事实来源使早期即使在设计进入制造并最终进入现实世界的过程中，对总体产品架构的错误和持续验证和验证也是如此。 MBSE 为团队提供了一条途径，可以在确保最高质量的同时，按紧迫的时间表创造明天的创新和智能产品。最终，目标是将所有这些数字资产连接到该领域的产品，从而实现一个全面的数字双胞胎，提供“as performs” ' 产品的虚拟表示。这些被称为数字线程的连接跨越产品生命周期，从定义到现场性能，确保有关产品、其属性、性能或现场功能的数据可以追溯到它是如何定义、设计、制造的，并在其生命周期内得到支持。投资这种数字孪生的商业案例归结为数据和数字线程：从初始定义和概念阶段到该领域的产品将通过增强的跨领域协作、减少导致开发成本的错误以及来自真实世界产品使用数据的丰富信息和见解，实现更快的产品创新。简而言之，它将帮助公司提高资源利用效率，在做出决策时更加明智，在响应动态市场需求时更加敏捷。现在，让我们看看这在今天是如何形成的。定义和产品设计
产品定义和设计的数字化涉及以可追溯和可追溯的数字格式捕获产品的需求、目标和概念。易于管理。这种格式提供了“单一事实来源”，不仅可以指导产品设计，还可以指导验证和验证程序、制造设计、材料选择等。事实上，随着我们进入智能、复杂和可持续产品的时代，对产品的需求越来越多，也越来越多样化。比以往任何时候都更难。以自动驾驶汽车 (AV) 为例。即使是较低级别的自动驾驶汽车——无论是乘用车、飞机还是自动导引车 (AGV)——都有一系列关于安全、计算资源、内部和外部系统连接、热管理、能源消耗和更多的。然后，设计和工程团队必须想方设法将所有这些要求整合到一辆运行几乎完美无缺、通常具有先进特性和功能以及高质量用户体验的车辆中。全面的数字双胞胎非常适合这些需求明天的先进产品（图 2）。产品需求以智能的数字格式捕获，并在产品的整个生命周期中跟进。同时，集成工程软件支持跨领域协作、通过仿真进行早期设计验证和确认，以及更快速地评估和选择的能力从众多设计方案中选出最佳方案。设计团队将能够协作寻找最佳解决方案，而不是各自为政，从而打造出先进且令人兴奋的产品。在这一切之下，MBSE 跟踪设计迭代、功能模型、测试结果等，将它们与最初的产品定义和要求联系起来。图 2：全面的数字孪生模型可实现领域间更好的协作、早期设计仿真以及快速评估设计备选方案的能力。 明天的制造
随着我们进入现代产品开发的生产阶段，面临更多的挑战和更多的机遇。复杂的产品通常需要复杂的制造过程，从而增加了生产成本和时间。产品个性化的推动进一步增加了复杂性，因为制造商必须设计越来越灵活和自主的生产系统，以满足需求。制造商也在决定如何在使用更少的资源、更少的能源和更可持续的材料的同时做到这一切。每项挑战都蕴藏着机遇，新技术和新方法可以帮助公司创建高效、灵活和可靠的生产系统（图 3）。图 3：新技术和制造方法正在克服制造现代复杂产品的挑战。其中一项技术是增材制造 (AM)。增材制造比注塑成型等传统制造方法更快、更灵活，因为它消除了这些传统方法强加的许多限制。 AM 的灵活性使其成为希望为客户创造高度个性化产品的制造商的潜在福音，而相对缺乏制造限制允许工程师重新构想产品设计以整合新技术或设计理念。例如，AM 可以打印复杂的晶格结构，在保持结构刚度的同时提高热性能并减轻产品或零件的重量。这意味着制造商可以生产性能更高的产品并更好地为客户服务，同时减少减材生产过程中产生的浪费。数字化同样是采用 AM 和其他先进制造技术（例如自动化物流系统和工业物联网）的关键（工业物联网）。对于增材制造，紧密集成的数字双胞胎对于实现优质产品同时最大限度地减少设计迭代至关重要。在打印之前，设计必须经过严格的打印过程模拟，以降低风险、优化打印，从而提高产量。在设施层面，生产线的数字化使机器监控、预测性维护和整个生产过程的分析成为可能优化材料交付、生产线平衡等。供应链管理的数字化也在这方面发挥了作用。全球大流行暴露了当今供应链构建和管理方式的一些漏洞。幸运的是，数字化可以帮助我们利用这种情况，为参与供应链生态系统的原始设备制造商、供应商和合作伙伴之间的沟通和协作打开大门。在这样一个互联的生态系统中，各方可以共享信息并预测结果，以避免原材料或子组件的交付中断。现场支持和生命周期结束
最后，公司正在考虑他们如何在现场最好地支持他们的产品，以及如何在生命周期结束时处理这些产品。支持程序，无论是物理维修还是软件更新，都是确保制造商及其客户长期价值的关键。通过将产品连接到数字 Thr，可以进一步扩展此价值ead，实现数据捕获和现场优化。此数据还可用于预测产品何时需要服务和维护，而不是依赖于通用的时间表。此类信息还可以指导产品何时达到其使用寿命并准备好被更新的模型取代。随着行业努力实现可持续性和盈利目标，报废程序也将继续发挥重要作用。随着产品达到其使用寿命的终点，材料的回收或适当处置对于减少产品对环境的影响至关重要。如果这些回收材料可以在原始制造商或其他地方重新用于生产，那么优势可能会更加复杂。在物质领域之外，公司也可以从新退役的产品中学到很多东西。这些经验教训可以重新纳入新模型的数字双胞胎中，从而形成学习和产品改进的循环。随着我们进入未来re，西门子在帮助我们的客户成功实现数字化转型方面处于非常有利的地位。 Siemens Digital Industries Software 的 Xcelelator 产品组合旨在通过将独立域集成到协作环境中来释放边界处的数据和知识财富——个性化并适应每个行业的特定需求。我们已经帮助在以前断开连接的数据和功能区域之间建立了数字线程，为创新和更高的性能、可持续性和效率开辟了新的机会。现在，有可能创建一个在产品生命周期的每一步都增加价值的数字企业：设计与制造之间、电气与机械之间、现场与工厂之间、OT 与 IT 之间。所有这些都是为了帮助工业组织塑造其业务的未来，同时在今天提供卓越的产品。关于作者戴尔图特是航空航天和国防工业的副总裁尝试使用 Siemens Digital Industries Software。他负责为 Siemens Digital Industries Software 制定总体航空航天和国防行业战略，将特定行业需求纳入航空航天和国防客户的解决方案。 Dale 在航空航天行业的工程设计、开发和项目领导方面拥有超过 30 年的经验。
