江蘇鳳谷節(jié)能科技有限公司 在德國，工業(yè)4.0的概念基本上是人們熟知多年的、基于計算機技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)和制造的延續(xù)，比如計算機輔助工程(CAE)和計算機輔助制造(CAM)。

不同的是，過去計算資源相當有限，硬件也不夠穩(wěn)定，而今天，我們具備了實現(xiàn)這一目標的有利條件，因為強大的計算能力和互聯(lián)網(wǎng)能夠把這些計算資源整合在一起。

為了加快進展，數(shù)家德國協(xié)會包括德國工程協(xié)會(VDMA，ITI是其中的積極成員)成立了名為“工業(yè)4.0”的平臺，它的核心指的是向著智能工廠轉(zhuǎn)變，即產(chǎn)品和機械制造高度集成——可以稱之為第四次工業(yè)革命。

事實上，歐洲、亞洲、美洲等越來越多的制造商們都紛紛參與到產(chǎn)品集成式開發(fā)中。

相比傳統(tǒng)的工業(yè)價值鏈，虛擬樣機作為集成式價值網(wǎng)絡的基礎(chǔ)，不再只用于產(chǎn)品研發(fā)，它所衍生的CAE數(shù)據(jù)還用于整個產(chǎn)品生命周期。

但是，這種數(shù)字化的未來，要求所有參與產(chǎn)品開發(fā)的合作伙伴，無論是OEM廠商或中小供應商，都要使用相同的數(shù)據(jù)。

作為一家德國的工程軟件公司，我們當然希望為這一趨勢做出積極貢獻并推動一些重要議題的進展，諸如工具集成、FPGA(Field Programmable Gate Array現(xiàn)場可編程門陣列)的支持，F(xiàn)MI(功能樣機接口)和基于云技術(shù)的工程。

雖然大家都在熱議工業(yè)4.0，但它仍需要時間加以完善。

根據(jù)BITKOM(德國信息產(chǎn)業(yè)、電信和新媒體協(xié)會，工業(yè)4.0的發(fā)起者之一)的最近的一項研究顯示，德國機械制造、汽車、電子和化工領(lǐng)域44%的公司已經(jīng)在進行某種形式的工業(yè)4.0應用。但大多數(shù)強大的德國中小制造商還沒有意識到這種數(shù)字化手段的潛力，他們害怕嘗試并擔心其安全問題。

這可能是由于一方面德國國內(nèi)市場比較小，另一方面也缺乏實現(xiàn)工業(yè)4.0的實用主義精神。較大的國家如美國和中國，互聯(lián)網(wǎng)服務往往能迅速積聚人氣，工業(yè)4.0先驅(qū)者們的步伐更快，由于沒有那么多既定標準，他們自己建立了事實上的標準。

為了迅速增加德國工業(yè)4.0工廠的數(shù)量，并在這些事實標準的定義中把握主動權(quán)，德國政府將承擔起監(jiān)督的角色，在內(nèi)容和結(jié)構(gòu)兩個方面重新加以規(guī)劃，在更加寬泛的政治和社會層面上推動工業(yè)4.0。

和其他許多德國企業(yè)家一樣，我認為政治本身無法管理工業(yè)4.0的實施，但我樂觀地認為，會有更多的德國中小企業(yè)家以良好的心態(tài)和過人的膽識在其特定領(lǐng)域推進這一變革。

對于作為德國經(jīng)濟支柱的本土工業(yè)，尤其是中小型企業(yè)而言，這是保持其主導地位、維持其產(chǎn)品“德國制造”優(yōu)質(zhì)口碑的必由之路。

更高的生產(chǎn)率從哪里來?

研發(fā)部門，尤其是汽車研發(fā)部門，早已認識到使用仿真工具對其日常工作的重要性。實施工業(yè)4.0后，可持續(xù)使用的數(shù)據(jù)將使德國汽車工業(yè)的生產(chǎn)效率得到極大改善。

考慮到來自不同工業(yè)領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)的持續(xù)使用，新能源動力總成的研發(fā)效率甚至會得以增強。

未來的動力傳動系統(tǒng)長什么樣?功率密度、能源效率、靈活度、動態(tài)特性和駕駛舒適性的水平如何?不同的物理系統(tǒng)之間的交互將達到何種程度，并且如何使其復雜的技術(shù)聯(lián)系更為透明化?

為了回答諸如此類的問題，世界各地的研發(fā)工程師們都在對包括ITI在內(nèi)的專業(yè)工程服務和仿真工具充滿期待。現(xiàn)在，我們的客戶包括諸如寶馬、戴姆勒以及大眾汽車等知名跨國汽車制造商，我們滿足來自他們對CAE數(shù)據(jù)的要求，這些數(shù)據(jù)一旦創(chuàng)建，將可用于整個產(chǎn)品生命周期。

那么，工程師能采用物理仿真和分析做什么呢?——我們都知道，新產(chǎn)品應該更緊湊、更有效并更可靠，另一方面，產(chǎn)品的開發(fā)應更靈活且周期更短，而虛擬仿真工具除了可以幫助實現(xiàn)以上目的，還能幫助在產(chǎn)品開發(fā)過程中節(jié)省時間和金錢。

這對于大多數(shù)行業(yè)都至關(guān)重要，對于汽車、能源或石油和天然氣行業(yè)、宇航和防務系統(tǒng)、醫(yī)療、采礦、造船等行業(yè)尤其如此。

ITI的SimulationX設(shè)計初衷就是為了實現(xiàn)這些功能。借助大量預先定義好的針對特定應用開發(fā)的模型庫，如機械庫、氣動庫、熱力學庫、聲學庫或電子庫等，工程師能夠快速地創(chuàng)建復雜的系統(tǒng)模型。

而基于建模語言Modelica的模塊化底層結(jié)構(gòu)讓軟件變得功能強大。它支持面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)建模方法。

這種方法的優(yōu)點在于模擬系統(tǒng)功能的同時能夠直達其物理本質(zhì)。除此之外，這一語言使用戶對已有模型進行改變或擴展，甚至從頭開始創(chuàng)建自己的模型變得更加容易。在工業(yè)4.0中，這對預算有限且只臨時要求高性能仿真計算的公司非常重要。

需要強調(diào)的是，持續(xù)可用、能夠適用于整個產(chǎn)品生命周期的數(shù)據(jù)是工業(yè)4.0的一個關(guān)鍵點。為了實現(xiàn)它，通用的功能樣機接口(FMI)非常重要，F(xiàn)MI旨在成為CAE數(shù)據(jù)交互的通用接口，適用于不同的開發(fā)環(huán)境或行業(yè)部門。這種適應性最終將催生更高的生產(chǎn)率，因為CAE數(shù)據(jù)一旦生成，就能夠在整個產(chǎn)品生命周期中使用。

舉兩個我們曾做過的應用案例。

第一個是我們幫助寶馬汽車優(yōu)化動力傳動系統(tǒng)和液控技術(shù)，其中一個應用是鮑登拉線(Bowden Cable)的仿真。在項目早期概念設(shè)計階段，我們能夠基于模型進行評估而無需進行物理樣機測試，這意味著設(shè)計變更的周期更短，設(shè)計成本顯著降低。最終，BMW將該仿真解決方案應用于研發(fā)流程中其他更多的領(lǐng)域。

第二個是幫助全球主要的汽車零部件供應商之一采埃孚快速建立各種簡單和復雜的動力總成模型。通過CAE工具制定傳動部件的優(yōu)化目標，采埃孚的工程師在概念設(shè)計階段就能實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)減振器優(yōu)化任務，從而在后續(xù)過程構(gòu)建樣機時節(jié)省了時間和費用。

工業(yè)4.0集成了過去獨立運行的各種系統(tǒng)和機械設(shè)備，使得這些機械設(shè)備成為更為寬泛的流程(系統(tǒng))的一個有機組成部分(組件)，人們不僅需要考慮組件之間的相互作用，還要考慮部件自身的磨損。最終，由此帶來的高復雜度只能通過仿真手段來應對。

而在工業(yè)4.0環(huán)境中運行的仿真工具不僅需要符合一定的仿真數(shù)據(jù)管理和版本管理的要求，還要能集成到產(chǎn)品生命周期管理中。

現(xiàn)在，系統(tǒng)仿真市場的增長速度超過了其他CAE或CAD市場，充分反映了這一發(fā)展趨勢。現(xiàn)有的企業(yè)內(nèi)部解決方案不斷被商業(yè)軟件工具替代，因為它們運行可靠，并可持續(xù)維護和升級。

仿真工具必須具備一定的靈活性，能快速適應客戶需求：用戶不僅可以定制所需的工具模塊，還能夠靈活定制軟件許可證數(shù)量。這就是說，內(nèi)部部署的許可證模式(在本地機器上運行正版軟件)這一傳統(tǒng)觀念越來越多伴隨著新的概念，比如在云端運行。