复杂系统数字孪生：基于数字线程的系统全生命周期管理.docx

基于数字线程的系统全生命周期管理 复杂系统数据/模型管理的演变 物联网构成了德国联邦教育与研究部研究举措（工业 4.0，数字化 / 互联网服务）的基础。这些研究举措预测未来是一个互联产品、系统和服务主导的世界。这些产品和嵌入服务中的电子和软件在价值中的占比将继续增加。彼此通信的产品被称为“网络 - 物理系统”或者“网络电子系统”。开发这些新系统将带来一系列后果，比如跨学科和集成产品开发，改进当前设计方法、过程、IT 解决方案和组织形式，产品开发、计划、生产和服务过程中对基于数字模型的连续过程链的需求等等。此外，还将对机械、电子和软件工程的计划及设计方法进行试验，评估产品和生产开发中新思维的适当性，然后才决定是否将其并入一个将方法、过程和 IT 解决方案结合在一起的集成式跨学科方法。在产品和过程领域，产品结构是这些变化的核心，最好将其视为一个全数字化产品生命周期的骨架，它们构成了一个涵盖产品、生产和过程的数字模型的基础，延伸至整个供应链中的所有学科和地点。 本节描述了用于判断产品结构、PLM 和ERP（企业资源规划）的功能之间的当前边界以及使用一个数字化企业软件套件的收益的方法论前提条件。现在，ERP 和PLM 解决方案中的产品结构描述方法与引入结构化物料清单以来使用的方法相同。我们用20 世纪70/80 年代的一张装配图作为典型范例，以便更好地了解在过去十年中产品结构和技术文件发生了的变化（见 REF _Re\h 图7- 1）。这一时代的一个典型特征是将所有相关的技术和组织信息纳入图纸中，因此德国人常说：“图纸是工程师的语言” 。这些图纸绘制的基本都是零件和装配的扁平结构，通过对物料清单（BOM）中的各行进行平行编号和图解，以目视方法将零件分配给装配和产品。这一方法的优势是分配零件是基本上不用解释，比如零件是面向功能还是面向装配。 图7- SEQ 图7- \* ARABIC 1 70/80年代的装配图 尽管80 年代的产品描述主要基于文件/ 图纸，基于物料清单的层级结构在过去几年中也获得了关联性。出现这一情况的原因可能是CAD 在机械和电气工程中的使用增加，以及在ERP 系统的处置过程中的支持作用。这一方法首先得到3D CAD 系统的支持，3D CAD 系统自动生成一个用于定位装配中各个零件的拓扑结构。因此，新技术取代了图纸基于编号的图形分配。尽管如此，在过渡期内物料清单仍然被嵌入CAD图纸，并且用编号在图纸上指示分配，部分原因是为了确保明晰度，尤其在二维应用中。 现在，层级结构仍然构成产品结构的核心。尽管在产品结构层次仍然通过层级结构来描述硬件（机械和电气/ 电子工程），软件开发已经应用了平行的主干、分支和融合技术。在软件开发中，通过连接按版次和版本（基线）识别的物理文件来实现配置。尽管电子开发基于CAD 层次的类网络结构，现在这些也在PLM 层次被保存为层级结构。此外，在工程变更周期中的各个学科也各不相同。机械、电子和软件工程的典型变更频率一般为1:10:100。在生产计划中的服务模型和过程计划的描述还会显示一个类网络结构。随着结构化方法的扩大，我们看到了涵盖整个产品生命周期的产品结构中发生了一个更加重要的变化。在很多工业PLM 实施中，产品结构基本上是从实施和设计角度来定义，然后才传输到ERP 系统的装配视图。只有少数公司才实施了一个共用的面向装配的BOM 视图。这些通常是机械和设备工程中个别产品或小系列产品的制造商或者以装配线BOM 视图为主的大系列产品的制造商。 由于层级产品结构在当前占据主导地位，我们现在将以典型层级开发和工程物料清单（工程BOM 或E-BOM）为例简要解释基本程序。在PLM 和ERP 解决方案中，物料清单系统被称为一个基本数据管理系统。基本数据可以被分为： 主数据：主数据提供与任何其它数据毫无关系的有用信息，比如项数据（= 产品、装配、零件、半成品、产前阶段）。典型的主数据包括零件编号、版次/ 版本、描述、状态等。 结构数据：包括用于创建各类主数据之间关系的数据，比如BOM 结构。 从信息角度而言，BOM 是层级结构（自上而下）的特殊表示，与使用清单（自下而上）一起形成复杂的类网络产品关系。在过去，由于缺乏图解工具，产品结构以清单形式显示，通过清单里面的标识来识别结构层次。随着图形用户界面和浏览器的使用，产品结构的图形表示现在很流行，正在逐步取代清单形式的表示。图（装配在里面的零件）是产品结构图形表示的原始形式（ REF _Re\h 图7- 2）。 图7- SEQ 图7- \* ARABIC 2 BOM 基本图 BOM 可以与产品的数量组成（量化物料清单）关联。量化物料清单是一个非结构化的表示形式，简单地列出子构件的数量，汇总相同构件，并且显示精