◎文丨e-works编辑部主任 涂彬
2018年6月23日至7月2日， e-works数字化企业网成功举办了为期10天的第六届美国智能制造与工业物联网考察。
为深入了解美国企业在推进智能制造和工业物联网转型方面的经验，2018年6月23日至7月2日， e-works数字化企业网成功举办了为期10天的第六届美国智能制造与工业物联网考察。本次考察先后考察了ANSYS、伊顿电气、PTC、Onshape、Stratus、Apriori、罗克韦尔电子工厂和斑马技术等八家具有代表性的美国世界级工业企业和IT企业，这也是e-works举办的第19次国际考察活动。
在此行中，考察团成员对美国企业持续推进技术创新、精准的定位、前瞻性的发展战略，以及长期专注于自身领域乃至形成差异化竞争优势有了更加清晰的认识，尤其是对美国高科技公司“大道至简“的产品发展策略留下了深刻的印象。
01
PTC 运用AR技术
在全球PLM与工业物联网平台领导厂商PTC的全球总部体验中心，我们看到了PTC基于虚实融合的整体方案，近距离体验了PTC的增强现实平台Vuforia和物联网平台Thingworx相集成的各种典型应用，包括在产品展示、状态监控、预测性维护和智能工厂等应用场景等。
PTC在传统CAD、PLM等工业软件支撑的基础上，开始通过物联网、数据分析、增强现实、虚拟现实等能力实现物理世界与数字化世界的融合，从而促进研发、生产及服务模式的创新，帮助制造企业实现数字化转型。
图1 利用AR技术打造的新型人机界面（HMI）
物联网的应用，已经不仅仅要实现物体与物体相连的模式，还需要考虑用户的体验和人机交互。PTC的增强现实(AR)平台提供了一种新型的更加可视化的人机界面(HMI)，结合物联网技术的应用，通过可视化的方式让看不见的连接变成看得见的界面和数据，将复杂的物联网应用变得可视化。
02
简化协同设计
基于云的CAD ONshape
虽然CAD的技术发展了很长时间，很多企业也应用了功能强大的CAD/PDM软件，但设计过程中的核心问题还是没有很好的解决，用户至今依然花费大量的时间在非设计的无用功上，比如还需要不断安装系统补丁，因为要存为文件而带来安全隐患。另外，异地协同设计对企业而言依然是一个复杂的过程，比如不同设计师每次的设计修改过程都需要反复进行确认，修改版本问题依然还困扰着用户。
在位于波士顿的全球首创的完全基于云的三维CAD软件公司Onshape总部，我们除了感受到Onshape公司创始人之一，原Solidworks CEO Jonh McEleney先生再次创业的激情外，还了解了Onshape在CAD技术应用模式上的颠覆性创新,以及在协同设计方面的便捷功能。
图2 Onshape公司CEO
Jonh McEleney先生
基于云平台的CAD Onshape可以完全支持企业基于唯一数据源，高效、便捷地开展基于云端的异地协同设计，Onshape能够清晰、准确记录用户的设计修改操作并进行协同，无需考虑文件修改版本问题，让用户专注于设计本身。
图3 Onshape每一次设计修改
都能够被有效记录
如上图所示，在演示过程中Onshape软件可以精确记录每一位设计师所做的修改工作，并且可以在历史记录节点中进行查看，用户能够以此复原到任意希望查看的模型状态，让人一目了然地知道模型前期做了哪些变更，从而真正意义上实现协同设计。这点与目前CAD软件的应用现状有极大的差异，有效避免了各种不同修改版本的CAD模型、不同CAD文件格式给设计工作所带来的不便。
Onshape操作简易高效，还支持移动终端设备的应用，能够有效提升设计师的设计效率，相信Onshape这款产品未来将会彻底颠覆传统CAD软件产业，为企业的研发设计带全新的应用模式。
03
aPriori 便捷解析设计生命周期的成本
对于制造企业而言，80%的成本在设计之初就已经决定，然而在这个阶段，很多企业往往很难快速获取设计变更带来的成本差异,不能准确评估不同地区供应商的实际成本。企业的成本核算大多还是通过手动录入各工序、工步的参数来计算，不仅效率低，易出错，而且实时性很差。
图4 aPriori覆盖产品
全生命周期的成本仿真与管理
在考察了aPriori总部之后我们发现，针对企业在成本控制过程中普遍存在的问题， aPriori软件在设计阶段可以完全基于3D模型来便捷地进行成本管理和仿真，将复杂的成本管理问题变得简单化和自动化。
aPriori软件中的GCD几何成本因子分析算法可以实时、自动地辅助设计人员解析CAD模型特征，自动根据工艺特征、公差、设备等因素计算该零件制造所需的人力、生产制造能力和制造工艺流程中的成本总和。
图5 aPriori软件的可制造性分析热图
零件的每一个结构特征都能够被自动解析成对应的加工工艺，每一个工艺流程都有对应的成本消耗。其实时成本分析能力，可以很好地辅助设计师进行成本管控，如设计出不合理的零件结构对成本影响较大时，aPriori软件可以自动利用热图提醒设计师具体的不合理结构部位。 aPriori的这种算法知识库主要涵盖机械加工、钣金加工、注塑件、吸塑件、锻造、铸造和装配等离散制造行业的产品零部件。
图6 获取最新成本问题及趋势分析结果
据了解，aPriori公司发源于美国伊利诺伊大学的科研项目，得到约翰.迪尔和美国NSF的资助，后来得到风险投资的支持，创建了公司，实现了科技成果产业化。该公司每年的研发投入高达30%，实现了快速发展。已有很多大型企业客户，例如波音、福特、阿尔斯通、海尔、五征农机等。
04
ANSYS Discovery Live
让仿真变得更容易
一直以来仿真分析应用给人们的感觉都是需要非常深入的行业背景知识才能够使用，很少有设计工程师能够直接应用仿真分析软件来处理问题。然而往往这部分人群对仿真的需求又是最迫切的，只有依靠仿真应用，才能为他们提供设计依据，设计出符合要求的产品结构。
e-works考察团在ANSYS总部现场观看了ANSYS实时仿真软件Discovery Live的演示。ANSYS Discovery Live提供即时3D仿真，直接与几何结构建模紧密关联，提供交互式的仿真体验。
图7 ANSYS覆盖产品生命周期的仿真技术
从演示中我们发现，借助于Discovery Live可以帮助工程师发现更多好的方案，让设计工程师能够通过仿真解决绝大多数的问题。具体在结构分析方面Discovery Live可以在几秒内验证多种设计想法，并即时获得有关设计结构性能的反馈结果；在内部流体分析方面，Discovery Live快速找出有意义的内部流体趋势，在外部空气动力学方面，如复杂的汽车风洞实验能够直观的呈现出来，可以观察速度、外力、压力等；在轻量化问题上，Discovery Live能够快速修改几何图形并提供即时的仿真体验，以便设计出结构优化的部件。
图8 Discovery Live即时获得工程仿真结果
总的来说，Discovery Live的特点可以概括为：即时获得工程仿真结果；无需进行几何结构清理、计算网格生成、求解和后处理；执行结构、内部/外部流体、热力和模态分析；编辑来自各种格式的CAD几何结构，或为新想法建模并进行测试；更改物理场类型或输入、编辑几何结构或更改显示特性后，即时获得更新等，这些特点都使得仿真变得更为容易。
05
即插即用
Stratus容错服务器硬件产品
一般对传统企业而言，为了避免宕机风险，通常会采用服务器阵列以及利用服务器虚拟化技术，但这仍然达不到关键业务的容错级别性能要求。面对这种需求，美国容错技术有限公司Stratus推出了一款高可靠性容错服务器硬件——FTsever服务器，类似硬件的Digital Twin模式，能够确保数据实时双备份，其可用性更是高达99.99997%。
图9 FTsever服务器
硬件的Digital Twin模式
考察团在Stratus总部中看到，FTsever服务器功能非常强大，即使是网络中断、断电都依然可以保障容错服务器的正常运行，可以保证企业关键业务应用程序始终保持运行。就是这样一台复杂容错服务器产品，其安装操作过程却十分简单，即插即用，无需操作人员做过多的配置工作。
当体验了Stratus在一个月前刚刚推出的小型化虚拟边缘计算容错服务器ztCEdge后大家也有同样的感触。该服务器主要部署在终端设备或者网络节点上，用于工业领域边缘侧分析、处理与储存，是一款面向车间环境边缘计算的高可用性服务器。其外观坚固耐用，可以适应在环境复杂、严苛的制造工厂车间中使用。就是这样一个完全集成的虚拟化工业计算系统，企业人员能够在30分钟内快速完成设置，几乎不需要任何IT资源来部署和维护，极大简化了自动化领域从业人员对于该产品的运维工作。
Stratus公司已经开始将其简单易用的容错产品解决方案广泛应用在工业物联网领域，据悉目前工业自动化领域已成为Stratus第一大客户群。
后记
在十天的考察之旅中，几乎每家所参观的美国企业在产品发展策略上都遵循着这种“大道至简”方式，将复杂的问题简单化，交付给用户的产品始终是易学易用的产品，快速上手，迅速获取应用价值。这种软、硬件产品的研发理念也值得国内很多企业去学习，呈现在用户面前的产品永远是最简单易用的，这才是造物精髓。
e-works每次举办的国际考察都有很多不一样的收获，也期待着您与我们共同一起去探索发现，找到适宜自身企业的创新发展之道。
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