基于模型的企業MBE已成為當代先進制造體系的具體體現，它的進展代表了數字化制造的未來。美國陸軍研究院指出“如果恰當的構建企業MBE的能力體系，能夠減少50%-70%的非重復成本，能夠縮短達50%的上市時間”。基于此，美國國防部辦公廳明確指出，將在其所有供應鏈中各企業推行MBE體系，開展MBE的能力等級認證。全世界眾多裝備制造企業也逐步加入到MBE企業能力建設的大軍中。
完整的MBE能力體系構建，就是以MBD模型為統一的“工程語言”，按系統工程方法的指導，全面優化梳理企業內外、產品全生命周期業務流程、標準，采用先進的信息化技術，形成一套嶄新的完整的產品研制能力體系。企業需要一套面向MBE的信息化環境，幫助企業實現MBD模型以及相關數據能夠在企業內外能夠順暢流通、可直接利用。對于每一個制造企業，跨企業內外的產品全生命周期業務是非常復雜的，基于現有各自獨立的信息化技術和工具，不可避免需要處理大量的系統集成和數據轉換，才勉強能保障MBD模型以及相關數據的流通或可利用。這將是致力于成為MBE企業直接面臨的最大的問題。西門子工業軟件不僅具備專項MBE能力與工具，更能聚合整個西門子的優勢，為制造企業提供完整的MBE解決方案，支撐企業實現跨供應鏈的產品全生命周期的MBE業務。
1 西門子MBE解決之道
憑借西門子在工業自動化領域的強大的軟硬件全面集成的技術能力，以及完整的產品生命周期管理（PLM）解決方案的能力，西門子工業軟件公司從一開始就積極參與MBD定義的技術開發、標準制定，以及美國國防部與波音公司的諸多驗證性項目的實踐。西門子完整的MBE解決方案，以系統工程思想為指導，貫穿從產品需求開始、經過產品設計、產品制造直至產品服務的完整產品全生命周期的過程，在各個階段的各種信息能夠被準確的定義到以MBD模型為核心的技術數據包中，并始終保持上游的技術數據包能夠被下游直接重用，一直拓展到生產現場或服務現場。西門子MBE解決方案，是通過綜合利用NX為基礎的MBD定義工具、Tecnomatix支持MBD模式的數字化制造解決方案、Teamcenter支撐MBE企業產品全生命周期管理平臺，有機形成了從設計、工藝、制造及服務和維護全面的MBE解決方案體系。
2 西門子MBE解決方案概述
2.1 基于模型的系統工程解決方案
西門子基于模型的系統工程（MBSE）的解決方案，為復雜產品的研制提供了～個獨特的MBD模型驅動的系統工程工作環境，它從需求階段開始即通過模型（而非文檔）的不斷演化、迭代遞增而實現產品的系統設計；通過模型的結構化定義可以清晰地刻畫產品設計初期結構、功能與行為等各方面的需求；基于模型可以盡早通過模擬分析發現大量不合理的設計方案；同時模型還為各方提供了一個公共通用的、無二義性的設計信息交流工具，這一點尤其對復雜產品異地分布的系統設計具有重要意義。
2.2 基于模型的三維產品設計解決方案
西門子MBD模型定義解決方案為實現基于MBD的三維數字化產品研發提供了工具保障：NXPMI提供了完整的三維標注環境、全面的工具套件，實現MBD模型定義過程的流暢；簡單化的創建、放置和編輯，便于MBD模型的快速定義和PMI數據的有序管理；Teamcenter提供了工程協同管理環境，對MBD模型數據及其創建過程的有效管理，便于設計/制造/服務等以及供應鏈的全面協同：集成的NX PMI，通過PMI的一次創建，多次多點應用，實現數據重用的最大化。
圖1 西門子提供基于產品全生命周期管理的MBE解決方案
圖2 西門子MBE解決方案的總體架構
2.3 基于模型的設計分析應用解決方案
西門子NX提供CAD/CAE一體化的工具平臺，把先進幾何創建工具的能力與同步建模技術的速度和靈活性完美地結合在一起，為設計者提供邊設計邊分析的可能性，極大限度提高對MBD模型直接利用的效率。同時Teamcenter提供統一管理平臺，實現設計與仿真數據統一管理，提高了仿真數據查詢，分析過程和知識重用的效率，完整的多學科一體化仿真環境，降低了軟件使用的復雜度，使得設計與分析工程能夠共用一個圖形界面環境，易于交流與溝通，有效實現結構與性能等多專業的協同與融合。
2.4 基于模型的公差分析應用解決方案
西門子的公差仿真模塊Teconomatix VATM（簡稱VA）可以直接讀取通過NX PMI定義的MBD模型中的GD&T信息，或通過轉換軟件從其它CAD文件中（如CATIA V5 FTA）讀取GD&T信息，通過建立產品和安裝工藝的三維虛擬裝配接觸鏈模型來自動確立產品的尺寸鏈裝配函數，通過基于蒙特卡羅原理的統計仿真計算來分析和優化產品的GD&T設計。VA的輸出則包括關鍵產品特性（Key Product Characteristics，簡稱KPC）的仿真結果和關鍵控制特性（Key Control Characteristics，簡稱KCC）的貢獻因子報告。VA模型可以在零部件和工裝制造之前就預測出在后續的制造和裝配階段是否會出現尺寸容差問題。工程設計人員可以通過VA模型的仿真結果和貢獻因子排列在數字化產品和工藝并行設計階段就對產品的設計、公差、工藝、和測量計劃進行優化，幫助減少制造和裝配偏差對產品質量、成本和開發周期的影響，實現面向制造的設計。
2.5 基于模型的工裝設計解決方案
西門子提供基于MBD的全三維數字化研發模式，將模塊化設計的理念應用到工裝設計中，通過對工裝的模塊化分類應用，實現工裝設計知識和經驗的積累和重用，促進工裝的創新設計；實現工裝上游數據的有效管理和狀態控制，實現工藝工裝設計的快速并行協同作業；實現工裝數據的全面管理，工裝設計結果在資源庫中的管理，從而實現工裝數據查詢、參考和重用；從而達到縮短周期、改進質量、減少成本的目的。
2.6 基于模型的零件工藝解決方案
西門子零件工藝解決方案將協同設計與制造，直接利用設計3D數據進行結構化工藝設計，關聯產品、資源、工廠數據。實現了從產品設計到工藝、制造的業務集成：包括產品設計（數據獲取）、工藝設計、工裝設計、工藝仿真、工藝卡片與統計報表、MES/ERP集成、知識管理及資源管理。在數字化工藝設計方面，可以及時獲取準確設計MBD模型，維護工藝與設計的一致性；提高工藝編制質量與效率，減少錯誤與返工；相關部門獲取實時、準確工藝數據，改進了工作質量和效率：豐富、直觀的工藝報表，減少了無效工作時間和出錯機會。在制造數據管理方面：與產品相關的設計、工藝、工裝、制造、項目管理等部門在統一數據平臺協同工作，在正確的時間獲取正確的數據，減少差錯，提高效率；在數控編程及管理方面：面向產品設計MBD模型的編程，識別零件特征與公差要求，基于典型零件和特征的模板化編程，極大地提高編程效率，改善質量，減少對員工經驗的依賴。
2.7 基于模型的裝配工藝解決方案
在西門子的裝配工藝解決方案中，裝配工藝與仿真建立于企業PLM平臺之上，充分利用設計MBD模型、資源、工程MBD模型，由流水分工、MBOM創建、結構化工藝設計、工藝仿真與優化、可視化工藝輸出、工藝統計報表部分組成，并實現各環節的數據管理，與PLM系統共用制造資源庫。系統與產品設計、工裝設計、維護維修、試驗測試等系統實現數據共享和協同，與ERP、MES實現系統集成。
同時把裝配工藝仿真放在PLM環境中統一考慮，提供在PLM環境下的裝配工藝仿真能力。可以與數字化裝配工藝規劃結合起來，為改進產品裝配制造過程提供了一個全新的方法和手段，來研究產品的可裝配性分析、裝配工藝的優化，裝配質量的控制，裝配工裝的驗證，以得到保證產品質量，縮短產品生產周期的目的。
2.8 基于模型的質量檢測解決方案
西門子數字化檢測解決方案，提供了從三坐標測量機（CMM）檢測編程到三坐標測量檢測執行的基于MBD的數字化檢測一體化解決方案，涵蓋了從制造工程到生產執行的環節。包含NX CMM檢測編程和CMM檢測執行兩大模塊。該解決方案通過重用MBD模型，極大地縮短了編程時間（最低可降低80%）；確保按公司標準檢查所有的零部件是否合乎要求；捕捉并分享最佳實踐；無需物理部件或機床，就能創建離線程序；有利于在整個流程中快速高效地傳達設計變更；簡化了軟件部署的足跡（只需一套系統，就能實現CAD、CAM和CMM）；確保最低的培訓要求。
2.9 基于模型的作業指導書解決方案
基于模型的作業指導書（Model Based Instruction，簡稱MBI）是整個MBE體系的重要一環，是連接虛擬設計世界和真實物理世界的紐帶和媒介。針對不同MBE能力水平的制造企業，西門子提供滿足不同企業需求的多層次的MBI解決方案。
最基本的是2D PDF，它能打印，也能以電子文件的形式在車間展示。其次是提供基于3D PDF的MBI解決方案，它內嵌三維模型，可以直接瀏覽、旋轉、測量，可以實現按工序/工步的動畫播放。最后西門子還提供基于Web的在線作業指導MBI解決方案，稱為EWI，它直接從Teamcenter服務器獲取工藝內容，展示內容包括工藝結構、工序流程圖（定義了工序/工步的串行并行）、操作描述、零組件配套表、工藝資源和三維模型。并且提供基于IPAD等便攜終端的訪問作業指導書，或直接在MES系統中訪問作業指導書。MBI電子化和實物技術狀態的電子化至少可以減少90%的查詢時間。作為工藝和現場的紐帶，MBI使得現場經驗也能回饋到工藝，從管理體系上縮短產品研制周期。
2.10 基于模型的制造執行管理
西門子提供從產品到生產的“一站式”完整解決方案，實現從產品、工藝、工裝、工廠的虛擬設計與驗證，到產品的實物制造、檢測、交付等全過程，實現產品與生產的緊密整合的解決方案，為現代制造業發展提供了新動力。
基于MBD的產品、工藝數據精確、實時地下發生產現場，實現了設計意圖精確數字傳遞與展示，減少了以往2D、3D多次轉換和理解帶來精度和時間上的損耗，使工人的操作更規范、便捷，提高了效率和質量。基于MBD的產品檢驗更有效地簡化手工操作，提高檢驗精度和效率，并將檢驗數據與產品模型、標注關聯，實現質量數據的統計和分析，達到及早糾正偏差，預防質量問題的發生。實現基于MBD的現場問題反饋，有效減少技術員與工人處理問題的時間，提高工作效率和質量，減少現場停工時間。基于MBD實做數據的采集，及返回PLM系統在實做BOM中管理，可有效應用于后期產品維護維修，以及產品改型、改進設計和制造。
2.11 面向MBE的供應鏈管理
西門子基于Teamcenter平臺，提供一套靈活的、成熟的供應鏈管理解決方案的組合，幫助OEM快速建立完整的供應鏈管理解決方案，而不需要復雜的集成定制，也極大限度降低供應商的投入。
基于Teamcenter平臺的多站點協同的能力、協同社區的能力以及基于公文包的供應關系管理能力，通過靈活組合，可以形成嵌入式、同步協同、異步協同（自助式）、異步協同（贊助式）等四種協同集成模式實現MBD模型的順暢流通。將實現高效的MBE數據交互能力，減少管理成本；支撐廣泛供應鏈內的閉環MBE流程；幫助MBE企業快速構建供應鏈（各種供應商包括OEM下屬單位、戰略合作伙伴、各種低成本供應商）全面集成協同與數據交互的能力，同時消除供應鏈管理中非增值的活動。
2.12 面向MBE的數字化服務管理
Teamcenter的數字化服務（TC MRO）解決方案可建立完整的產品服務工程、維護、維修和大修的功能，從而滿足產品服務生命周期管理和企業實物產品管理的需求。提供了整個生命周期的完全的可視性，可以使用配置驅動的產品服務的能力來規劃服務運作，優化服務執行，并更好地利用實物產品與零件、工具和設備庫存，最大限度地提高服務部門的效率。針對MBE企業，提供基于產品服務所需要的基于MBD模型的IETM（交互式電子技術手冊）創建、有效性管理以及多語言翻譯管理的全套能力；充分直接利用MBD模型，實現多種實物的可視化展現以及分析的能力；提供強大的基于MBD模型的維護維修的虛擬仿真能力；利用TC WEB客戶端與TC Mobility（基于IPAD等移動設備的TC）能力，把產品服務所需的技術數據包TDP或IETM快捷延伸到維護現場。數字化服務（TC MRO）解決方案以面向產品全生命周期的視角，通過有效閉環連接產品規劃、產品設計、產品制造與產品服務的業務環境，不僅僅提高產品服務的質量、效率和服務知識，同時通過服務反饋來提升產品規劃、設計、制造的質量。
2.13 MBD標準規范及在西門子軟件系統中的實現
西門子工業軟件公司的Teamcenter+NX已經被眾多的企業作為實現MBD技術的信息化平臺，在國內外得到了廣泛的應用，很多企業制定了基于Teamcenter+NX的MBD技術應用規范。這些規范對在Teamcenter+NX進行三維幾何模型的創建、三維標準的表達、數據的組織和管理等都進行了規范。針對MBD在數字化設計與工藝中的應用，運用NX OPEN、ITK等開發工具，將MBD的相關標準和規范融入NX與Teamcenter平臺，通過定制國標化、規范化、流程化、自動化的工具，構建基于西門子軟件的MBD應用系統，幫助客戶在已有的產品制造信息PMI技術基礎上，方便快捷地完成各流程的設計與定義。
基于西門子軟件的MBD應用系統包括MBD三維設計系統、MBD三維工藝系統、MBD標準檢驗系統三部分。
3 西門子MBE解決方案的價值定位
憑借西門子在工業自動化領域的強大的軟硬件全面集成的技術能力，以及完整的產品生命周期管理（PLM）解決方案的能力，西門子工業軟件公司在為各制造企業提供MBE的專業技術能力同時，也提供一套完整的MBE解決方案，并將以領先一步的方式幫助制造企業打造MBE能力體系。西門子MBE解決方案與服務：
- 為制造企業提供包括MBD模型定義、基于模型的工程（MBE）、基于模型的制造（MBM）和基于模型的服務（MBS）等世界領先的各種MBE專業能力，使其能夠在某些具備條件的專業業務領域快速具備MBE的能力，獲得MBE的收益。
- 為制造企業提供構建MBE完整能力體系的整體解決方案，可以引領企業逐步平滑的走上MBE的最高等級，減少中間過程中的繁重的系統集成與數據轉換的非增值活動，并以最小成本保障MBE的能力體系能夠得以持續的升級優化。
- 通過數字化技術與自動化技術的融合，使制造企業在邁向MBE企業的同時，可逐步走向真正的數字化企業（工廠），通過MBE能力與數字化工廠能力的融合，更大程度降低產品研發成本、縮短的新產品上市時間。
- 以西門子中央研究院進行MBE能力技術的突破，通過西門子眾多行業企業的實踐應用，始終保持領先一步的優勢，引領制造企業邁向的MBE的最高境界。
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本文標題：西門子MBE解決方案綜述
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