共同探讨 | 如何实现数字化转型与重型机械制造新格局
发布时间：
2021-11-17
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如今，原始设备制造商（OEM）在面临“零排放”问题时，既要实现数字化转型，又要实现对现有产品线的数字化改造。而这些看似独立的挑战之间又存在何种重合呢？目前，人们已经设计、生产和维护了多代内燃（IC）产品，但对电气变体却少有深刻体会或经验。无论是重型越野、消费性轻型车辆、还是空中移动，数字转型和电气化都深刻影响着如今的业务开展，同时也为未来的发展指明了方向。而目前的设计水平更是融合了近一个世纪以来的实践经验和数字分析中所获得的洞察力。设计要求和工程标准是我们业已积累的技能知识，但我们仍处于第一或第二代电气产品的变体时代中。鉴于此，设计、生产、运营和维护我们的电气产品系列的正确方法可能仍在未知的探索途中。
多数人对制造、装配设计和服务设计的“理解”源自经验积累：诸如工程、装配、操作和内燃产品维护等。一些设计要求源于数字工程，而其他许多设计要求可能是在经过多年的技术难点、设计迭代、工艺替代和制造流程中的试错后才得到的。而研究人员也一直在努力解决着和设计相关的各种问题，试图将其变得更好。譬如：
我们可能已经知道内燃机产品的十大服务问题，那么电动产品的问题呢？
现有产品的生产数据中，哪些项目有出现错误或缺陷的风险，当不再有火花塞、燃油泵或机油过滤器时，这些知识是否会被转化为其他形式呢？
当我们在装配过程中引入新的部件，或在服务和维护过程中移除或替换时，会出现什么风险？
目前还尚未有基于过去数年的生产数据，而对于未来几年内尚且不会进入市场的产品而言，我们还缺乏产品维护的分布式经验。畅享我们的电气化未来：不能简单地把内燃动力系统换成电池和电动马达。在新产品的规划、设计和以人为本的流程方面，机构的技术记忆是存在滞后性的，它存在于组装、维护、操作及使用等活动中，而在此过程中，人们是需要与拟议产品进行互动的。在本篇文章中，我们将讨论电气化将如何影响数字工程。
未来工艺发展新形态
工业重型机械和越野车辆的动力系统可以决定一个产品本身的潜在布局，其中，电气更新可以广泛影响其架构或拓扑结构。我们可以看到在电动汽车中出现了行李箱，前面的行李箱或货物空间占据了以前专门用于IC发动机的格间，以及电池如何在汽车的安全结构中发挥更大的作用。然而，虽然乘用车的配置更多是关于美学或风格，但非公路型重工业机器的布局则更加实用。传统上，大型单体内燃机与变速器相连，将发动机转速转换为车轮的滚动运动，旋转液压和气动泵，以及为电力系统供电的动能发电机。但当我们将重型机器电气化时，同样的布局是否还有必要，甚至可以取而代之。假设电动装载机的设计是否可以从分布式液压动力源中受益，而不是在整个设计中借助软去传递加压流体的单一集中式供应。毕竟，一旦我们把内燃机作为工作来源，我们就可以扩大设计的灵活性。
借助系统模拟解决方案，他们发现支持和反对分散式液压系统工程的正反两方主要归结为成本与能源效率，类似电动汽车工程的范围。当涉及到产品布局、制造要求和服务维护程序时，转向分散液压系统则会创造出新的挑战和机遇。如果要生产这种新一代的电动动力系统装载机，那我们能不能按照现在的方式去生产、操作或维护呢？
以人为本的虚拟验证：在生产前与产品互动
对于横跨数字化转型的重型机械制造商来说，缺乏实物产品的可用性和预生产环境就是他们所面临的新的挑战和风险，这就使得下一条装配线或单元的调试会变得困难。毕竟我们尚未有长达一个世纪的电气产品变体的生产经验。因此，我们需要考虑到，一旦人们在装配或服务过程中获得了新产品变体的经验，那么，新产品、装配过程和服务要求可能还会表现出次优的设计，以保证安全操作、高效维护和可持续生产。为了更快地发现和降低风险，我们的客户将在虚拟现实（VR）中进行审查，让团队在用户与产品互动的过程中体验未来的产品，我们称之为以人为本的产品和过程验证。
以人为本的过程审查可以让用户在一个身临其境的虚拟环境中把新产品的CAD数据与拟议的工具、生产辅助设备和装配线硬件结合起来。在VR中，用户可以将设计变体可视化，从而对设包装和空间要求的假设进行评估。而技术人员也能够看到他们需要什么来组装或服务拟议的电动产品。他们可以分析所需的间隙并提出新的安装路径或包装要求；他们可以在未来工厂的虚拟版本中合成装配任务，并评估装配顺序以验证生产过程；他们还可以进行试验，拆除或更换部件，以验证提议的服务方法。
当我们考虑新产品的工艺计划和工具对人类的影响，也要认识到企业成果的价值（如上图所示）。
设计中的固件和弹性软管/电缆的包装和空间要求；
组件的间隙和安装或拆卸/路径更换；
复杂机构与自身、相邻部件或人工操作员的物理相互作用；
涉及新产品的程序定义、评估和验证；
装配工具、装配单元、生产线和维修环境的评估、验证和优化；
为有效的人为因素和安全的人机工程条件进行设计；
与世界各地的利益相关者进行跨职能的合作。
对于新机器而言，系统设计的每一个决定：系统的替代布局、不同的拓扑结构、增加或消除组件，都可能会影响人们的有效操作、装配和服务能力。在这篇文章中，我们对系统团队提出的最初论点，即“我们应当分散液压系统还是依赖与ICE版本相同的拓扑结构”的结论性答案，不仅需要在系统工程的产出过程中予以验证，还需要验证该决定不会使工艺计划的其他方面失效。我们将深入探讨这些以人为本的产品和工艺设计在不同方面的设计验证。
