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　　圖1: 基于模型的企業(yè)-美國(guó)國(guó)防采辦協(xié)會(huì)

 

　　在美國(guó)下一代制造技術(shù)計(jì)劃（NGMTI）中MBE定義是：基于模型的企業(yè)，是一個(gè)制造業(yè)實(shí)體，通過(guò)應(yīng)用建模與仿真技術(shù)，對(duì)與設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)相關(guān)的所有技術(shù)與業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)迅速提升、無(wú)縫集成與全面管理。使用產(chǎn)品與過(guò)程模型定義、執(zhí)行、控制和管理全部的企業(yè)流程，使用科學(xué)仿真與分析工具支持產(chǎn)品生命周期各環(huán)節(jié)的最佳決策，大幅削減產(chǎn)品創(chuàng)新、開(kāi)發(fā)、制造與支持等各階段的費(fèi)用與時(shí)間成本。

 

　　擁有60多年歷史的美國(guó)國(guó)防科技工業(yè)計(jì)劃ManTech計(jì)劃中，MBE被描述為：在工程與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試及制造供應(yīng)鏈之間提供協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境。MBE的主線是促進(jìn)面向各種先進(jìn)流程要素的高度集成設(shè)計(jì)，包括對(duì)制造能力的實(shí)時(shí)掌握、高保真的費(fèi)用建模、高度準(zhǔn)確的生產(chǎn)前測(cè)試及確認(rèn)、確保首件質(zhì)量等。實(shí)施MBE的核心要素包括三維建模、制造流程仿真、運(yùn)用高性能計(jì)算工具進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)制造性能優(yōu)化、經(jīng)過(guò)校核的組件、流程費(fèi)用模型、端到端生產(chǎn)和試驗(yàn)流程的可視化等。MBE預(yù)期的目標(biāo)，是通過(guò)多維度的設(shè)計(jì)、建模和虛擬測(cè)試，在系統(tǒng)投入試制之前就獲得比較準(zhǔn)確的性能預(yù)期。

 

　　在ManTech計(jì)劃的先進(jìn)制造企業(yè)板塊中，MBE的概念和“Model Based X”及“Digital Thread”同時(shí)出現(xiàn)。MBE被描述為“建造數(shù)字主線”，其挑戰(zhàn)是通過(guò)先進(jìn)的建模與仿真技術(shù)、設(shè)計(jì)優(yōu)化工具、虛擬樣機(jī)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化工作，驅(qū)動(dòng)集成的設(shè)計(jì)、分析和制造信息流，使其形成貫穿產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)暢流。

 

　　在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院（NIST）舉辦的MBE峰會(huì)中，MBE的概念被描述為：全集成與協(xié)同的環(huán)境，建立在企業(yè)共享的詳細(xì)三維產(chǎn)品定義的基礎(chǔ)上，使能快速、無(wú)縫、費(fèi)用可接受的產(chǎn)品全生命周期部署。在產(chǎn)品生命周期的所有環(huán)節(jié)重用三維CAD模型，模型以標(biāo)注及其他組織信息的方式，包含了定義產(chǎn)品需要的全部信息，便于其他非CAD用戶讀取信息，或通過(guò)應(yīng)用程序自動(dòng)抽取信息，因此能夠取代傳統(tǒng)的繪圖。

 

　　在NIST 1753報(bào)告中，認(rèn)為“基于模型的企業(yè)”和“基于模型的工程”是可互換的概念。“基于模型的工程”是指“實(shí)施于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、制造和服務(wù)各環(huán)節(jié)的舉措，使用數(shù)字化模型驅(qū)動(dòng)所有的工程活動(dòng)”，而“基于模型的企業(yè)”是指使用“基于模型的工程”的組織，這種組織中需要有“基于模型的環(huán)境”作為“基于模型的工程”的實(shí)施和運(yùn)行環(huán)境。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，可以認(rèn)為，有能力提供“基于模型的環(huán)境”，實(shí)施“基于模型的工程”，這樣的企業(yè)就正在邁向“基于模型的企業(yè)”。

 

　　在美國(guó)陸軍實(shí)驗(yàn)室Paul Huang的認(rèn)識(shí)里，創(chuàng)建于產(chǎn)品生命周期開(kāi)端的“基于模型的定義”，在整個(gè)企業(yè)中被重用，就是在創(chuàng)建“基于模型的企業(yè)”。“基于模型的企業(yè)”持續(xù)關(guān)注CAD系統(tǒng)之間的互操作性、制造過(guò)程定義和以CAD模型表達(dá)的產(chǎn)品定義。

 

　　在制造業(yè)信息系統(tǒng)高級(jí)專家Denise Duncan的文章中，MBE被認(rèn)為是對(duì)“在產(chǎn)品生命周期一致性使用3D模型的各種手段的統(tǒng)稱”。

 

　　在NIST工程實(shí)驗(yàn)室制造系統(tǒng)集成事業(yè)部Frechtte的文章中，定義MBE是應(yīng)用建模和仿真技術(shù)集成和管理其與生產(chǎn)和服務(wù)相關(guān)之技術(shù)和業(yè)務(wù)流程的組織，同時(shí)也指出MBE是一種能顯著提高制造企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的“先進(jìn)制造過(guò)程”。

 

　　MBE：工業(yè)百條正解

 

　　基于模型的企業(yè)，描述的是正在實(shí)行整體數(shù)字化戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的企業(yè)，采用基于模型的工程作為數(shù)字化轉(zhuǎn)型抓手，持續(xù)建設(shè)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造基礎(chǔ)設(shè)施作為必要的運(yùn)行環(huán)境，應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的產(chǎn)品復(fù)雜度。

 

　　同樣以“基于模型”的定語(yǔ)冠名，但“基于模型的企業(yè)”與“基于模型的系統(tǒng)工程”卻體現(xiàn)出鮮明的差異，大體上講，以幾何模型為分界點(diǎn)，“基于模型的系統(tǒng)工程”側(cè)重于幾何生成之前，“基于模型的企業(yè)”側(cè)重幾何生成之后。

 

　　軍方強(qiáng)力推動(dòng)

 

　　實(shí)施MBE的過(guò)程是對(duì)一系列數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)的企業(yè)級(jí)推廣應(yīng)用，核心是以三維模型匯集產(chǎn)品信息。

 

　　20世紀(jì)90年代以來(lái)，在并行工程、集成研發(fā)和其他新興學(xué)科理念的引導(dǎo)下，將制造業(yè)價(jià)值鏈全面數(shù)字化漸成制造業(yè)企業(yè)的重要戰(zhàn)略選項(xiàng)?；谀Ｐ偷钠髽I(yè)這一概念應(yīng)運(yùn)而生，其基本思想是通過(guò)導(dǎo)入集成研發(fā)方法、應(yīng)用建模仿真技術(shù)、引入PDM/PLM等技術(shù)數(shù)據(jù)管理工具、建立共享的知識(shí)庫(kù)和模型庫(kù)等企業(yè)集成措施的綜合運(yùn)用，逐漸提升制造企業(yè)的成熟度，使其達(dá)到靈活、精益等高級(jí)狀態(tài)。通過(guò)共享的模型庫(kù)、工具鏈和業(yè)務(wù)流程，降低企業(yè)間集成的難度，提高整個(gè)供應(yīng)鏈的效率。

 

　　在2005年到2008年，是MBE技術(shù)愿景和概念的發(fā)展論證階段，以美國(guó)下一代制造技術(shù)計(jì)劃的MBE推動(dòng)領(lǐng)域?yàn)橹黧w，在MBE技術(shù)路線圖中深入討論了“基于模型的企業(yè)”各個(gè)方面的愿景，歸納了80個(gè)建設(shè)目標(biāo)和300多條建設(shè)需求，規(guī)劃出13項(xiàng)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。

 

　　從2008年開(kāi)始，美國(guó)軍方的科研機(jī)構(gòu)、軍工總包商、標(biāo)準(zhǔn)化和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、CAD&PLM工具和解決方案供應(yīng)商一起，在繼承NGMTI的MBE愿景和知識(shí)資源的基礎(chǔ)上，重新定義了MBE概念，確定以基于三維模型的產(chǎn)品定義為主模型為產(chǎn)品生命周期提供技術(shù)信息，共同推動(dòng)在設(shè)計(jì)信息、制造信息、維護(hù)保養(yǎng)信息、操作信息、制造質(zhì)量信息等各環(huán)節(jié)使能技術(shù)的發(fā)展。

 

　　在深刻理解NGMTI規(guī)劃的MBE愿景基礎(chǔ)上，在CAD、CAE、CAM和數(shù)控機(jī)床等以3D模型為基礎(chǔ)的技術(shù)裝備和手段得到主要制造商廣泛應(yīng)用的背景下，懷著對(duì)增材制造技術(shù)前景的樂(lè)觀判斷，美國(guó)國(guó)防部選擇了三維模型為產(chǎn)品生命周期所有工程活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。因此，在2008年之后，貫穿產(chǎn)品生命周期的對(duì)三維模型的使用，常被認(rèn)為是實(shí)施MBE的重要舉措。

 

　　完全實(shí)施MBE意味著在概念設(shè)計(jì)階段就創(chuàng)建產(chǎn)品的3D模型，在產(chǎn)品生命周期的其他階段持續(xù)發(fā)展這個(gè)模型，在關(guān)鍵工程環(huán)節(jié)利用模型促進(jìn)協(xié)同。3D模型為各種操作和維護(hù)作業(yè)提供了前后一致的產(chǎn)品技術(shù)信息描述。3D模型包含了定義產(chǎn)品需要的所有信息，允許自動(dòng)抽取從虛擬樣機(jī)到交互式電子手冊(cè)等各種應(yīng)用場(chǎng)景中需要的數(shù)據(jù)，在多主體間減少信息失真和信息不對(duì)稱。

 

　　一項(xiàng)由美國(guó)國(guó)防部后勤局資助在LMI實(shí)施關(guān)注于對(duì)3D技術(shù)數(shù)據(jù)包應(yīng)用的研究表明，3D數(shù)據(jù)包更完整、更具有互操作性，能更好地支持系統(tǒng)生命周期的維護(hù)保障階段。如果采用MBE，美國(guó)國(guó)防部后勤局在消耗性備件方面，每年大約可節(jié)省9.39億美元。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，若沒(méi)有搭配高品質(zhì)的技術(shù)數(shù)據(jù)，相對(duì)于那些搭配了高品質(zhì)技術(shù)數(shù)據(jù)的采購(gòu)，備件成本會(huì)增加至2.1倍。

 

　　DoD十分重視MBE舉措的推廣應(yīng)用。擁有60多年歷史的ManTech國(guó)防科技工業(yè)計(jì)劃將“持續(xù)不斷地推進(jìn)基于模型的制造與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在航空和航海結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用”作為ManTech當(dāng)代七大成就之一。在2009年公布的ManTech戰(zhàn)略發(fā)展計(jì)劃中，將MBE列入四大推動(dòng)領(lǐng)域之一的“高度互聯(lián)和協(xié)同的防務(wù)制造企業(yè)”，并授予美國(guó)陸軍實(shí)施的MBE項(xiàng)目“以模型為中心的設(shè)計(jì)”以“2009年度國(guó)防科技工業(yè)技術(shù)成就獎(jiǎng)”。

 

　　2010年，ManTech計(jì)劃新設(shè)了先進(jìn)制造企業(yè)（AME）專欄，將MBE納入“制造企業(yè)建模和仿真”板塊，與之并列的是“基于模型的工程/設(shè)計(jì)”、“國(guó)防部建模與仿真”、“生產(chǎn)力建模”等內(nèi)容。

 

　　從2009年到2015年，ManTech計(jì)劃公開(kāi)報(bào)道了5項(xiàng)MBE項(xiàng)目的成功案例，涉及到機(jī)槍備件采購(gòu)、彈藥銷毀、地面戰(zhàn)斗車(chē)輛、防爆防伏擊車(chē)輛、三維模型創(chuàng)建、產(chǎn)品生命周期管理入門(mén)、交付物創(chuàng)建等方面。截至2015年最新的投資項(xiàng)目是改善技術(shù)數(shù)據(jù)的交換過(guò)程，關(guān)注在電子系統(tǒng)中使用3D技術(shù)數(shù)據(jù)、交付給政府的技術(shù)數(shù)據(jù)包校核與確認(rèn)和MBE能力轉(zhuǎn)化等。

 

　　成熟度分級(jí)

 

　　從2009年開(kāi)始，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）和美國(guó)軍方相關(guān)部門(mén)共同舉辦一年一度的MBE峰會(huì)，召集眾多相關(guān)方共同探討和交流MBE的相關(guān)技術(shù)進(jìn)展和應(yīng)用實(shí)踐。NIST的制造伙伴擴(kuò)展部門(mén)也從2009年開(kāi)始對(duì)全美的制造業(yè)企業(yè)進(jìn)行MBE相關(guān)培訓(xùn)和能力評(píng)定，重點(diǎn)面向中小企業(yè)推廣MBE。在2017年的MBE峰會(huì)上，NIST第一次設(shè)置了“MBE101”板塊，致力于為更多的制造業(yè)企業(yè)提供MBE的入門(mén)服務(wù)。在技術(shù)轉(zhuǎn)化方面，MBE主要是通過(guò)美國(guó)軍方的ManTech計(jì)劃、尤其是2010年設(shè)置的“AME（先進(jìn)制造企業(yè)）”子板塊向軍隊(duì)和軍工總包商實(shí)施技術(shù)轉(zhuǎn)化，通過(guò)美國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中的DMDII數(shù)字化制造設(shè)計(jì)創(chuàng)新中心聯(lián)絡(luò)工業(yè)軟件&PLM解決方案供應(yīng)商及制造業(yè)中小企業(yè)。

 

　　2014年成立的美國(guó)數(shù)字化制造與設(shè)計(jì)創(chuàng)新中心DMDII也接過(guò)了“先進(jìn)制造企業(yè)”的旗幟，明確了MBD作為MBE的實(shí)施基礎(chǔ)，將MBE和“數(shù)字主線”放在相同的能力目錄下，通過(guò)“數(shù)字化制造公地”云平臺(tái)實(shí)施產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。
 

　　表1：MBE能力成熟度等級(jí)

 

　　南山工業(yè)書(shū)院研究組整理

　　NIST2009年的MBE成熟度評(píng)估結(jié)果顯示，大部分的制造企業(yè)集中分布在MBE能力的1、2、3級(jí)，只有雷神等4家企業(yè)達(dá)到了4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)陸軍在“網(wǎng)絡(luò)中心化基于模型的企業(yè)”戰(zhàn)略計(jì)劃中，設(shè)置2020年為陸軍后勤組織達(dá)到4級(jí)左右的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。但是根據(jù)NASA和羅克韋爾等企業(yè)在公開(kāi)場(chǎng)合的表達(dá)，似乎顯示了他們?cè)谶@個(gè)體系中會(huì)選擇止步于4級(jí)左右的傾向。

 

　　制造企業(yè)是務(wù)實(shí)的，需要始終以技術(shù)對(duì)企業(yè)制造過(guò)程和使能產(chǎn)品的實(shí)際改善為依據(jù)，只有通過(guò)切實(shí)的驗(yàn)證與評(píng)估，才能將其納入戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型之路。隨著數(shù)字化制造和智能制造的推進(jìn)，基于模型的企業(yè)，將成為一種極具挑戰(zhàn)性的戰(zhàn)略理念。