增材制造被普遍的認(rèn)為是帶來下一代工業(yè)革命的主要驅(qū)動因素，主要的原因是增材制造帶來小批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性和靈活性，個性化定制的可能性，以及復(fù)雜零件生產(chǎn)的可行性。不僅僅改變了我們對原來產(chǎn)品設(shè)計的印象，還帶來了供應(yīng)鏈的改變，縮短了產(chǎn)品上市時間，并且對環(huán)境更友好。

        然而，3D打印邁向產(chǎn)業(yè)化的過程中遇到了一系列的難題，其中包括：如何通過信息管理系統(tǒng)來管理增材制造數(shù)據(jù)流使得過程高效且可追溯，如何實現(xiàn)工藝可重復(fù)性、零件質(zhì)量的一致性，成熟的認(rèn)證和質(zhì)量檢測方法等。

3D打印將帶來制造的離散化特點(diǎn)，而如何將離散化的制造能夠有機(jī)的鏈接起來并在不同的制造工藝之間實現(xiàn)無縫融合，這是3D打印進(jìn)入規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的“基礎(chǔ)設(shè)施”，離開這樣的基礎(chǔ)設(shè)施，我們談再多的產(chǎn)業(yè)化潛力和前景都是無用之功。2019漢諾威工業(yè)博覽會上，西門子宣布西門子基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)——MindSphere牽手阿里云，正式進(jìn)入中國。MindSphere將把西門子的工業(yè)專長從車間延伸到云上，利用一系列連接技術(shù)，數(shù)據(jù)分析和可視化技術(shù)，提高企業(yè)對工廠和生產(chǎn)績效的洞察力，助力科學(xué)決策。利用云，企業(yè)能夠以可持續(xù)而經(jīng)濟(jì)的方式實現(xiàn)資產(chǎn)管理和數(shù)據(jù)管理，選擇適合自己的便捷的數(shù)字化工具，加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程。

本期，3D科學(xué)谷與谷友一起來領(lǐng)域西門子所打造的數(shù)字企業(yè)的“基礎(chǔ)設(shè)施”，通過歷年西門子在漢諾威工業(yè)博覽會關(guān)于數(shù)字制造的暢想來理解其數(shù)字制造領(lǐng)域厚積薄發(fā)的基礎(chǔ)所在，并通過西門子在漢諾威工業(yè)博覽會上關(guān)于3D打印的具體舉動來領(lǐng)略西門子將增材制造貫穿其數(shù)字制造流程的布局與實力。

價值貫穿數(shù)字制造

    隨著西門子在阿里云上的落地，將使得MindSphere能夠在合規(guī)、穩(wěn)定、安全的云平臺上與中國企業(yè)分享其在全球范圍內(nèi)經(jīng)過積累和檢驗的成熟經(jīng)驗和成果。隨著MindSphere在中國市場的落地生根、演變發(fā)展，西門子期待在不遠(yuǎn)的將來看到一個生長于中國市場、服務(wù)于中國市場、包含從終端用戶到OEM再到APP開發(fā)者的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。

由來已久的數(shù)字之旅

     根據(jù)西門子對其參加的漢諾威工業(yè)博覽會的描述，站在2013年看未來，信息技術(shù)不斷突破、工業(yè)技術(shù)日益融合等越來越成為趨勢。但是，若干年后我們再回過頭來看今天，當(dāng)基于信息技術(shù)的人、產(chǎn)品與機(jī)器之間的互動，將是一場真正的工業(yè)革命。德國人提出的“工業(yè)4.0”依舊振聾發(fā)聵，集成的西門子產(chǎn)品線覆蓋軟件、硬件以及服務(wù)業(yè)務(wù)為制造業(yè)的未來打下了堅實的基礎(chǔ)。

可以說西門子關(guān)于數(shù)字制造企業(yè)的夢想由來已經(jīng)，而在2013年就開始全面發(fā)力。西門子在制造領(lǐng)域的特色軟件服務(wù)產(chǎn)品包括從支持完整的加工機(jī)械和工廠自動化的設(shè)計和工程軟件、仿真工具及配套硬件，到與基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)MindSphere進(jìn)行互聯(lián)的設(shè)備等。面對3D打印走向產(chǎn)業(yè)化制造領(lǐng)域，西門子還推出了面向增材制造的無縫集成解決方案。

根據(jù)西門子，2014年漢諾威工業(yè)博覽會期間，西門子推出涵蓋制造業(yè)價值鏈各個階段的集成解決方案、大城市全面智能交通管理解決方案、以及可持續(xù)能源供應(yīng)基礎(chǔ)解決方案。西門子展示了其如何利用先進(jìn)技術(shù)通過數(shù)據(jù)鏈接、智能軟件和工業(yè)軟件推動電氣化、自動化、數(shù)字化等領(lǐng)域向前發(fā)展。這幾個問題并沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，只存在于企業(yè)和人們的不斷思考和實踐中。

2015年，事實驗證，數(shù)字化企業(yè)不再只是一個愿景。能否對企業(yè)的整個價值鏈進(jìn)行全面的數(shù)字化呈現(xiàn)，是提升效率、縮短上市時間的一個決定性因素。2015年的漢諾威工業(yè)博覽會上，西門子特別設(shè)立“數(shù)字化展廳“，展示數(shù)字化技術(shù)在制造業(yè)、過程工業(yè)以及機(jī)械行業(yè)等領(lǐng)域的案例和解決方案。

西門子一步一步驗證其在數(shù)字化制造領(lǐng)域的全面實力和巨人遠(yuǎn)見！

2019年漢諾威工業(yè)博覽會期間，西門子提出了“數(shù)字化企業(yè)–思考工業(yè)未來！”

隨著客戶對產(chǎn)品個性化需求的持續(xù)增加，企業(yè)必須不斷提高生產(chǎn)力和生產(chǎn)靈活性。為此，西門子獨(dú)特的數(shù)字化企業(yè)解決方案產(chǎn)品組合，融合虛擬世界與現(xiàn)實世界，助力各行業(yè)、各種規(guī)模的企業(yè)實現(xiàn)更快、更優(yōu)、更靈活、更安全的生產(chǎn)。

9號展廳是西門子的主展臺，展示了西門子針對行業(yè)的解決方案，如汽車和化工行業(yè)。

諸如柔性批量生產(chǎn)、模塊化生產(chǎn)、協(xié)作機(jī)器人等新技術(shù)的發(fā)展，正改變著社會對工業(yè)企業(yè)的需求。在2019漢諾威工業(yè)博覽會上，西門子展示了如何通過人工智能、邊緣計算等尖端技術(shù)，不斷擴(kuò)大數(shù)字化企業(yè)產(chǎn)品組合，如何開拓新途徑來利用數(shù)字化數(shù)據(jù)，以此提高生產(chǎn)力，探索新的商業(yè)模式。

西門子還展示了西門子電動交通技術(shù)，以及西門子產(chǎn)品生命周期管理最新技術(shù)。

虛擬與現(xiàn)實

各行各業(yè)日益增長的挑戰(zhàn)需要全新解決方案來優(yōu)化生產(chǎn)力和生產(chǎn)效率。關(guān)鍵在于創(chuàng)新利用機(jī)器和工廠數(shù)據(jù)，以獲得全新洞察，實現(xiàn)機(jī)器、工廠、過程和產(chǎn)品的高水平數(shù)字化雙胞胎。

通過將自動化、數(shù)字化以及人工智能、邊緣計算、5G和區(qū)塊鏈等尖端技術(shù)無縫融合，可將海量數(shù)據(jù)全面轉(zhuǎn)化為寶貴的知識與技術(shù)，闊步邁入數(shù)字化轉(zhuǎn)型的全新階段。

西門子展位，展示了眾多精彩用例，如閉環(huán)分析、自動導(dǎo)引車、具有卓越可用性和最高效率、基于Web的全新過程控制系統(tǒng)、智能工廠區(qū)塊鏈技術(shù)、認(rèn)知自動化工程以及虛擬現(xiàn)實全球協(xié)作等技術(shù)。

圖：德國總理默克爾參與揭幕帶增材制造過程的數(shù)字制造

根據(jù)西門子，制造業(yè)數(shù)字化已是一個全球關(guān)注的話題，該理念被稱為“工業(yè) 4.0”。新產(chǎn)品必須盡快上市?？蛻粜枰獋€性化產(chǎn)品。瞬息萬變的市場需要提高生產(chǎn)靈活性。需要持續(xù)提高生產(chǎn)效率，不斷縮短開發(fā)時間，并高效利用資源和能源。而且，還必須確保并持續(xù)提高產(chǎn)品質(zhì)量。

針對客戶和市場需求，數(shù)字化企業(yè)解決方案能夠提供更短的響應(yīng)時間，它開辟了全新及創(chuàng)新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。了解更多數(shù)字化如何提供競爭優(yōu)勢。
在2019年漢諾威工業(yè)博覽會期間，西門子還展示了薯片的數(shù)字化生產(chǎn)，在3D科學(xué)谷看來，不管是工業(yè)產(chǎn)品還是可以入口的薯片，數(shù)字化制造時代全面到來，正如3D科學(xué)谷在《3D打印與工業(yè)制造》一書所提到的“制造走向離散，加工技術(shù)的銜接走向無縫”。對于“小作坊“型的制造企業(yè)來說，小并不可怕，因為離散將是制造的趨勢，可怕的是沒有數(shù)字化，因為離開了數(shù)字化這條”血脈“與”神經(jīng)“網(wǎng)絡(luò)，這樣的模式將被整個時代拋棄。

離散制造無縫銜接

離散制造（Distributed Manufacturing) 是2019年漢諾威工業(yè)博覽會期間西門子展臺的一大核心亮點(diǎn)。

方案模塊化、制造離散化

在3D打印領(lǐng)域，西門子于2019年漢諾威工業(yè)博覽會期間宣布了與EDAG工程公司加強(qiáng)合作。西門子還展示了由EDAG和西門子以及Constellium，F(xiàn)raunhofer IAPT，Concept Laser和BLM共同完成的輕質(zhì)鋁結(jié)構(gòu) – “Next Gen Space frame 2.0”。

圖：西門子為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺MindSphere提供了一個新的應(yīng)用程序Fleet Manager for Machine Tools。 借助這種基于云的應(yīng)用程序（MindApp），可以監(jiān)控全球小型或大型生產(chǎn)站點(diǎn)的機(jī)床，并提高其可用性和生產(chǎn)率。來源：西門子

許多汽車制造商在使用3D打印技術(shù)用于汽車原型和小批量生產(chǎn)領(lǐng)域。寶馬、奧迪和福特經(jīng)常公開談?wù)撍麄兪褂迷霾闹圃旒夹g(shù)，而EDAG工程，卻是一家在汽車制造商背后的全力以赴、專門致力于開發(fā)3D打印汽車技術(shù)的工程公司。

“Next Generation Space Frame 2.0”智能模塊化系統(tǒng)結(jié)合了仿生力學(xué)設(shè)計和增材制造節(jié)點(diǎn)以及高強(qiáng)度，吸收能量的鋁合金擠壓型材。該概念提供極其靈活的制造解決方案，使其能夠支持越來越多的交通產(chǎn)品，同時仍考慮經(jīng)濟(jì)因素。

NextGenSpaceframe 2.0的主要功能：

- 基于數(shù)字工程流程鏈，縮短汽車或工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的增材制造原型和小型系列組件的“上市時間”。

- 工業(yè)4.0理念：3D打印鋁制車身節(jié)點(diǎn)與高強(qiáng)度的鋁擠壓型材相結(jié)合，作為高度靈活的“按需”制造，采用3D彎曲和無夾具連接技術(shù)，適用于汽車和工業(yè)應(yīng)用。

- 計算和實際測試表明，碰撞區(qū)域可以吸收預(yù)測的碰撞能量，并且增材制造節(jié)點(diǎn)不會在結(jié)構(gòu)上失效。

- 通過優(yōu)化流程和最小化支撐結(jié)構(gòu)，可以降低增材制造的成本。

- 西門子無縫工程數(shù)據(jù)流程鏈有助于顯著縮短開發(fā)和交付周期，并確保更高水平的開發(fā)成熟度。

EDAG工程公司在生產(chǎn)過程領(lǐng)域提供的專業(yè)知識為合作做出了重大貢獻(xiàn)。已經(jīng)創(chuàng)建了量身定制的未來工廠概念，使得為增材制造開發(fā)的組件也能夠以更大批量生產(chǎn)并轉(zhuǎn)移到實際的批量生產(chǎn)中。該項目成功的另一個重要因素是西門子憑借自己的燃?xì)廨啓C(jī)制造應(yīng)用（Finspang瑞典工廠和Worchester英國工廠）的知識為工廠自動化和數(shù)字化帶來的能力。

在漢諾威工業(yè)博覽會上，西門子推出了使用數(shù)字雙胞胎成功實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)型的第一步。與實際3D打印過程一樣，這包括整個增材制造生產(chǎn)鏈的工業(yè)化以及所有后續(xù)工藝步驟的“可視”化與可預(yù)測化。未來，西門子將創(chuàng)建可擴(kuò)展的模塊，以便從小批量生產(chǎn)到批量生產(chǎn)鋪平道路。

圖片：西門子關(guān)于3D打印-增材制造的數(shù)字雙胞胎

更好的制造結(jié)果

除了與EDAG集團(tuán)加強(qiáng)合作，西門子還展示了自身為新能源汽車制造所提供的從3D打印結(jié)構(gòu)一體化的電池殼體，到后處理，電池裝配等整套的數(shù)字化制造解決方案。

根據(jù)西門子增材制造副總裁Karsten Heuser博士，西門子新引入的數(shù)字雙胞胎可以預(yù)測3D打印過程中熱應(yīng)力引起的潛在變形。制造企業(yè)事先了解這一點(diǎn)，可以在實際開始打印過程之前調(diào)整設(shè)計，增加熱釋放支撐結(jié)構(gòu)或補(bǔ)償校正的對策。

圖片：西門子產(chǎn)品設(shè)計與生產(chǎn)以及數(shù)據(jù)管理過程，用于3D打印-增材制造

    通過各種同步數(shù)據(jù)分析，可以進(jìn)行早期質(zhì)量預(yù)測，西門子Industrial Edge中的人工智能實施和基于云的數(shù)據(jù)管理使得3D打印過程中逐層質(zhì)量控制成為可能。數(shù)字生產(chǎn)鏈的所有步驟都由一個集成的軟件平臺管理。這使用戶可以輕松地在端到端價值鏈中學(xué)習(xí)和調(diào)整設(shè)計。而數(shù)據(jù)一致性由西門子的協(xié)作平臺Teamcenter管理。

通過在工業(yè)4.0環(huán)境中使用西門子掌握的所有數(shù)字工具來查看生產(chǎn)的執(zhí)行階段，帶來了重大進(jìn)步，通過在連續(xù)生產(chǎn)中將虛擬與現(xiàn)實世界聯(lián)系起來，西門子可以為增材制造帶來生產(chǎn)力，可靠性和靈活性，并使工業(yè)增材制造生產(chǎn)變得可行。

舉個例子：在產(chǎn)品的數(shù)字雙胞胎中，用戶可以獲得所需的所有冷卻通道信息，以便以更加自動化和智能化的方式生成用于粉末去除的算法。通過使用粉末去除過程的數(shù)字雙胞胎，用戶可以在3D打印機(jī)仍在運(yùn)行時完成整個過程并設(shè)置所有參數(shù)。當(dāng)在現(xiàn)實世界中執(zhí)行粉末去除過程時，結(jié)果是更高的質(zhì)量和更高的效率，工業(yè)級SIMATIC自動化提供了可控、高效的便利。

正如3D科學(xué)谷在《3D打印與工業(yè)制造》一書所提到的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)賦能3D打印制造、商業(yè)和發(fā)展模式重塑”。西門子是一家值得敬佩的企業(yè)，將賦能離散制造，破除制造工藝之間的片段性。我們可以想像如果沒有巨頭的推動，3D打印將永遠(yuǎn)停留在一個”水坑”般的僵局中，而無法”匯入”制造業(yè)的海洋發(fā)揮其價值創(chuàng)造的潛力。