基于模型的企业MBE已成为当代先进制造体系的具体体现，它的进展代表了数字化制造的未来。美国陆军研究院指出“如果恰当的构建企业MBE的能力体系，能够减少50%-70%的非重复成本，能够缩短达50%的上市时间”。基于此，美国国防部办公厅明确指出，将在其所有供应链中各企业推行MBE体系，开展MBE的能力等级认证。全世界众多装备制造企业也逐步加入到MBE企业能力建设的大军中。
完整的MBE能力体系构建，就是以MBD模型为统一的“工程语言”，按系统工程方法的指导，全面优化梳理企业内外、产品全生命周期业务流程、标准，采用先进的信息化技术，形成一套崭新的完整的产品研制能力体系。企业需要一套面向MBE的信息化环境，帮助企业实现MBD模型以及相关数据能够在企业内外能够顺畅流通、可直接利用。对于每一个制造企业，跨企业内外的产品全生命周期业务是非常复杂的，基于现有各自独立的信息化技术和工具，不可避免需要处理大量的系统集成和数据转换，才勉强能保障MBD模型以及相关数据的流通或可利用。这将是致力于成为MBE企业直接面临的最大的问题。西门子工业软件不仅具备专项MBE能力与工具，更能聚合整个西门子的优势，为制造企业提供完整的MBE解决方案，支撑企业实现跨供应链的产品全生命周期的MBE业务。
1 西门子MBE解决之道
凭借西门子在工业自动化领域的强大的软硬件全面集成的技术能力，以及完整的产品生命周期管理（PLM）解决方案的能力，西门子工业软件公司从一开始就积极参与MBD定义的技术开发、标准制定，以及美国国防部与波音公司的诸多验证性项目的实践。西门子完整的MBE解决方案，以系统工程思想为指导，贯穿从产品需求开始、经过产品设计、产品制造直至产品服务的完整产品全生命周期的过程，在各个阶段的各种信息能够被准确的定义到以MBD模型为核心的技术数据包中，并始终保持上游的技术数据包能够被下游直接重用，一直拓展到生产现场或服务现场。西门子MBE解决方案，是通过综合利用NX为基础的MBD定义工具、Tecnomatix支持MBD模式的数字化制造解决方案、Teamcenter支撑MBE企业产品全生命周期管理平台，有机形成了从设计、工艺、制造及服务和维护全面的MBE解决方案体系。
2 西门子MBE解决方案概述
2.1 基于模型的系统工程解决方案
西门子基于模型的系统工程（MBSE）的解决方案，为复杂产品的研制提供了～个独特的MBD模型驱动的系统工程工作环境，它从需求阶段开始即通过模型（而非文档）的不断演化、迭代递增而实现产品的系统设计；通过模型的结构化定义可以清晰地刻画产品设计初期结构、功能与行为等各方面的需求；基于模型可以尽早通过模拟分析发现大量不合理的设计方案；同时模型还为各方提供了一个公共通用的、无二义性的设计信息交流工具，这一点尤其对复杂产品异地分布的系统设计具有重要意义。
2.2 基于模型的三维产品设计解决方案
西门子MBD模型定义解决方案为实现基于MBD的三维数字化产品研发提供了工具保障：NXPMI提供了完整的三维标注环境、全面的工具套件，实现MBD模型定义过程的流畅；简单化的创建、放置和编辑，便于MBD模型的快速定义和PMI数据的有序管理；Teamcenter提供了工程协同管理环境，对MBD模型数据及其创建过程的有效管理，便于设计/制造/服务等以及供应链的全面协同：集成的NX PMI，通过PMI的一次创建，多次多点应用，实现数据重用的最大化。
图1 西门子提供基于产品全生命周期管理的MBE解决方案
图2 西门子MBE解决方案的总体架构
2.3 基于模型的设计分析应用解决方案
西门子NX提供CAD/CAE一体化的工具平台，把先进几何创建工具的能力与同步建模技术的速度和灵活性完美地结合在一起，为设计者提供边设计边分析的可能性，极大限度提高对MBD模型直接利用的效率。同时Teamcenter提供统一管理平台，实现设计与仿真数据统一管理，提高了仿真数据查询，分析过程和知识重用的效率，完整的多学科一体化仿真环境，降低了软件使用的复杂度，使得设计与分析工程能够共用一个图形界面环境，易于交流与沟通，有效实现结构与性能等多专业的协同与融合。
2.4 基于模型的公差分析应用解决方案
西门子的公差仿真模块Teconomatix VATM（简称VA）可以直接读取通过NX PMI定义的MBD模型中的GD&T信息，或通过转换软件从其它CAD文件中（如CATIA V5 FTA）读取GD&T信息，通过建立产品和安装工艺的三维虚拟装配接触链模型来自动确立产品的尺寸链装配函数，通过基于蒙特卡罗原理的统计仿真计算来分析和优化产品的GD&T设计。VA的输出则包括关键产品特性（Key Product Characteristics，简称KPC）的仿真结果和关键控制特性（Key Control Characteristics，简称KCC）的贡献因子报告。VA模型可以在零部件和工装制造之前就预测出在后续的制造和装配阶段是否会出现尺寸容差问题。工程设计人员可以通过VA模型的仿真结果和贡献因子排列在数字化产品和工艺并行设计阶段就对产品的设计、公差、工艺、和测量计划进行优化，帮助减少制造和装配偏差对产品质量、成本和开发周期的影响，实现面向制造的设计。
2.5 基于模型的工装设计解决方案
西门子提供基于MBD的全三维数字化研发模式，将模块化设计的理念应用到工装设计中，通过对工装的模块化分类应用，实现工装设计知识和经验的积累和重用，促进工装的创新设计；实现工装上游数据的有效管理和状态控制，实现工艺工装设计的快速并行协同作业；实现工装数据的全面管理，工装设计结果在资源库中的管理，从而实现工装数据查询、参考和重用；从而达到缩短周期、改进质量、减少成本的目的。
2.6 基于模型的零件工艺解决方案
西门子零件工艺解决方案将协同设计与制造，直接利用设计3D数据进行结构化工艺设计，关联产品、资源、工厂数据。实现了从产品设计到工艺、制造的业务集成：包括产品设计（数据获取）、工艺设计、工装设计、工艺仿真、工艺卡片与统计报表、MES/ERP集成、知识管理及资源管理。在数字化工艺设计方面，可以及时获取准确设计MBD模型，维护工艺与设计的一致性；提高工艺编制质量与效率，减少错误与返工；相关部门获取实时、准确工艺数据，改进了工作质量和效率：丰富、直观的工艺报表，减少了无效工作时间和出错机会。在制造数据管理方面：与产品相关的设计、工艺、工装、制造、项目管理等部门在统一数据平台协同工作，在正确的时间获取正确的数据，减少差错，提高效率；在数控编程及管理方面：面向产品设计MBD模型的编程，识别零件特征与公差要求，基于典型零件和特征的模板化编程，极大地提高编程效率，改善质量，减少对员工经验的依赖。
2.7 基于模型的装配工艺解决方案
在西门子的装配工艺解决方案中，装配工艺与仿真建立于企业PLM平台之上，充分利用设计MBD模型、资源、工程MBD模型，由流水分工、MBOM创建、结构化工艺设计、工艺仿真与优化、可视化工艺输出、工艺统计报表部分组成，并实现各环节的数据管理，与PLM系统共用制造资源库。系统与产品设计、工装设计、维护维修、试验测试等系统实现数据共享和协同，与ERP、MES实现系统集成。
同时把装配工艺仿真放在PLM环境中统一考虑，提供在PLM环境下的装配工艺仿真能力。可以与数字化装配工艺规划结合起来，为改进产品装配制造过程提供了一个全新的方法和手段，来研究产品的可装配性分析、装配工艺的优化，装配质量的控制，装配工装的验证，以得到保证产品质量，缩短产品生产周期的目的。
2.8 基于模型的质量检测解决方案
西门子数字化检测解决方案，提供了从三坐标测量机（CMM）检测编程到三坐标测量检测执行的基于MBD的数字化检测一体化解决方案，涵盖了从制造工程到生产执行的环节。包含NX CMM检测编程和CMM检测执行两大模块。该解决方案通过重用MBD模型，极大地缩短了编程时间（最低可降低80%）；确保按公司标准检查所有的零部件是否合乎要求；捕捉并分享最佳实践；无需物理部件或机床，就能创建离线程序；有利于在整个流程中快速高效地传达设计变更；简化了软件部署的足迹（只需一套系统，就能实现CAD、CAM和CMM）；确保最低的培训要求。
2.9 基于模型的作业指导书解决方案
基于模型的作业指导书（Model Based Instruction，简称MBI）是整个MBE体系的重要一环，是连接虚拟设计世界和真实物理世界的纽带和媒介。针对不同MBE能力水平的制造企业，西门子提供满足不同企业需求的多层次的MBI解决方案。
最基本的是2D PDF，它能打印，也能以电子文件的形式在车间展示。其次是提供基于3D PDF的MBI解决方案，它内嵌三维模型，可以直接浏览、旋转、测量，可以实现按工序/工步的动画播放。最后西门子还提供基于Web的在线作业指导MBI解决方案，称为EWI，它直接从Teamcenter服务器获取工艺内容，展示内容包括工艺结构、工序流程图（定义了工序/工步的串行并行）、操作描述、零组件配套表、工艺资源和三维模型。并且提供基于IPAD等便携终端的访问作业指导书，或直接在MES系统中访问作业指导书。MBI电子化和实物技术状态的电子化至少可以减少90%的查询时间。作为工艺和现场的纽带，MBI使得现场经验也能回馈到工艺，从管理体系上缩短产品研制周期。
2.10 基于模型的制造执行管理
西门子提供从产品到生产的“一站式”完整解决方案，实现从产品、工艺、工装、工厂的虚拟设计与验证，到产品的实物制造、检测、交付等全过程，实现产品与生产的紧密整合的解决方案，为现代制造业发展提供了新动力。
基于MBD的产品、工艺数据精确、实时地下发生产现场，实现了设计意图精确数字传递与展示，减少了以往2D、3D多次转换和理解带来精度和时间上的损耗，使工人的操作更规范、便捷，提高了效率和质量。基于MBD的产品检验更有效地简化手工操作，提高检验精度和效率，并将检验数据与产品模型、标注关联，实现质量数据的统计和分析，达到及早纠正偏差，预防质量问题的发生。实现基于MBD的现场问题反馈，有效减少技术员与工人处理问题的时间，提高工作效率和质量，减少现场停工时间。基于MBD实做数据的采集，及返回PLM系统在实做BOM中管理，可有效应用于后期产品维护维修，以及产品改型、改进设计和制造。
2.11 面向MBE的供应链管理
西门子基于Teamcenter平台，提供一套灵活的、成熟的供应链管理解决方案的组合，帮助OEM快速建立完整的供应链管理解决方案，而不需要复杂的集成定制，也极大限度降低供应商的投入。
基于Teamcenter平台的多站点协同的能力、协同社区的能力以及基于公文包的供应关系管理能力，通过灵活组合，可以形成嵌入式、同步协同、异步协同（自助式）、异步协同（赞助式）等四种协同集成模式实现MBD模型的顺畅流通。将实现高效的MBE数据交互能力，减少管理成本；支撑广泛供应链内的闭环MBE流程；帮助MBE企业快速构建供应链（各种供应商包括OEM下属单位、战略合作伙伴、各种低成本供应商）全面集成协同与数据交互的能力，同时消除供应链管理中非增值的活动。
2.12 面向MBE的数字化服务管理
Teamcenter的数字化服务（TC MRO）解决方案可建立完整的产品服务工程、维护、维修和大修的功能，从而满足产品服务生命周期管理和企业实物产品管理的需求。提供了整个生命周期的完全的可视性，可以使用配置驱动的产品服务的能力来规划服务运作，优化服务执行，并更好地利用实物产品与零件、工具和设备库存，最大限度地提高服务部门的效率。针对MBE企业，提供基于产品服务所需要的基于MBD模型的IETM（交互式电子技术手册）创建、有效性管理以及多语言翻译管理的全套能力；充分直接利用MBD模型，实现多种实物的可视化展现以及分析的能力；提供强大的基于MBD模型的维护维修的虚拟仿真能力；利用TC WEB客户端与TC Mobility（基于IPAD等移动设备的TC）能力，把产品服务所需的技术数据包TDP或IETM快捷延伸到维护现场。数字化服务（TC MRO）解决方案以面向产品全生命周期的视角，通过有效闭环连接产品规划、产品设计、产品制造与产品服务的业务环境，不仅仅提高产品服务的质量、效率和服务知识，同时通过服务反馈来提升产品规划、设计、制造的质量。
2.13 MBD标准规范及在西门子软件系统中的实现
西门子工业软件公司的Teamcenter+NX已经被众多的企业作为实现MBD技术的信息化平台，在国内外得到了广泛的应用，很多企业制定了基于Teamcenter+NX的MBD技术应用规范。这些规范对在Teamcenter+NX进行三维几何模型的创建、三维标准的表达、数据的组织和管理等都进行了规范。针对MBD在数字化设计与工艺中的应用，运用NX OPEN、ITK等开发工具，将MBD的相关标准和规范融入NX与Teamcenter平台，通过定制国标化、规范化、流程化、自动化的工具，构建基于西门子软件的MBD应用系统，帮助客户在已有的产品制造信息PMI技术基础上，方便快捷地完成各流程的设计与定义。
基于西门子软件的MBD应用系统包括MBD三维设计系统、MBD三维工艺系统、MBD标准检验系统三部分。
3 西门子MBE解决方案的价值定位
凭借西门子在工业自动化领域的强大的软硬件全面集成的技术能力，以及完整的产品生命周期管理（PLM）解决方案的能力，西门子工业软件公司在为各制造企业提供MBE的专业技术能力同时，也提供一套完整的MBE解决方案，并将以领先一步的方式帮助制造企业打造MBE能力体系。西门子MBE解决方案与服务：
- 为制造企业提供包括MBD模型定义、基于模型的工程（MBE）、基于模型的制造（MBM）和基于模型的服务（MBS）等世界领先的各种MBE专业能力，使其能够在某些具备条件的专业业务领域快速具备MBE的能力，获得MBE的收益。
- 为制造企业提供构建MBE完整能力体系的整体解决方案，可以引领企业逐步平滑的走上MBE的最高等级，减少中间过程中的繁重的系统集成与数据转换的非增值活动，并以最小成本保障MBE的能力体系能够得以持续的升级优化。
- 通过数字化技术与自动化技术的融合，使制造企业在迈向MBE企业的同时，可逐步走向真正的数字化企业（工厂），通过MBE能力与数字化工厂能力的融合，更大程度降低产品研发成本、缩短的新产品上市时间。
- 以西门子中央研究院进行MBE能力技术的突破，通过西门子众多行业企业的实践应用，始终保持领先一步的优势，引领制造企业迈向的MBE的最高境界。
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本文标题：西门子MBE解决方案综述
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