數字化制造和設計創新(DMDI)研究院 Digital Manufacturing and Design Innovation Institute

對美國制造業的影響

美國制造業需要加速進入市場以獲取全球競爭力優勢?!皵底志€程”1集成和驅動現代化設計、制造和產品的支持過程,以減少全生命周期時間,實現一次性成功,并且是唯一可行的方式來處理產品不斷增加的復雜性。 或許人們對“未來工廠”的愿景有很多不同的認識(如先進制造企業,智能制造系統,敏捷制造,工業網絡等),但是一個共同的理解就是,成功實現“未來工廠” 的關鍵是網絡化的數據驅動過程。該過程在任何層面(從車間到工廠及全球供應鏈)上把創新自動化、傳感和控制與制造業勞動力緊密結合。實現這一目標,需要在 很多方面開展競爭前合作(Pre-Competitive Collaboration)2, 數字化制造和設計創新(DMDI)研究院將重點聚焦成熟的“數字線程”在制造業及機電組件和系統的設計上的廣泛應用。由于復雜性、集成和成本水平的不斷提 高,這不僅涉及到美國國防部的重大利益,也涉及到最商業化的工業部門(包括航空航天、交通運輸和能源等)。典型的例子包括動力傳動系統,推進和結構部件, 以及控制子系統和系統等。DMDI研究院將提供試驗場來鏈接有發展前景的信息技術、工具、標準、型號、傳感器、控制、做法和技能,繼而將這些功能過渡到工業 基地并全面應用。該研究院將組建跨學科的研究團隊,整合IT和制造解決方案,并與多業界合作,推動數字技術在供應鏈中的應用。與全球其他競爭者相比,該研究院將成為美國制造商的“知識樞紐”(Intellectual Hub),在更短的時間內,連接美國制造商靈活的生產經營、數字數據的安全、從傳感器和數據分析的反饋控制質量、維護一個可信的產品銷售和交付監管鏈。

對美國經濟的影響

通過“數字線程”在設計、生產和銷售等環節的智能和綜合運用,DMDI研究院將有效提升美國中小型制造企 業的全球競爭力,從而消除任何來自低成本、低技能勞動力的競爭優勢。數字化制造和設計(Digital Manufacturing and Design,簡稱DMD)適用于幾乎所有的制造業部門,預計在整個制造業將減少大約10%的成本。如在美國商業航空領域,在今后15年內成本將節約 300億美元左右。美國國防部和其他經濟部門有著相似的商業案例和強勁的投資回報機會。

國防部投資理由

美國國防部肩負著確保美國制造業演變成為更敏捷、連接、協同及高效產業的巨大責任。當前,美國制造業部門 lady-era pills 需要復雜的、高度集成的系統,以獲得技術優勢,但它缺乏公開的市場或機構來推動其降低成本或生產周期。DMDI研究院將從實驗室到原型工廠提供商業智能機電 設計和制造能力,提高商業化的生產效率,減少最終成型設計前的失誤。在一個開放的、高度協作的環境中,DMDI研究院通過數字聯網及同步流程和工具的深入應用,降低交貨時間和生產成本,推動美國制造業發展模式的轉變。

DMDI學院的基本目標

美國數字化制造和設計創新(DMDI)研究院的目標是建立一個國家機構,專注于美國制造業領域的一些復雜問題,并制定相關解決方案,以抵消美國制 造業企業采用這些新技術的風險,從而提高競爭力。由于全球競爭力是由哪些產品以極具競爭力的價格進入市場而驅動的,因此,DMDI研究院的工作重點將是在制造業企業范圍內利用“數字線程”,高度集成制造和設計復雜的產品,以降低生產成本和時間。減少時間和成本將產品推向市場的能力,是一種政府和行業常見的共同需要。此外,政府和行業還需要一種方法來降低采用新技術的風險。

目前,數字化制造和設計創新(DMDI)研究院聚焦的四個核心技術領域包括:

先進制造企業(Advanced Manufacturing Enterprise

首先,主要包括敏捷和強大的制造策略和綜合能力,這可以大大降低生產復雜系統和零件的成本和時間。其次,還包括制定和應用建模和仿真工具,以更有效的生產復 雜系統并更快的使產品進入市場。上述概念的提出應制定并實施產業信息化的基礎設施,以支持:研究、設計、制造、測試等環節相關數據的快速、無失真(錯誤或 遺漏)傳輸;通過使用以企業為基礎的解決方案,連接產品、機器和供應鏈;部署工具和做法,在制造階段的初期,盡量減少產品或過程驗證(Process Qualification)通常所需的多個設計、原型和測試迭代;發展供應網絡集成技術和管理實踐,以增強供應網絡中分散和相距較遠組織的連通性和合作 性,以及能顯著縮短交貨時間的最佳供應鏈績效和風險管理。

  • 智能機器(Intelligent Machines

這主要涉及到智能傳感器、控制、測 量、分析、決策和溝通軟件工具的不斷發展和集成應用。智能機器通過使用設備的即插即用功能、制造知識的智能化應用(如設備自動對“大數據”進行分析和處 理),實現“第一部分正確”(First Part Correct)的經營理念。一般而言,智能機器主要包括以下幾部分內容:機器/系統/傳感器健康和維護的診斷和預后評估工具,這主要是基于機器/系統 /傳感器等的質量信息定義,而不是基于反應性或預防性維護計劃;制造端可以提供統計和定量信息的工藝驗證工具。利用這個質量/組合信息,并結合實體模型和 apotheke_cialis_schweiz 軟件工具,反饋調整到生產過程中,可以消除不合格零部件;知識驅動型制造(Knowledge Driven Manufacturing),即計算機輔助制造在從設計到計劃生產等不同制造活動之間提供智能聯動(Intelligent Linkage)。通過知識驅動型制造,工程師可以選擇合適的設備、工具、零部件生產的工藝序列等方面。最終的結果是一個基于用戶驗證的制造實踐和數據的 最佳工藝方案;制造業的互操作性(Manufacturing Interoperability)是突破監控、協調、整合及自動化分立器件制造過程的關鍵所在,這會使得工廠的操作更具靈活性和敏捷性;通過使用傳感器 反饋耦合到軟件結合的制造規則和過程模型,過程監控和修正將使離散零部件的制造流程得到優化和控制。這些技術和工具的結合,將使得產品的制造流程更為靈活 和敏捷。

  • 先進分析(Advanced Analysis

這主要是利用在高性能計算方面取得的進步,發展為“設計能制造”的材料性能的物理模型。這包括開發和集成的智能設計工具,以減少過度設計、降低制造成本。

  • 網絡物理安全(Cyber-Physical Security

通過提供一個安全、可信 賴的基礎設施來管理協同制造環境下的信息資產。除了用于封堵制造網絡化業務系統和交易的已知漏洞外,未來工廠需要在智能機器、傳感器和控制系統中發展網絡 物理系統(Cyber Physical System,簡稱CPS),以解決新的安全漏洞。新的網絡物理系統可以動態地安裝安全補丁,而無需關閉制造業務,在保持系統運行的同時降低制造業技術員 所需要具備的管理員權限。一些原則和解決方案可能適用于所有CPS的應用,而另一些可能在特定生產領域和業務關系中具備唯一性。網絡安全架構中內置的開放 數據結構將需要新的標準和方法。

困難

上述的領域是美國工業運用“ 數字線程”的成功案例但還有很多如何結合智能機電的發展障。包括,如何達到互通性、知識產權利益的有效和平衡的管理、維護網絡技術和安全、以及推進智能機、勞動力技能和如何讓企業接受并利用新“數字線”文化,以最大限度地提高美國工業的競爭力。


1線程(Thread),計算機科學術語,指運行中的程序的調度單位,有時也被稱為輕量級進程(LWP),是程序執行流的最小單元。一個標準的線程由線程ID,當前指令指針(PC),寄存器集合和堆棧組成。

2競爭前合作,顧名思義就是在開展競爭前,進行技術等方面的合作。實施競爭前合作的主要目的是組織研究力量,進行技術攻關,突破制約產業發展的共性技術。