数字化制造推动中国汽车工业

发布时间：2010-04-07 作者：Jim Caie， 美国ARC顾问集团

　　竞争激烈的全球经济环境、高昂的能源价格以及可持续制造重要性的日益提高，都迫使众多企业重新思考他们的制造策略。一些公司正在使用产品生命周期管理（PLM）和数字化制造（DM）工具来设计低成本、敏捷的制造系统。少数领先的离散制造企业，尤其是在汽车行业，正在其部分工厂内部使用DM工具实现虚拟试车、改善产品发布状况。然而，绝大多数离散制造企业还没有充分认识到利用PLM/DM技术已经成为成功的关键要素。

　　中国汽车工业
　　亚洲的汽车工业（包括整车厂商和供应商）正以不可思议的速度迅猛发展，中国的汽车工业从2000年以来一直保持着两位数的增长，最近，整车销量更是超越了美国。这部分原因是由于日本、西欧和北美汽车市场的饱和，而更为重要的是，中国快速成长的中产阶级、持续改善的路网状况以及政府新近的刺激政策，都促进着汽车销量的提升。同样，中国汽车工业的快速增长也为汽车零部件行业提供了广阔的发展空间。
　　与此同时，业内的中国公司也面临着巨大的挑战。这些挑战包括：开发迎合消费者的产品、在保证健康利润率的同时以有竞争力的价格销售产品、采用先进的生产技术以及实现足够的规模经济。原本零散的中国汽车和汽车零部件企业当前正经历着稳步的整合。这一方面扩大了规模，为将来采用先进技术和运营方法做了准备，另一方面也控制了采购和实施成本。

　　资本支出
　　汽车行业的资本支出在过去的二十年里逐渐下降了19%。根据ARC的资本支出指数报告显示，汽车行业的资本花费从1997年的6.7%下降到了2006年的5.4%。利润的消逝，主要由于通用汽车的巨额亏损，显著拉低了指数中的资产回报率（ROA）。然而即便是刨除通用汽车的亏损，其余轿车制造商的ROA也就是徘徊在1997年一半的水平。北美本地的汽车制造商还需要继续在数十亿美元的债务、高昂的社保费用、产能过剩、缺乏理想产品的漩涡中挣扎。

　　面向汽车和离散行业的数字化制造研讨会
　　2008年9月，ARC顾问集团在密歇根州Dear-born组织了一次研讨会。这次会议是由福特汽车公司协办的，该公司还热情的提供了场地以及精彩的内容。西门子PLM软件集团赞助了此次研讨会，并进行了演讲。作为会议唯一的供应商，西门子有两天时间同与会公司进行了排他性的、直接的交流。研讨会的目的是帮助ARC离散制业社区的成员更好的理解产品生命周期管理和数字化制造的好处，了解如何最好的使用这项技术，以及解决日常遇到的问题。ARC的分析师、西门子的产品专家以及最终用户分别进行了重要演讲，包括：
　　■  正确虚拟模型的快速开发，需要经典PLM/PDM工具得到最佳使用；这些工具的信息和控制架构的集成；通用、重用和模块化战略的部署。
　　■  实时比较“生产”和“设计”，需要工程PLM系统于运营管理系统的紧密集成。
　　■  又快又好的虚拟试车，需要机械和电气数据模型的无缝整合。
　　■  成功的可持续制造方法可以使公司保持良好形象，同时降低能源相关成本。可持续制造的改进将需要新的PLM以及运营管理系统功能和更多的协同。
　　■  基准法将帮助用户获得PLM的更多收益。

　　资本支出/收入、收入、资产回报率，汽车行业（1997 = 100）

　　让你的数字化制造工具更加物尽其用
　　来自十家离散型制造公司的四十个人参加了此次研讨会。这些公司包括：波音、克莱斯勒、福特、通用动力、通用电气、通用汽车、固特异、约翰迪尔、尼桑和Savannah River。

　　《ARC观察》的作者Jim Caie，率先在研讨会上做了演讲。他解释了PLM的范畴，指出PLM的功能很大程度上要受到DM工具的影响。DM工具直接支持制造系统设计、分析、优化和验证，对诸如发布、预热、培训、变更管理、设备翻新等其他PLM功能的实现有巨大的帮助。当前最先进的PLM工具可以实现这些PLM设计功能之间的互操作，使得制造系统设计更好更高效。
　　用户如果希望完全实现DM的优势，需要面对的最主要的挑战就是在开发中提升效率同时保证模型准确。离散制造企业可以通过使用通用制造流程和设备设计、在设计过程中采用模块化、在延续性制造设计中（就像重复使用一块乐高的积木组装另外一款乐高玩具）重用虚拟模型，来提升建模效率。
　　公司可以高效建模的另外一个重要因素，是使用信息和控制架构集成企业的虚拟模型和PLM工具，实现一部分新模型的自动生成。PLM供应商通过提供PLM工具模拟车间真实状况，保证其模型符合实际。这些PLM工具可以有效识别出虚拟和真实世界的差别，自动消除这些差别（如果可能的话），在需要的时候为人工调节提供一个有效的环境。
　　ARC的Dick Slansky讲述了PLM的范畴是如何从“设计与制造”拓展到“设计、仿真、验证然后制造” 的。先进的PLM系统已经实现了产品和制造设计过程的集成。最近，PLM供应商已经将虚拟的制造世界与实际物理检测系统捕捉到的知识进行了整合，帮助其用户提升产品质量。公司PLM系统与实际运营管理数据的整合，还使得车间中的工作指南可以根据工程变更进行自动升级。虚拟与现实世界的整合，正是越来越多的制造企业使用DM工具的主要原因。

　　PLM涵盖ARC协同制造模型（CMM）的所有维度

　　西门子PLM/数字化制造产品
　　西门子软件集团的Dave Gillespie在演讲之中概述了西门子的PLM/DM战略，并且简要介绍了公司的几种DM工具。西门子PLM战略的核心是TeamCenter平台，它集成了产品和流程数据，为PLM工程数据与商务系统及运营管理数据的整合提供了一个接口。TeamCenter可以协调公司内部不同的工程准则，同步控制制造过程、设备和系统。
　　西门子的Todd Bengtsson讲述了自家的PLM产品是如何帮助进行制造系统细节设计的。他使用了一个白车身作为例子，演示了西门子DM工具如何优化机器人焊接单元分布、如何分配焊接作业、如何在考虑冲突的情况下选择最合适的焊枪、如何在单元内部摆放机器人、以及如何优化包含修磨在内的整个焊接过程。
　　来自西门子PLM集团的Paul Fletcher则讲述了西门子PLM软件是如何进行测量计划和验证的。他演示了实时CMM数据、在线视频检测系统数据以及来自手持设备的测量数据是如何传送到TeamCenter进行分析的。
　　西门子的三家客户—福特、GE航空和AMT，也分别讲述了他们是如何利用西门子PLM软件提高自身竞争力的。演讲的内容分别是企业流程清单（BOP）解决方案的开发、工程定义/设计及变更管理解决方案和机器人仿真。

　　PLM供应商正在将实际产品仿真、制造生产系统仿真以及自动化和控制仿真等多种工程活动集成起来，为制造商提供一种设计、仿真、制造和验证其产品的方法。

　　虚拟试车
　　虚拟试车是在生产之前，对制造系统机械和电气的各个方面进行虚拟验证的过程。如果使用得当，制造商只需要在生产之前验证物理层设备的安装情况就可以了，因为他们已经了解了设计工作。虚拟试车有可能显著节约制造商的成本和时间。
　　通用汽车的两名代表回顾了公司使用虚拟试车的历程。他们讨论了通用从中获得的多项收益，比如制造系统部分元件（如传送器）的虚拟验证。然而，通用汽车对于本次研讨会最重要的贡献，还是他们让与会者认识到虚拟试车还要面临很多问题。这些问题当中的一部分需要用户来克服，而另外一部分需要求助于供应商。从供应商的角度来说，问题就在于对于一般用户而言，虚拟试车中使用的商业化PLM工具还没有为大范围应用做好准备。

　　基准设定的全新理念
　　设定基准已被证明是从其他企业身上积累经验、提升自身竞争力的有效方法。然而，对于离散制造业来说，还有两个日益重要领域没有怎么用到基准法，那就是：PLM和可持续制造。此次研讨会也包括了在这两个领域使用基准法的内容。
　　对于为PLM设定基准的讨论，集中于是否需要建立数据重用以及理解业界领先厂商成功使用的PLM方法的矩阵。数据重用是进行高效建模以及提升模型准确度的重要理念，在PLM系统中存储陈旧、无关的数据将会引起数据杂乱，也会让使用人员感到疑惑。福特的代表谈到了该公司正在使用几种面向未来汽车项目数据重用的处理现有PLM数据相关度的方法。
　　最后，ARC的Greg Gorbach在演讲中对于可持续制造进行了深度剖析。Gorbach先生举例说明公司不能再无视环境问题，并且需要在市场上保持自身良好的口碑。那些成功实施可持续制造的企业，将会显著降低环境成本，如能耗。
　　可持续制造体现了设计环境友好的产品的理念，在环境友好的工厂中进行生产，还需要同样对环境友好的供应商和分销网络进行支持。
　　Gorbach先生认为，实现制造的可持续，需要新的功能和更多的协同。未来PLM系统中新的功能将帮助离散制造业用户设计、分析、优化和验证对环境更加友好的制造和分销系统。改善的运营管理系统将会加强制造、分销及支持过程中环境相关操作的可视化及决策支持能力，而改善的矩阵将会帮助操作员更好的做出能源相关的实时决策。Gorbach先生总结道，现在应该采取行动了！制造商、供应商及分销合作伙伴必须协作起来，寻找更好的可持续制造解决方案。业内的企业需要合作，来设定基准、分享经验、建立与环境相关的准则，提升他们的制造可持续性。

　　ARC可持续制造工厂模型

　　写在最后
　　中国的汽车生产商应该在制造环节中考虑采用竞争战略，并进行持续的改进，尤其是应该采用那些包含与制造相关的IT和自动化技术的竞争战略。总的来说，竞争战略主要包括实现行业中的低成本、产品差异化以及产品创新。
　　有效使用PLM/DM工具，设计、评价、优化和验证低成本、敏捷并且具备可持续性的制造系统，是汽车行业克服今天面临的一系列挑战的关键。汽车厂商需要保持合作，积累PLM/DM的使用经验，培养大量的客户，指导软件供应商改进他们的PLM/DM产品。中国的汽车厂商有着良好的机遇参与到这次合作当中，他们可以参加ARC的基准制定活动，参加ARC未来举办的离散制造业研讨会，或者参加ARC在日本、印度、美国和中国举行系列论坛。
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　　关于ARC 

　　美国ARC顾问集团成立于1986年，专注于为用户提供制造业和供应链领域的市场研究和咨询服务。ARC提供服务包括市场研究报告、市场营销和战略规划、资产管理和生产运营的最佳实践、行业标杆分析和最佳实践、公司并购的尽职调查等。ARC在美国、英国、德国、法国、巴西、印度、日本、韩国和中国拥有分支机构。

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