增材制造被普遍的認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，成熟的認證和質(zhì)量檢測方法等。

3D打印將帶來制造的離散化特點，而如何將離散化的制造能夠有機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，當基于信息技術(shù)的人、產(chǎn)品與機器之間的互動，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準答案，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)新利用機器和工廠數(shù)據(jù)，以獲得全新洞察，實現(xiàn)機器、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。

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)站點的機床，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)點以及高強度，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)點與高強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。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氣輪機制造應(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集團加強合作，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，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打印機仍在運行時完成整個過程并設(shè)置所有參數(shù)。當在現(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。