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智慧製造、工業4.0或是工業網際網路,是近年來全球製造業的熱門議題,也是製造業未來要面對的大挑戰;不過,挑戰代表機會,而挑戰越大,往往機會就越大。從全球製造業龍頭奇異公司在2013年大手筆送上1億美元給Pivotal軟體公司,為智慧製造與工業網際網路所需的資訊平臺與大數據分析而舖路,也就不難看出其中機會有多大。

製造再度吸引人的時代

奇異(GE)執行長Jeff Immelt在2012年曾經說過:「我們正身處製造再度吸引人的時代。」奇異有一智慧工廠的藍圖,他們稱之為「卓越工廠(Brilliant Factory)」。這個藍圖指出智慧製造工廠的四個關包括工廠自動化(Automation)、新型產品雛型製造方法(Novel ProcessProtot y ping)、大數據處理與分析(Informatics),以及「基於模型的製造(Model-based Manufacturing)」。

工廠自動化︰是指藉助各式感應器、自動化系統,達到工廠營運自動化。
新型產品雛型製造方法︰如利用3D列印、雷射加工等製造技術,快速開發產品雛型。
大數據處理與分析︰蒐集產品設計、製造、工廠營運所產生的資料,透過大數據處理與分析技術,提供生產、營運優化、預測性維護等等。
基於模型的製造︰是指設計到製造全程立基於3D模型,從設計、製造到檢驗,所需的資訊全部採用數位資料,也可以說是捨棄傳統平面工程圖紙。

全數位、無圖紙化的未來

基於模型製造的願景,也是SolidWorks這樣的工程設計軟體正在面對的新挑戰與新機會。SolidWorks MBD產品經理Oboe Wu表示,MBD指的是Model-based Design(3D模型定義),簡單來說,就是整合3D模型與產品設計製造相關的所有資訊,例如直接在3D模型標註尺寸、公差、材料規格等等,將模型與這些資料輸出成如3D PDF格式檔案,任何人只要以Acrobat Reader閱讀器就能檢視3D模型,以及了解其尺寸、公差、材料明細等資訊。使用上可以很直覺以滑鼠任意轉動3D模型,或是放大縮小,在此同時你也可以看到模型各部位的尺寸、公差、關鍵尺寸等資訊;甚至,當你點選模型的某一個部分,與其相關的標註資訊就會以高亮度顏色顯示。

現在以3D CAD軟體來設計產品已成主流,不過在交付產品工程資訊時,又普遍採取傳統平面工程圖紙的方式,於是必須再製作平面工程圖,而平面工程圖時常無法完整顯示立體物件的特性,例如在平面圖上是兩個同心圓的物件,其中心部件到底是中空還是凸起的圓柱,無法單靠一個平面圖來表示,而3D模型圖單一個就能正確表達,再加上3D PDF這樣的文件,使用者可自己轉動3D模型,更能準確地掌握物件的正確規格。

MBD的訴求也就是,既然在設計階段都已經畫出3D模型了,何不在3D模型上直接標註設計、製造、加工、量測、模擬甚至是專利等產品與製造資訊,讓後續的製造、檢驗、組裝、驗收等流程也都採用數位化的資訊,達到製造上下游完整數位化串接,也就是「基於模型的企業(Model-based Enterprise)」的願景。Oboe Wu表示,根據其用戶的經驗,採用MBD之後,在重工與物料消耗上都有超過5成的改善。

MBD從設計延伸至製造

SolidWorks在去年已經推出MBD1.0,今年SolidWorks再進一步推出MBD2.0,將MBD的應用由設計端推進製造端,包括一些CAM(電腦輔助製造)軟體、CMM(座標量測儀)都開始支援SolidWorks MBD,而SolidWorks自家的SolidWorks Costing成本估算工具、SolidWorks Inspector品管檢測工具,也都支援MBD。

以品管檢測為例,過去使用平面工程圖紙,必須仰賴人工檢測品質,品管人員必須照著工程圖的尺寸進行檢測,再將檢測數據填入表單或系統,此一過程其實費力又耗時;透過MBD則有助於自動化檢測,檢驗設備可直接讀取3D模型的尺寸數據,再將檢測結果記錄在系統裏,讓整個作業自動化。Oboe Wu表示,奇異看中MBD的其中一個理由在於自動化檢測,奇異已應用3D列印技術製造零件,希望再提升自動化品管檢測。

美國一家提供腫瘤放射線治療設備的.decimal公司,就利用MBD來加快設計與製造的速度。該公司提供客製化的「強度調控放射線治療(IntensityMod u lated R ad iat ion Therapy,IMRT)」設備,可針對每個病人提供專屬的楔形補償器(Compensator),在設計與製造採用MBD後,目前可在24小時內生產客製化的楔形補償器。

其實,不只奇異公司認同MBD是未來智慧製造的關鍵,美國國防部也要求其供應商採用MBD,而包括日本電子情報技術產業協會(JEITA)、日本工業標準(JIS)也都相繼採納,MBD已是智慧製造未來的重要趨勢。

3D PDF:3D工程圖的標準規格

Adobe的3D PDF文件規格,可望成為未來3D工程圖的標準。3D PDF可呈現3D模型與其設計製造等相關資訊,而且使用者以PDF文件閱讀器Acrobat Reader就能開啟3D PDF文件,不論是360度檢視立體模型,或是動態縮放,都不是問題。

注意!MBD不是這樣使用的

雖然MBD很好用,可以在3D模型上同時標註尺寸、公差、材料明細等等產品與製造所需的資訊,避免許多人為錯誤的判讀,但是也不能把所有設計資訊全部呈現出來,否則只會讓MBD變成一場大災難。

【相關報導請參考「SolidWorks的逆襲」專題】


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