通過使用Volume Graphics軟件，制造商可在整個設計、模擬仿真和制造過程中獲取關鍵信息。

數(shù)字化作為推動工業(yè)4.0發(fā)展的核心力量，正在引領制造業(yè)進入一個全新的自動化、智能化、互聯(lián)互通的時代。根據(jù)制造業(yè)領導委員會和其他機構的調查顯示，制造業(yè)數(shù)字化需求愈發(fā)強烈，同時工業(yè)4.0相關技術如何助力企業(yè)構建強大的數(shù)字框架，提高產品數(shù)據(jù)的管理效率和創(chuàng)新能力，也是行業(yè)發(fā)展的關鍵。

圖1：模擬通過預測材料特性和測試設計參數(shù)，在早期階段為質量測量工作流程提供助力。對汽車充電口進行最終生產環(huán)節(jié)的CT掃描，可為模擬仿真提供預測和失真等數(shù)據(jù)信息。圖片由泰科電子提供

工業(yè)CT在當今日益加快的數(shù)字化轉型中，擁有廣闊的應用范圍，也發(fā)揮了強大作用。它對設計、模擬仿真和制造等核心流程的影響顯著；與CT數(shù)據(jù)分析軟件結合使用，能更好地發(fā)揮相應作用。

CT數(shù)據(jù)反饋至設計與生產

基于模型定義（MBD）作為一種先進的設計與制造方法，正逐漸取代傳統(tǒng)圖紙，為工程界帶來一場深刻的變革。它通過在模型中直接嵌入產品制造信息（PMI）的方式，提供一個全面的設計和制造解決方案。與傳統(tǒng)的基于2D圖紙的方法相比，MBD能夠提供更豐富、更精確的信息，包括尺寸、公差、材料屬性等，從而確保整個產品開發(fā)過程的高效與精準。

在MBD體系下，工程師能夠在設計階段就做出更多關鍵決策，提前發(fā)現(xiàn)并解決潛在的生產問題。這種方法有助于減少后期的生產驗證工作，從而縮短產品的上市時間，并降低成本。

圖2B：（右）充電口的CAD模型，帶有列出公差的PMI質量注釋。無需從Creo進行數(shù)據(jù)轉換; 詳細的CAD PMI會直接自動導入到VGMETROLOGY中。圖片由泰科電子提供

為質量檢測設定基準

對于一家從事電動汽車、飛機、數(shù)字智能工廠、風能和太陽能、協(xié)作機器人、物聯(lián)網(wǎng)、高速連接等領域的公司來說，使用MBD和先進的檢測方法大有意義。泰科電子專注創(chuàng)造可靠耐用的產品，并致力于行業(yè)技術變革，因此對質量環(huán)節(jié)把控非常嚴格。

相較于傳統(tǒng)設計流程的局限性，這種“工程化”路徑可將ISO幾何產品規(guī)范（GPS）標準和虛擬計量的優(yōu)勢相結合。傳統(tǒng)的工作流程使用圖紙、2D和3D數(shù)字系統(tǒng)，雖然比MBD簡單，但在模型轉換期間經常會丟失信息，并目在創(chuàng)建質量檢測程序時需要大量的手動編程。

泰科電子開發(fā)總監(jiān)Alexander Stokowski表示，GPS是構建基于模型的系統(tǒng)和精確數(shù)學定義的唯一途徑。 Stokowski具備六西格瑪黑帶資質，也是巴登符騰堡聯(lián)合州立大學（DHBW）的測量技術和GPS講師，從事數(shù)字化轉型研究工作已有十年之久。

Stokowski說：“GPS 在提取零件的中心軸、獲得90度測量方向、檢測點方面很重要。如果在數(shù)學上不精確，就無法真正創(chuàng)建測量系統(tǒng)，更不用說自動化了。”

圖3：虛擬和物理質量工作流程-（左至右）設計零件并定義質量測量信息；根據(jù)需要生成數(shù)字報告和模擬反饋以進行設計；從PMI進行可視化和評估零件；在模擬和掃描程序中使用人工智能來優(yōu)化參數(shù)；CT掃描樣品零件以發(fā)現(xiàn)零件的實際信差。設計后：準備在線檢測模飯，并進行掃描、分析和評估。生產后：分析現(xiàn)場退回零件并提供設計反饋，實現(xiàn)持續(xù)改進。圖片由泰科電子提供。

對于Stokowski和泰科電子而言，汽車產品部門從2012年左右開始實施MBD和GPS的一致性，以及與CT數(shù)據(jù)分析的集成。第一個試點項目就是從那時開始的。Stokowski說：“到2013 年底，也就是實施兩年后，我們決定將所有新產品開發(fā)納入CT測量環(huán)境中，目標是實現(xiàn)100%的比率?！?/p>

這一開創(chuàng)性的決定是在行業(yè)實施新ISO標準的早期階段做出的，它激發(fā)了PTC（Creo）、泰科電子和Volume Graphics（VG）之間的緊密合作，進而圍繞符合ISO標準的新型GPS功能進行集成。

此外，泰科電子的模具模擬工程師Patrick Bertram認為，在實施質量流程的同時納入模具模擬，是加速創(chuàng)新的關鍵。然后Bertram說服了供應商Volume Graphics和SIMCON，在創(chuàng)建測量和模擬優(yōu)化軟件之間創(chuàng)建了一個自動化界面。

全生命周期的生產流程，促使泰科電子更廣泛地使用MBD和PMI，從而將虛擬測試和真實測量結果數(shù)據(jù)，循環(huán)返回到設計和FEA模具模擬階段，并傳遞到原型設計、首件檢測（FAI）和生產環(huán)節(jié)中。

Stokowski表示，ISO標準的STEP 214和242不利于全流程整合。我們使用Creo工具包中的應用程序編程接口（API）和ISO-GPS建立了我們與VGMETROLOGLY和VGSTUDIOMAX軟件的直接接口。我們增加了特殊定制功能，以便可以重復使用從FAI導出的數(shù)值。即：源自Creo和VGMETROLOGY的幾何尺寸和公差（GD&T）功能，以及源自SIMCON的VARIMOS集成。無需其他軟件即可將設計、仿真與質量測量相連接。

泰科電子實現(xiàn)數(shù)字化測量的首要目標，是確保設計部件與制造部件相匹配。在大多數(shù)情況下，這意味著成型產品加工模具中存在中心公差問題，以及典型的凸出痕跡和小缺陷。模具模擬和虛擬計量有助于發(fā)現(xiàn)并解決生產模具和塑料件中功能和外觀方面的問題。FAI會形成一個反饋回路，其中3D模型和模擬仿真、模具和制造部件會相互協(xié)調并統(tǒng)一，差異很小，甚至沒有差異。從那里開始，質量模板由Volume Graphics軟件創(chuàng)建，用于自動檢測。

Stokowski 說：“十年或十五年前，設計師并沒有花太多時間思考模具中的細節(jié)?，F(xiàn)在，其中大部分工作都通過工具軟件和我們正在創(chuàng)建的自動化循環(huán)來完成。我們的跨學科團隊可以快速查看和使用所有數(shù)據(jù)?！?/p>

圖4：汽車發(fā)動機控制單元（ECU）帶200個電子連接針腳。這是泰科電子自動化質量檢測工作的第一個測試部分。圖片由泰科電子提供。

有效的質量投資回報ROI

品牌的核心競爭力之一就是產品與服務的質量。高質量不僅能夠為品牌贏得良好口碑，吸引并留住客戶，還能有效降低售后服務成本，提升企業(yè)整體效益。

然而在質量升級的過程中，企業(yè)往往會遇到來自財務管理和工程實施的雙重壓力。財務經理可能會對額外的質量投資持保守態(tài)度，特別是當企業(yè)盈利狀況尚可時。同時，工程師在適應新系統(tǒng)和技術時也可能遭遇挑戰(zhàn)，因為新系統(tǒng)往往比舊系統(tǒng)更為復雜。

Stokowski表示，泰科電子的產品以其耐用性、可靠性和高質量著稱，這些特性無疑能夠為客戶節(jié)省大量的時間成本。泰科電子的創(chuàng)新平臺——卓越中心（COE），通過與客戶的緊密合作，加快了產品從設計到市場的周期如果一個項目在其它情況下需要10到12周的開發(fā)時間，而泰科電子能夠縮短至4到6周。

縮短發(fā)動機控制單元模具設計周期

Stokowski說：“我們的目標是在十天內完成設計、模擬、掃描并生成數(shù)字計量報告?，F(xiàn)在有很多事情要做。我們希望在進行實體作業(yè)之前，盡可能多的完成準備工作?！?/p>

Volume Graphics通過自適應測量模板幫助泰科電子完成數(shù)據(jù)的前置加載和循環(huán)。測量模板可以使用人工智能和機器學習對缺陷進行分類、定位和細分。它們還可自動進行大部分的掃描分析，然后捕捉測量報告信息。泰科電子的目標是將分析時間從10天縮短到5天。

Stokowski提到一個設計項目，該項目是在實施2014年Volume Graphics軟件的完整CT數(shù)字分析計劃之前進行的。它涉及到發(fā)動機控制單元的模具和部件開發(fā)。該設備屬于汽車行業(yè)，具有200多個電子連接針腳，是同類產品中的首款。

Stokowski說：“我們花費了將近一年的時間和十多次循環(huán)才使零件符合圖紙設計要求。過程讓相關人員筋疲力竭，僅僅三年半后，就必須進行第一次工裝更換。但是采用實施了數(shù)字計量流程，就能夠在一個循環(huán)中完成模具設計。”

圖5：在CT自動檢測的過程中，人工智能和機器學習是用于標記、分類質量數(shù)據(jù)、定位問題和分割缺陷，識別和采取措施的強大技術。圖片由Volume Graphics提供。

圖6:（左至右）首席模塑仿真工程師Patrick Bertram；首席工程開發(fā)總監(jiān)Alexander Stokowski，負責首個ECU項目的CT測量和數(shù)字化；COE GD計量經理Tabrez Ahmed Aiaz。圖片由泰科電子提供

技術加持，將開發(fā)時間縮短75%的愿景

如今，泰科電子希望將模具和零件開發(fā)過程所花費時間縮短到過去的25%。Stokowski說，在GD&T的實踐改進、解決程序的“線程”數(shù)字差異或者工作協(xié)同方面，總會花費比較大的人力。我們也沒有那么多資源讓每個模具都通過實驗設計（DOE）。但是，公司的關鍵模具將使用DOE，且所有新模具都將通過VGMETROLOGY軟件的驗證。

供應商也在采用這種新的方法。許多人已經購買了自己的虛擬計量系統(tǒng)。20%至30%的外部工具制造商使用整體集成式數(shù)字系統(tǒng)。其他制造商則會在公司外進行掃描，在內部使用軟件處理。在泰科電子于COE內部進行完整計量報告之前，所有工具制造商都要進行材料合規(guī)檢查和基本測量。

Stokowski預計，最終泰科電子的質量流程將被所有的供應商采用，但愿景尚遠——因為GPS 和虛擬計量都存在成本和文化差異。與此同時，Stokowski的團隊和COE將朝著未來的“按鍵式”流程努力，出于實際考慮，預計這將適用于75%的工作。

由于實施了質量流程改進方法，泰科電子實現(xiàn)了許多里程碑式的提升：

• 所有新的注塑件均在MBD中實施

• 100%的注塑件將通過掃描檢測，不再使用接觸式測量

• ISO-GPS標準的零件規(guī)格在Creo中創(chuàng)建，并在需要時轉換為3D PDF格式的文檔

• Creo和VGMETROLOGY軟件之間的集成簡單直接

• 75%的產品數(shù)據(jù)通過PMI傳輸

• 僅接口不兼容的需要單獨返工

泰科電子在EMEA地區(qū)擁有六臺用于注塑件的在線掃描儀，用于最終零件檢驗。使用掃描儀和Volume Graphics軟件輸出計量報告后，可查看零件的計量報告關鍵尺寸和目標區(qū)域，而不是整個零件。成本和時間在這里也很重要。并且，在早期階段就對零件進行虛擬設計、分析和測試，結合檢查的首件檢驗，可確保滿足合規(guī)性和在工廠車間復檢。公司在全球擁有23臺掃描儀，Creo的全球許可證，以及完整的Volume Graphics軟件套件。此外，泰科電子還有專門的平臺，用于整合和分發(fā)這些數(shù)字技術。

質量是終極目標

在制造業(yè)中，質量不僅是企業(yè)追求的終極目標，更是一種能夠吸引并留住客戶，提升工程團隊效能的核心價值觀。優(yōu)質的產品是企業(yè)立足市場的基石。它不僅關系到消費者的滿意度，還直接影響到品牌形象和市場競爭力。一個注重質量的企業(yè)，才能夠在激烈的市場競爭中脫穎而出。

泰科電子正是憑借先進的質量工具和數(shù)字系統(tǒng)，不僅大幅提升了產品質量，還加速了電動汽車等新興領域的創(chuàng)新步伐。隨著技術的不斷進步，虛擬計量和數(shù)字化將開啟無限可能。泰科電子已經意識到這一點，并將其作為未來發(fā)展的重要方向。正如Stokowski所說，這些技術將提供無窮無盡的“寶藏”，有助于企業(yè)不斷創(chuàng)新，滿足市場的需求，同時也將推動整個行業(yè)的進步。