智能制造之虚拟完美模型

《智能制造之虚拟完美模型（驱动创新与精益产品）》扩展了迈尔·格里夫斯博士关于产品全生命周期管理的开创性观点，深入阐述了智能模型是如何经过描述、定义、建造、服务等一步步演变和成长为完整的产品数字孪生。本书不仅包括性能建模和仿真，也包括成本，利润和质量的仿真，以实现商业决策的自动化；不仅考虑机器人仿真，也考虑人因工程，并对全生命周期数字神经系统——BOM主线进行深入论述，对系统工程、多学科优化、机电软一体化建模、物联网也有独到见解。本书很后还结合中国制造2025，对整合人、组织、流程实践的关键实施成功要素提出了实用建议。本书深入阐述了如何通过产品全生命周期管理驱动创新和精益产品，企业如何通过连接物理产品和虚拟产品（它们往往在生产过程中会产生产品的信息，即虚拟产品）来为企业自身及客户获得价值。作者作为PLM领域开创性的创造者及思想的，通过本书将行业实践以及学术框架都呈现了出来。

迈克尔·格里夫斯博士，美国密歇根大学数字化创新研究中心教授，靠前上认可的PLM领域的开创者，PLM、工程、制造、信息系统及产品全生命周期领域的专家，曾在多个行业及学术期刊上发表过文章。他作为执行官、经理及企业家超过40年。格里夫斯博士曾经出任过上市公司的董事会、CEO和董事会成员，担任普渡大学、爱荷华大学、意大利CIMBA、奥克兰大学兼职教授。格里夫斯博士也为一系列领导型企业及组织做过咨询，包括美国国家航空航天局(NASA)，并且为优选型企业组织创建和发布了一系列可执行的PLM方面的课程。

译者序
推荐序
前言
第1章虚拟完美1
1.1定义产品生命周期管理3
1.2产品的概念3
1.3虚拟产品的前提4
1.3.1物理对象具有信息的等效性4
1.3.2信息是被浪费的物理资源的替代品6
1.3.3直到最后一刻和只要有可能，用字节替代所用的实物9
1.3.4产品在本质上具有双重性——它们既是物理的，也是虚拟的11
1.3.5不断完善用于仿真的物理世界模型11
1.3.6信息可以用来减轻风险和减少不确定性12
1.4精益和创新15
参考文献16
第2章虚拟描述17
2.1定义PLM18
2.2什么是产品生命周期18
2.2.1感知价值20
2.2.2需求分析和规划20
2.2.3概念和原型21
2.2.4产品工程21
2.2.5制造工程22
2.2.6制造生产22
2.2.7销售和分销23
2.2.8服务23
2.2.9报废和回收23
2.2.10小结24
2.3产品生命周期和产品生命周期曲线24
2.4PLM定义：要素和影响（启示）24
2.4.1范围25
2.4.2方法26
2.4.3PLM的组成部分27
2.4.4精益及其延伸27
2.5PLM的特征27
2.6PLM驱动因素29
2.6.1外部驱动因素30
2.6.2内部驱动因素31
2.7回归未来32
参考文献32
第3章虚拟有用33
3.1创造34
3.1.1需求分析和验证34
3.1.2模型发布35
3.1.3设计评审35
3.1.4数字样机35
3.1.5工程变更流程36
3.1.6组件更新37
3.1.7预发布协同37
3.1.8产品集成38
3.1.9产品配置控制和验证38
3.1.10行为与性能分析39
3.1.11采购40
3.1.12营销材料40
3.1.13下一代产品41
3.1.14用于何处41
3.1.15包装42
3.2构造43
3.2.1快速原型制造43
3.2.2打印制造43
3.2.3制造工艺清单创建44
3.2.4工厂仿真44
3.2.5工作指导书45
3.2.6差错预防46
3.2.7完工文件创建46
3.3支持47
3.3.1配置管理47
3.3.2维护、服务和维修48
3.3.3假冒零件的预防48
3.3.4产品延伸48
3.3.5性能反馈49
3.3.6产品即服务49
3.3.7服务即产品50
3.4报废50
3.4.1法规符合性50
3.4.2项目归档50
3.5未来的用例51
参考文献51
第4章虚拟无价52
4.1感知价值54
4.2产品购买者55
4.2.1产品成本56
4.2.2产品效益59
4.3产品生产者65
4.4.1产品利润曲线66
4.4.2价值、价格与成本69
参考文献70
第5章虚拟不可分71
5.1“虚拟产品”是什么72
5.2信息镜像模型74
5.3虚拟产品的价值76
5.4评估虚拟产品77
5.5虚拟测试的发展78
5.6虚拟产品表达的演变81
5.7产品模型81
5.8演变的阶段82
参考文献87
第6章虚拟现实88
6.1被动产品对象90
6.2机器人对象92
6.2.1自主机器人95
6.3对象——人96
6.4虚拟产品、物理产品和人交互98
参考文献100
第7章虚拟在进行101
7.1定义仿真和仿真的类别103
7.2仿真实际载荷104
7.2.1人机交互仿真106
7.2.2仿真与测试107
7.3全产品生命周期仿真109
7.3.1创造109
7.3.2构造114
7.3.3维持116
参考文献117
第8章虚拟实现118
8.1流程与实践示例120
8.2实践/流程图谱121
8.3无差异的区别122
8.4流程与实践有不同的特征123
8.4.1精益与创新123
8.4.2可预测与不可预测124
8.4.3输入、程序驱动与目标追求125
8.4.4精确与模糊125
8.4.5可编码/可计算与可论证/可协商125
8.4.6效率与效果126
8.4.7无摩擦与摩擦127
8.4.8优化与满意策略128
8.4.9自动导航与意会129
8.4.10基于训练的与基于教育的129
8.5流程源于实践130
8.6在产品生命周期中的流程和实践130
8.7不匹配的状况和活动131
8.7.1机械的实践131
8.7.2官僚的流程132
8.8流程和实践有不同的信息需求132
8.9小数据与大信息132
8.10组织中的艺术133
参考文献133
第9章虚拟员工135
9.1虚拟产品工程实践137
9.2硬件规则139
9.2.1维持现状是最省力的140
9.2.2改变是痛苦的141
9.2.3行为主义不起作用142
9.2.4自我改变143
9.2.5专注是关键144
9.3虚拟空间和知识保留145
9.4组织变革147
参考文献150
第10章虚拟信息151
10.1创建阶段153
10.1.1需求153
10.1.2产品结构154
10.1.3机电一体化158
10.1.4工程分析与测试160
10.1.5产品创建工作流161
10.2构建阶段162
10.2.1工艺流程清单162
10.2.2实物阶段164
10.3支持阶段165
10.3.1维护165
10.3.2服务清单166
10.3.3操作状态更改167
10.3.4产品操作指导书169
10.4报废处置阶段170
10.4.1报废清单170
第11章虚拟无瑕172
11.1产品质量生命周期173
11.1.1感知价值173
……
第12章虚拟连接187
第13章虚拟无法分辨205
第14章虚拟成功220
第15章虚拟智能233
第16章虚拟尚未实现253

前   言第二本书比第一本难写，特别是如果都关注于同一主题。第二本书需要有独立的见解且不能与之前的重复。然而，第二本书也需要能够延续并扩展第一本书的观点。在写这第二本关于产品生命周期管理（PLM）的书的过程中，我希望涵盖一些新的而且有趣的材料，同时提醒读者这些素材引用自第一本书。    我的第一本书——《产品生命周期管理：下一代精益管理》深受欢迎，虽然无法达到《哈利·波特》的成功，但这本书成功地抓住了那些对PLM主题感兴趣的人的注意力。我很满足地发现我的书使得很多在世界级公司从事产品创造、构建、支持及处理的人的书架增色不少，也很高兴有些读者提出问题，这说明他们中有相当一部分确实读了此书。    对于哈利波特的主题，不久之前我曾在NASA组织了一个会议，让一个PLM应用提供商做一个关于他们最新软件的展示和示范。该软件受到所有参与者的欢迎，除了一个。这个人能在场的唯一资格是她有一个博士学位，她所掌握的那一点点理论知识显然不足以让她明白产品生命周期管理的形势。    我对于NASA在构建物理火箭的同时又构建了一个数字火箭是基于“魔法”的这件事持拥护态度，这名博士对此有怨言。我那时忽略了这件事，但进一步考虑，可能从她自身的角度看会有不同的观点。正如Arthur Clarke（著名科幻小说作家）所说：“任何足够先进的技术都与魔法无异。”对于很多人来说，产品生命周期管理的快速发展在他们看来可能确实像魔法。然而，计算通信和软件的快速发展使得几年前不可能的事变为了可能。    创造和组织那些能反映出物理性质的产品信息最近才成为可能。虽然我们对产品信息的抽象简化已进行了很长时间，但产品几何及其功能所展现的丰富的表现形式直到最近才出现。这对一些人看来可能像魔法，但这实际上是一个重大的技术发展的产物，而且这仅仅只是个开始。    因为这本书，我有机会参观一些世界范围内不同产品类别中最好的公司，见到了一些最令人吃惊的产品，它们确实改变了我们的世界。我与这些制造商讨论了他们过去是如何创造并构建一个产品以及PLM正在以何种方式改变和将要改变他们构建后继产品的方式。    我的第一本书已被翻译成多种语言，而我也因此有机会在美国、亚洲和欧洲进行有关PLM的演讲。在我所教授的大学和企业的课堂中，有来自于各大洲（南极洲除外）的专业人才。    我对我的书在工业领域产生的影响感到很高兴，同时我对它能够被应用在大学层面也同样感到高兴。诸如普渡大学、弗吉尼亚理工大学和上海交通大学都在使用我的书教学，以启发学生用这种新方式来思考产品及其关联信息。我相信学习过这种新做事方式并把这些思想带入他们工作中的学生将比那些受过去陈旧方式教育的同事更有竞争优势。    在我看来，一个更好的消息是书中观点的方向是正确的。PLM的发展轨迹已经证实了书中所提出的想法，这些想法（例如虚拟协作工作室）也得到了很多大公司的支持并予以执行，我所创造的一些术语和定义在工业中得到了应用（如果PLM的定义中包含“在最后处理阶段到达高潮”的字眼，那便是我的定义——“到达高潮”这个词很少被使用）。    一些新术语会伴随着一个新学科到来，PLM也不例外。老词汇的含义也较落后，而新学科需要新词汇。我不喜欢用“奇点”这个词表达关联一个控制或信息主版本。我依旧喜欢定义此词为“事实的单一版本”。我依然不确定“事实”对于全体都同意的信息有什么影响。    对于基本术语的定义依旧有一些混乱。一些组织依旧把这个领域看作产品数据管理（PDM）。术语很重要。我们谈论事物的方式就是我们思考事物的方式。我发现那些依旧引用PDM的组织还有一只脚踩在旧的观念中。相对于模型来说他们更喜欢工程图纸。他们对技术的使用大多数依旧停留在工程方向。    我提出PLM由三要素组成：人员、流程/实践、技术。受众依然还是第一本书面向的那些人。然而，也出现了一些关于人们的思考方式和改变（尤其是在神经科学领域）的新的有趣工作，我愿意更深入地探索它们。我所写的第一本书用几页内容讲解了流程与实践的区别，从那之后我对它们有了更多思考并拓展了这些想法。在如今的讨论中，流程已得到最大程度的关注。流程很重要，但它并未真正描述出人们所做的真正有趣的事，而实践才是创造、构建、支持及处理产品的真正驱动。    计算和通信技术仍然在发展，这真的令人赞叹。第一本书的一些读者本希望我花更多的时间讨论实施PLM过程中用到的实际技术，然而我并不情愿那样做，因为按照技术变化的速度，任何书都会过时。我尝试实现的是关注驱动PLM的根本的技术概念和信息化构想。    随着时间的推移，我更加坚信信息是生产精益和创新产品的关键驱动力。这里的信息指的是被浪费的物理资源（即时间、能源和材料）的替代品，这很明显，但很少被清晰地表达。关于信息的理念是关键点，但相关探索和阐释会令人困惑。    PLM及其概念已经对产品的创建、构造、支持及处置有了改进。我希望通过延伸第一本书中的想法并提供一些新的有趣的概念来公平地进行这个话题，以思考精益和创新的虚拟完美的产品。    我从与很多朋友、同事以