制造/生产技术,硬件和服务


电子智能制造

2020年7月29日制造/生产技术,硬件和服务

本文描述了为消费和工业产品、家用电器、制造服务、汽车和运输、航空航天和国防以及半导体设备的电子制造商设计的产品开发战略。

在这些行业中的每一个,公司正在努力满足客户对更快的新产品介绍(NPI),完美的质量,个性化和定制产品和互联网连接的需求。由于制造商试图满足这些期望,因此他们还必须管理全球供应链的并发症,以及当今先进的设计和制造实践的复杂性增加。

我们在这个充满挑战的环境中为您提供支持的战略被称为电子智能制造,其核心是一个集成平台,包括PCB设计和机械流程,同时将工程、制造和交付当今智能产品所需的所有领域统一起来。这是一个数字化的发展战略,包括从PCB设计和工厂车间优化到将客户反馈纳入新设计的一切。

电子设备智能制造代表了西门子呼叫数字企业的新制造操作模型,因为我们为您的需求调整了它。我们认为它是目前可用的最全面的平台,并在看到我们自己的工厂部署后,我们知道它有效。

本文将解释什么是电子产品的智能制造,它比传统产品开发方法有什么优势,以及为什么西门子的这一战略可以帮助您的公司成功。

今天的消费电子气候挑战制造商

作为电子设备的用户,我们都能体会到新智能手机发布、新视频游戏平台在假日上市、或承诺以某种方式改善我们健康的可穿戴设备的推出所带来的兴奋。电子领域的突破性创新层出不穷,这也是我们所期待的。

如果你从消费者的角度来看,这是一个积极和令人兴奋的发展。但作为电子产品制造商,你的看法可能更加复杂。尽管在这个市场上有令人难以置信的成功潜力,但竞争的挑战是令人生畏的。

你的客户不仅期待你以越来越快的速度推出新设备;他们想从几十个选项中选择一个定制版本。最终,他们会期待他们的设备个性化,如果他们还没有。他们越来越希望新设备能通过互联网连接到他们所有的其他设备。

此外,还有对完美品质的期望。在这个社交媒体上充斥着即时和潜在病毒式的负面产品评论的时代,一个小故障或重大的发布延迟都可能导致一款产品过早死亡。

对制造商的实际影响

由于电子制造商努力满足今天的市场需求(快速新产品介绍,对质量的高期望,个性化/定制,互联网连接等),制造商必须与:

更大的产品和过程复杂性

3D打印、知识自动化/数字助理、大数据/数据分析和先进机器人等新技术已经出现,以加强创新和加速制造过程。尽管这些技术提供了显著的优势,但它们也增加了产品和生产过程的复杂性。

连续运转的压力

如今的上市时间很短,因此很难提前证明生产流程是否有效,而生产加速周期的数量越来越多,几乎没有犯错的余地。

从大规模生产转向大规模定制的困难

目前制造系统的不灵活性可防止它们支持质量定制。

严格的数据和文档要求

在汽车和医疗等行业开展业务,以及与严格要求高质量和标准化的原始设备制造商(oem)合作时,合规证明是必不可少的。

全球化对劳动力资源和物质补充的影响

由于一些低成本地区无法跟上不断增长的产品需求和/或成本预期,有关在哪里生产的决定变得更加复杂。当低成本劳动力不再具有成本效益时,当运输成本抵消了节省的劳动力成本时,利润率就会下降。全球采购提供了节省成本的潜力,但也使优化材料补充变得更加困难。

到目前为止,该行业的反应如何

大多数电子制造商已将数字化应用于产品开发过程的各个阶段。这些努力包括下列一种或多种解决办法:

•PCB组装和测试的综合规划和管理。

生产提升,虚拟设计和过程验证测试管理和执行。

•生产优化与集成布局和模拟。

•先进零件和模具制造的模型驱动工艺。

•PCB合同制造的供应商合作。

•制造执行系统(MES),用于箱体建造和车间连接。

数字化显然支持更好地规划和更快地验证生产替代方案,提高生产运营的有效性和性能。然而,CEB Global(现为Gartner)的研究表明,到目前为止,数字化并未产生预期的底线影响。

在2017年的一项调查中,该公司发现,他们联系的高管中,超过80%的人正在进行某种数字项目,但44%的人也指出,数字投资并没有改善净利润。

“Digitalisation的成功取决于拥有最先进的技术和更多有权拥有正确的操作系统,”Gartner得出结论。“商业技能,激励和操作模型对数字化成功的可能性产生了15倍,而不是数字技术的变化。”

还需要什么?

实现了数字化的全部潜力需要新的制造操作模型。在西门子,我们称此划线产品是数字企业,该数字企业是一个集成平台,将所有域注入工程师,制造和提供当今智能产品所需的所有域。

数字企业的基础是两个概念:数字主线和数字孪生。

数字线程

数字线程是一条信息链,连接所有参与设计、制造和支持产品的人员和信息。协作骨干,如Teamcenter软件,通过所有涉及的学科、应用程序、工具和系统编织数字线索。

数字双

这是产品(数字产品双胞胎)或其制造过程(数字制造双床)的高度准确的虚拟模型。这些模型用于在构建产品或设计制造操作之前模拟真实的条件,其目的是在软件中尽可能多地优化,其中可以廉价地评估该方案。

由于来自数字线程的信息,数字双胞胎可以不断更新,以达到最大的准确性。例如,可以获取客户反馈,以指导未来产品的设计和测试。类似地,通过从真实的制造过程中收集信息,可以改进制造模拟,从而提高制造过程的效率。数字双胞胎也是捕捉和复制制造最佳实践的一个很好的方法。

为什么电子产品要智能制造?

电子产品的智能制造是西门子PLM软件为电子产品制造商量身定制数字企业的方式。电子智能制造战略是将门拓并入西门子家族的结果,我们随后努力将两家公司的解决方案合并为一个全面的、有凝聚力的平台,为您提供价值。

西门子PLM软件已经从端到端覆盖了机械流程多年。Mentor为印刷电路板行业提供解决方案,涵盖从设计到制造的电子流。

电子和机械流程之间有许多不同和相似之处,但随着产品总体上变得更加复杂,包含更多的电子内容,我们看到需要在流程之间更紧密的衔接。这就是为什么我们创建了电子智能制造,使我们成为唯一一家提供同时支持电子(PCB)和产品开发的机械方面的解决方案的公司,从设计到制造。

通过电子产品的智能制造,西门子将现实世界和虚拟世界融合在一起,使电子制造商实现更高的效率。

功能基础

电子智能制造由西门子PLM软件产品套件提供支持,包括Teamcenter、Teamcenter软件的Active Workspace、NX软件、Teamcenter manufacturing、Tecnomatix产品组合、Camstar BoxBuild软件、Preactor软件、Valor Material Management软件、Valor Process Preparation软件、Valor物联网软件和Valor分析软件。

在功能方面,电子智能制造提供了以下工具:

验证pcb和机械设计的可制造性

用于制造分析的PCB设计可以执行950制造、组装、测试和可靠性检查,以评估数字产品孪生产品的性能问题。机械变化分析从零件和分总成的几何尺寸和公差(GD&Ts)模拟和预测装配级质量,识别关键的产品和制造信息(PMI)。

虚拟设计,模拟和优化生产流程

PCB组装工艺规划创建了生产工艺的数字孪生,实现了“在任何地方设计,在任何地方建造”的方法。盒建造计划为npi准备工艺计划,识别设计变更对盒建造线的影响,并交付更新的工作指导书。

工艺验证能够对整个装配操作进行可视化和分析,以发现与人类、机器人和协作机器人装配相关的问题,并确保遵循最佳实践。工厂产量和利用率模拟改进了资本投资的计划和运营费用的预测,通过优化生产,最大限度地利用和降低每个部件的成本。

管理材料和生产操作

材料管理工具确保材料准时交付到生产线,消除多余的在制品(WIP)和提高库存周转率。我们的制造运营管理(MOM)是一个全面的解决方案,电子和机械的预生产,生产和执行。这些解决方案管理来自所有资源(工具、操作员、机器)的数据,提供完整的可跟踪性,并与企业资源计划(ERP)和产品生命周期管理(PLM)系统无缝集成。

从制造数据中收集并获得业务价值

物联网(IoT)解决方案收集制造过程产生的所有数据(包括有关材料消耗、质量和工艺流程的数据),创建生产的数字孪生,并使实时、标准化的制造数据可用于企业应用程序。业务分析解决方案基于对制造数据的实时分析、根本原因分析以及对未来性能、质量和成本趋势的预测,推动智能决策。

有形的厂房优势

电子产品的智能制造消除了物理原型、断开的系统、基于纸张的工作指令和信息竖井,从而实现了从设计到计划到生产的连续、集成流程。在产品开发的每个阶段,都可以看到这种方法与目前的分块数字化战略之间的区别。一些关键的区别包括:

•更可靠和可制造的设计。

•设计、工程和制造部门之间更好的协作。

•更少的数据冗余。

•较少的车间规划错误。

•减少容易出错的手动数据输入。

优化库存和物料的JIT使用。

•实施制造最佳实践。

•准确和最新的工作指导书。

即插即用数据收集和关键性能指标(KPI)监控。

•快速识别根本原因。

•转向更高产品混合而不会损失工厂性能。

竞争优势和业务价值

通过将整个产品开发过程(从设计到生产)数字化,并在中间的所有步骤中连接数字线,电子战略智能制造让你知道可以进行设计,制造计划是最新的和同步的,生产系统被优化并按照你的计划运行。

与传统的部分数字化方法相比,这些信息具有显著的竞争优势,包括:

更快的上市时间和更频繁的新产品介绍

过去需要数周时间的产品开发活动,现在通过数字线程连接起来只需数小时就能完成。模拟和分析执行数字双胞胎确保正确的第一次生产。总的来说,因为智能制造策略可以将上市时间减少50%,它可以让你在一个需要频繁创新的市场中获得成功。

通过左班提高质量

左移是指在较早的阶段执行通常会在设计过程中较晚出现的任务。电子开发的一个例子是用于制造的PCB设计(DFM)分析,这是早期和定期执行,而不是等到设计完成。每次执行分析时,总体设计都会得到改进,而且改变的程度越大,受益就越大。

更敏感的制造业

通过数字线程联系产品设计和制造,规划可以在开发早期进行,因此在设计完成时,制造可以快速遵循。这为产品定制和个性化打开了门。

明智的决策

通过对制造的更好的可见性和充分利用制造数据的分析工具的可用性,可以做出更明智的决策。

成本控制

通过提高您的制造过程和材料的效率——无论是在单个地点还是在全球企业——电子智能制造战略可以帮助降低整体制造成本,最终使您的消费者能够负担得起您的产品。

证明电子产品的智能制造工作

西门子是全球领先的可编程逻辑控制器(plc)供应商,西门子安伯格电子厂(德国缩写:EWA)是该公司的这些系统的展示工厂。EWA每年生产1200万个plc,或每秒一个控制单元,假设每年230个工作日。

EWA是西门子的数字企业平台的一个非常成功的例子。使用智能制造的电子方法,植物的真实和虚拟制造世界完全集成。产品代码告诉生产机器,接下来必须采取哪些生产步骤以及哪些生产步骤。产品和机器确定哪些生产线应在符合送货截止日期时完成生产线。独立操作软件代理监控每一步,以确保遵守法规。

这些实践能迅速将创新转化为产品。在使用数字原型和在软件中模拟和优化生产过程的能力之间,EWA引入新产品的时间比其他西门子PLC工厂低50%。转换时间也只有原来的一半。新订单的交货期为24小时,具备处理大批量单的能力。

EWA的产品质量是99,99885%,一系列的测试站可以检测出少数确实发生的缺陷。这个数字企业已经节约了高达25%的成本。

EWA的数字

•超过1000个产品变体被运往全球60000个客户。

•每月生产100万件产品。

•每天输入5000万流程项。

•自动化级别为75%。

•每百万缺陷不足12个。

关于电子制造未来的思考

在当前市场环境下,电子产品的智能制造显然有能力提供竞争优势,在当前市场环境下,快速npi、产品个性化和高质量要求是主要关注点。但是未来呢?从历史上看,不可预见的市场力量将给产品开发带来挑战。

在西门子PLM软件公司,我们并不认为市场力量推动着电子行业的快速变化。但我们确实花时间思考未来的工厂和驱动它们的技术。在近期和中期,我们看到有三种技术变得尤其重要,我们正在努力确保电子智能制造战略将纳入它们。

人工智能

人工智能(AI)在制造业中有数百个潜在的使用案例,使其成为全球风险投资界最受欢迎的技术之一。由人工智能产生的能力被称为认知技术,包括计算机视觉、自然语言处理、语音识别、机器人技术、优化、基于规则的系统、规划和调度以及机器学习(机器通过接触数据提高性能的能力)。西门子的MindSphere是一款基于云计算的开放式物联网操作系统,利用工厂的物联网数据支持机器学习。

工业3D印刷

据估计,到2020年,全球75%的制造业务将使用3d打印工具、夹具和固定装置来生产成品。一些分析人士预测,汽车和航空航天/国防将是该技术的主要用户,电子制造业也将在某种程度上采用该技术。我们正在努力,包括与惠普合作,以确保这一技术尽可能有利于你们的制造过程。

先进的机器人

机器人现在能够完成以前不可能完成的电子组装作业。西门子和合作伙伴ArtiMinds Robotics(德国卡尔斯鲁厄)正在使柔性机器人的使用达到一个新的水平,并正致力于在更小批量和具有显著差异的过程中实现机器人操作的工业应用。

结论

当西门子在2017年关闭了导师图形时,很明显,随着电子产品含量的产品数量继续增长,数字企业的概念在没有电子设计和制造工具的情况下不会完整。

从那时起,西门子花费了大量的时间和专业知识来研究如何最好地帮助我们的客户整合电子和机械产品开发流程。此外,西门子正在研究如何最好地整合我们的解决方案,以便我们的客户能够将一个想法尽可能准确、快速和低成本地转化为产品。

结果是电子设备的智能制造,这里描述的策略。通过智能制造电子产品,西门子正在向其客户提供全面的投资组合,具有验证设计的可制造性,几乎设计,模拟和优化生产过程,生成和验证机器程序和工作说明的工具,以及优化工作时间表和优化工作时间表和优化工作时间表的工具资源分配。

如果你的公司想要在一个日益多样化的市场中取得成功,在这个市场中个性化和高频率的创新是规则,你就会知道灵活、成本效益和反应灵敏的产品开发的重要性。

电子产品的智能制造是实现这一目标的途径。


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