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。

數字化作為推動工業4.0發展的核心力量，正在引領制造業進入一個全新的自動化、智能化、互聯互通的時代。根據制造業領導委員會和其他機構的調查顯示，制造業數字化需求愈發強烈，同時工業4.0相關技術如何助力企業構建強大的數字框架，提高產品數據的管理效率和創新能力，也是行業發展的關鍵。

圖1：模擬通過預測材料特性和測試設計參數，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節的CT掃描，可為模擬仿真提供預測和失真等數據信息。圖片由泰科電子提供

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

CT數據反饋至設計與生產

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，提前發現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2A：(左)先前在Mouldflow軟件中測試的高功率充電口組合體的真實模制樣品。

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進行數據轉換; 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、數字智能工廠、風能和太陽能、協作機器人、物聯網、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。泰科電子專注創造可靠耐用的產品，并致力于行業技術變革，因此對質量環節把控非常嚴格。

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

泰科電子開發總監Alexander Stokowski表示，GPS是構建基于模型的系統和精確數學定義的唯一途徑。 Stokowski具備六西格瑪黑帶資質，也是巴登符騰堡聯合州立大學(DHBW)的測量技術和GPS講師，從事數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。如果在數學上不精確，就無法真正創建測量系統，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;根據需要生成數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化參數;CT掃描樣品零件以發現零件的實際信差。設計后：準備在線檢測模飯，并進行掃描、分析和評估。生產后：分析現場退回零件并提供設計反饋，實現持續改進。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數據分析的集成。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納入CT測量環境中，目標是實現100%的比率。”

這一開創性的決定是在行業實施新ISO標準的早期階段做出的，它激發了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，是加速創新的關鍵。然后Bertram說服了供應商Volume Graphics和SIMCON，在創建測量和模擬優化軟件之間創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據，循環返回到設計和FEA模具模擬階段，并傳遞到原型設計、首件檢測(FAI)和生產環節中。

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。

泰科電子實現數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現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調并統一，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。現在，其中大部分工作都通過工具軟件和我們正在創建的自動化循環來完成。我們的跨學科團隊可以快速查看和使用所有數據。”

圖4：汽車發動機控制單元(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，提升企業整體效益。

然而在質量升級的過程中，企業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度，特別是當企業盈利狀況尚可時。同時，工程師在適應新系統和技術時也可能遭遇挑戰，因為新系統往往比舊系統更為復雜。

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省大量的時間成本。泰科電子的創新平臺——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周的開發時間，而泰科電子能夠縮短至4到6周。

縮短發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、掃描并生成數字計量報告。現在有很多事情要做。我們希望在進行實體作業之前，盡可能多的完成準備工作。”

Volume Graphics通過自適應測量模板幫助泰科電子完成數據的前置加載和循環。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數字分析計劃之前進行的。它涉及到發動機控制單元的模具和部件開發。該設備屬于汽車行業，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。但是采用實施了數字計量流程，就能夠在一個循環中完成模具設計。”

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、分類質量數據、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;首席工程開發總監Alexander Stokowski，負責首個ECU項目的CT測量和數字化;COE GD計量經理Tabrez Ahmed Aiaz。圖片由泰科電子提供

技術加持，將開發時間縮短75%的愿景

如今，泰科電子希望將模具和零件開發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”數字差異或者工作協同方面，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。20%至30%的外部工具制造商使用整體集成式數字系統。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標準的零件規格在Creo中創建，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%的產品數據通過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，用于整合和分發這些數字技術。

質量是終極目標

在制造業中，質量不僅是企業追求的終極目標，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。優質的產品是企業立足市場的基石。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，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字系統，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新步伐。隨著技術的不斷進步，虛擬計量和數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”，有助于企業不斷創新，滿足市場的需求，同時也將推動整個行業的進步。

（來源：海克斯康制造智能）