數(shù)字孿生和增材制造賦能供應(yīng)鏈管理
供應(yīng)鏈管理的挑戰(zhàn)與數(shù)字化利器
供應(yīng)鏈管理對于制造型企業(yè)，特別是生產(chǎn)大型復(fù)雜裝備產(chǎn)品、多品種訂單式生產(chǎn)和全球化采購經(jīng)營的大型跨國制造企業(yè)而言，重要性不言而喻。
企業(yè)的供應(yīng)鏈管理一定是其整體戰(zhàn)略最重要的有機組成部分之一，涉及到企業(yè)經(jīng)營的方方面面。
例如：新品研發(fā)過程中，主機廠對其子系統(tǒng)或零部件供應(yīng)商的研發(fā)外協(xié)、系統(tǒng)集成和項目管理；采購過程中，制定合理的供應(yīng)商準(zhǔn)入策略，平衡質(zhì)量、成本、交期等；生產(chǎn)過程中，合理布局OEM、ODM供應(yīng)商，確定合適的生產(chǎn)計劃和安全庫存；維護保養(yǎng)環(huán)節(jié)，備品備件的供應(yīng)和逆向物流等。除此以外還需考慮產(chǎn)品物流運輸規(guī)劃保障，而全球化的供應(yīng)鏈還需考慮貿(mào)易監(jiān)管、當(dāng)?shù)卣蟆⑥D(zhuǎn)移定價、稅務(wù)、匯率、財務(wù)事務(wù)的決策等。
這是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，稍有不慎即可導(dǎo)致生產(chǎn)中斷、銷售斷貨、成本飆升、質(zhì)量事件等嚴(yán)重問題。
復(fù)雜的跨國供應(yīng)鏈管理體系（源自網(wǎng)絡(luò)）
解決問題首先需要具有對該復(fù)雜系統(tǒng)的“可視性”，進而具有“可預(yù)測性”，以及形成風(fēng)險管理和風(fēng)險緩解的“預(yù)案”。數(shù)字孿生體技術(shù)具有“數(shù)化”、“建模”、“互動”、“仿真”、“沙盒模擬”等特性，為供應(yīng)鏈管理這類復(fù)雜系統(tǒng)提供了有力的數(shù)字化支撐。
而增材制造具有“隨需而制”、“簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和零部件”、“簡化產(chǎn)品所需原料類型”、“簡化工藝流程和降低工廠要求”等特性，從數(shù)字化制造的另一面為簡化供應(yīng)鏈管理提供了工藝技術(shù)上的支撐。
兩者相結(jié)合必將對制造業(yè)供應(yīng)鏈管理帶來數(shù)字化革命，并且越來越多的應(yīng)用案例已開始展現(xiàn)。
數(shù)字孿生與增材制造賦能供應(yīng)鏈管理的幾個視角
以企業(yè)制造全流程來看，主要涉及到設(shè)計（Design）、制造（Manufacturing）和質(zhì)量（Quality）三個重要環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)對供應(yīng)鏈管理都產(chǎn)生了重要影響。
在目前的環(huán)境下，在研發(fā)、制造、質(zhì)量控制和供應(yīng)鏈領(lǐng)域，大多企業(yè)已基本實現(xiàn)信息化管理，存在著很多信息系統(tǒng)。各個信息系統(tǒng)可能具有自己的模型，但是往往難以互通，更缺乏能夠貫穿流程，以及被產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈上下游所共同認可的標(biāo)準(zhǔn)。這帶來了復(fù)雜的信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口問題，數(shù)據(jù)和產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，更難以滿足新時代服務(wù)型制造、大批量個性化定制需求下對供應(yīng)鏈管理的需求。
未來在數(shù)字孿生體模型支撐下的研發(fā)、制造和質(zhì)量數(shù)據(jù)協(xié)同
（源自RyanGelotte和Jennifer Herron，數(shù)字孿生體課堂）
數(shù)字化研發(fā)對供應(yīng)鏈賦能的影響
以數(shù)字化研發(fā)應(yīng)對大批量個性化定制或者快速變化的市場需求，將對供應(yīng)鏈帶來如下影響：
1. ?????從逆向工程到正向設(shè)計：在經(jīng)濟日益國際化、市場化的今天，復(fù)雜產(chǎn)品和系統(tǒng)的測繪仿制已不可行。而隨著知識產(chǎn)權(quán)保護的理念日益鞏固，從中國制造走向中國創(chuàng)造，中國正在成為正向設(shè)計和創(chuàng)新的主戰(zhàn)場。正向設(shè)計需要基于模型、自頂向下的系統(tǒng)工程（MBSE）。復(fù)雜的產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)、以及頻繁的需求和設(shè)計變更交互，需要主機廠與供應(yīng)鏈具有基于統(tǒng)一數(shù)字孿生體模型的系統(tǒng)支持；
MBSE支持的正向設(shè)計（源自安世亞太）
2. ?????共享設(shè)計和仿真資源、應(yīng)用統(tǒng)一的規(guī)則：隨著支持設(shè)計和仿真的云平臺建立，供應(yīng)商將可以和主機廠在同樣的平臺上工作，運用同一套設(shè)計和檢驗規(guī)則，共享軟硬件資源，數(shù)據(jù)和信息集中管理；
3. ?????面向增材的設(shè)計將極大減少產(chǎn)品零部件和供應(yīng)商數(shù)量：以GE的CT7渦軸/渦槳發(fā)動機改進型的燃燒室中框架單元體為例，采用面向增材的設(shè)計DFAM后，原來的七個組件及其300個零件最終組合成一個零組件。除了減重十余磅，研發(fā)團隊規(guī)模減少了一個數(shù)量級，供應(yīng)商數(shù)量也由50多個降為一個，技術(shù)服務(wù)中心由五個降為一個；
增材制造對研發(fā)組織、供應(yīng)商管理、維保服務(wù)的簡化（來源：GE Aviation）
4. ?????產(chǎn)品原型將得到快速制造：隨著增材制造裝備的普及，主機廠與供應(yīng)商之間的產(chǎn)品原型交互將更為簡便。傳統(tǒng)的實物制造和運輸過程，將被數(shù)據(jù)模型的電子傳輸所替代，按需隨時打印，極大地縮短了時間周期和成本。
數(shù)字化制造對供應(yīng)鏈賦能的影響
以增材制造為代表的數(shù)字化制造，其工藝流程簡單，隨需而制，使低成本的分布式制造成為可能，帶來庫存和供應(yīng)鏈的大幅簡化。
1. ?????“隨需而制”的分布式制造和庫存模式：例如UPS和Fast Radius、SAP合建的分布式制造平臺，旨在滿足全球供應(yīng)鏈不斷變化的需求，提供按需制造和供應(yīng)鏈解決方案。其核心是提供一個“虛擬庫存”，可以安全地存儲客戶零件的數(shù)據(jù)模型和生產(chǎn)工藝，零部件僅在需要時才進行生產(chǎn)。這消除了制造商物理存儲零件的庫存成本，并能夠在24小時內(nèi)立即補充庫存。FastRadius將增材制造中心設(shè)置在戰(zhàn)略性的“跑道盡頭”位置，使FastRadius最多可以節(jié)約6個小時的生產(chǎn)時間，這可以為客戶提供真正的準(zhǔn)時生產(chǎn)，訂單最快可能在下單的同一天內(nèi)發(fā)貨。
2. ?????維護保養(yǎng)過程中的備件供應(yīng)：在裝備使用和維護保養(yǎng)過程中，隨需打印大大降低了備件庫存和備件物流，特別是對于部分高價值和難以拆卸的裝備和場合（例如戰(zhàn)場和太空環(huán)境），應(yīng)用增材制造技術(shù)還可進行現(xiàn)場打印和修復(fù)，大大降低修復(fù)時間和成本。
太空3D打印（來源：MADE IN SPACE）
3. ?????建立制造過程的數(shù)字孿生體：將使得供應(yīng)商能隨時掌握其產(chǎn)品在總裝廠的庫存、裝配和使用過程，以及在整機測試中的性能表現(xiàn)，變被動地接受訂單和問題反饋為主動安排生產(chǎn)和改進產(chǎn)品。
數(shù)字化質(zhì)控對供應(yīng)鏈賦能的影響
供應(yīng)商質(zhì)量控制是供應(yīng)鏈管理的重點和難點，而數(shù)字孿生和增材制造等數(shù)字化技術(shù)的引入，將對產(chǎn)品質(zhì)量控制帶來新的手段。擺脫傳統(tǒng)具有一定風(fēng)險的抽檢模式，通過每個產(chǎn)品數(shù)字孿生體的過程數(shù)據(jù)和在線檢測數(shù)據(jù)的人工智能分析，即可精確判別產(chǎn)品質(zhì)量乃至劃分產(chǎn)品等級。
1. ?????增材制造提供豐富的制造過程數(shù)據(jù)：相對于傳統(tǒng)等材和減材制造，增材制造將可提供產(chǎn)品更為完整的數(shù)字孿生體。由于采用逐點堆積成型技術(shù)，對于每個點的控制參數(shù)均有詳細記錄，同時對成型過程質(zhì)量在線監(jiān)控，數(shù)據(jù)量遠遠超出CNC等減材工藝。配備機器視覺和人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷和可靠性隱患，主機廠甚至可以“看著零件長大”，掌握最全面可靠的質(zhì)量信息；
增材制造質(zhì)量控制要素（來源：安世亞太）
2. ?????提高供應(yīng)商質(zhì)量管理的智能化和自動化程度：通過對供應(yīng)商數(shù)字化制造賦能，在大數(shù)據(jù)積累下將可大大簡化和加強供應(yīng)商管理過程。例如：在供應(yīng)商準(zhǔn)入環(huán)節(jié)，將其數(shù)字化制造程度作為重要的考核指標(biāo)；在供應(yīng)商審核環(huán)節(jié)，將飛行檢查改為對過程監(jiān)控數(shù)據(jù)的常態(tài)監(jiān)控；在來料入廠環(huán)節(jié)，將抽查檢驗轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ξa(chǎn)品數(shù)字孿生體的AI檢驗；供應(yīng)商的考核與評級，基于以上的數(shù)據(jù)模型等。
供應(yīng)鏈數(shù)字化賦能中的數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵問題
在產(chǎn)品研發(fā)、制造、質(zhì)控到交付的鏈條中，與供應(yīng)鏈的數(shù)據(jù)交互將會帶來大量的挑戰(zhàn)。它直接影響了最終產(chǎn)品的質(zhì)量，也影響了整個供應(yīng)鏈運行的效率。
例如在研發(fā)階段，需要與大量供應(yīng)商同步解決需求的變更和零部件相互之間的配合問題。
產(chǎn)品生命周期和研發(fā)中的供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)交互問題（來源：Ryan Gelotte和Jennifer Herron數(shù)字孿生體課堂）
對于供應(yīng)鏈的數(shù)字化賦能，核心是解決數(shù)據(jù)交換問題，關(guān)鍵是建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。
為了解決供應(yīng)商交互問題，工業(yè)界和標(biāo)準(zhǔn)化組織聯(lián)合制定了一系列包含產(chǎn)品全生命周期（PLCS）信息的國際標(biāo)準(zhǔn)，例如2005年發(fā)布的《ISO 10303 STEP——產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)》等。
產(chǎn)品全生命周期信息數(shù)據(jù)交換（來源：安世亞太）
隨著數(shù)字化時代數(shù)字孿生和增材制造等新技術(shù)的加入，數(shù)據(jù)類型更為豐富、數(shù)據(jù)容量幾何級增長、數(shù)據(jù)交互的時效性要求更高、數(shù)據(jù)價值和應(yīng)用分析的工具更為先進，同時也帶來了對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)更新和工具更新的要求。
以增材制造為例，研發(fā)和制造過程中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，動輒以G計算；由于傳感器、機器視覺、人工智能和數(shù)字孿生的應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸過程也由傳統(tǒng)單向低速控制指令，轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂浦噶詈瓦^程檢測數(shù)據(jù)雙向高速傳輸；而生產(chǎn)過程中積累的大量數(shù)據(jù)，除產(chǎn)品質(zhì)量保證外，在其生命周期中的可靠性管理和預(yù)測性維護等領(lǐng)域，都將發(fā)揮重要價值。
增材制造的數(shù)字線程（來源：Paul Witherell，數(shù)字孿生體課堂）
對于數(shù)字孿生體和增材制造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，已成為ISO等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和我國十四五數(shù)字化制造的核心研究課題。
同時，海量數(shù)據(jù)的高速低延時傳輸，對通訊基礎(chǔ)設(shè)施也提出了更高的要求。以5G應(yīng)用為代表的數(shù)字化新基建正成為制造業(yè)強國面向未來競爭的發(fā)力點。
2020年初，德國Fraunhofer IPT弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術(shù)研究所IPT和瑞典移動網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商愛立信共同開發(fā)了“歐洲5G工業(yè)園區(qū)”概念，在亞琛園區(qū)測試新移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在生產(chǎn)控制與物流方面的應(yīng)用。我國以華為為支撐的5G工業(yè)園區(qū)建設(shè)項目也在多地規(guī)劃布局和建設(shè)中，將成為未來數(shù)字化園區(qū)和工廠的標(biāo)配。
5G工業(yè)園區(qū)中的增材制造場景（來源：3D科學(xué)谷）
未來，隨著5G通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，數(shù)字孿生、增材制造等數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作的逐漸完善，必將為制造業(yè)的供應(yīng)鏈管理帶來全面變革。
安世亞太具有24年的研發(fā)信息化工業(yè)軟件開發(fā)和服務(wù)經(jīng)驗、6年的工業(yè)品先進設(shè)計和增材制造經(jīng)驗，是我國工業(yè)企業(yè)研發(fā)信息化領(lǐng)域的領(lǐng)先者、新型工業(yè)品研制者、企業(yè)仿真體系和精益研發(fā)體系創(chuàng)立者，在國內(nèi)PLM、虛擬仿真及先進設(shè)計領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，提出了基于增材思維的先進設(shè)計和智能制造解決方案，聚焦于打造以增材思維為核心的先進設(shè)計與智能制造產(chǎn)業(yè)鏈，以全球視野和格局進行資源整合、技術(shù)轉(zhuǎn)化和生態(tài)構(gòu)建。
