文章来源：海克斯康发文、OFweek 电子工程网

通过使用Volume Graphics软件，制造商可在整个设计、模拟仿真和制造过程中获取关键信息。

数字化作为推动工业4.0发展的核心力量，正在引领制造业进入一个全新的自动化、智能化、互联互通的时代。根据制造业领导委员会和其他机构的调查显示，制造业数字化需求愈发强烈，同时工业4．0相关技术如何助力企业构建强大的数字框架，提高产品数据的管理效率和创新能力，也是行业发展的关键。

图1：模拟通过预测材料特性和测试设计参数，在早期阶段为质量测量工作流程提供助力。对汽车充电口进行最终生产环节的CT扫描，可为模拟仿真提供预测和失真等数据信息。图片由泰科电子提供

工业CT在当今日益加快的数字化转型中，拥有广阔的应用范围，也发挥了强大作用。它对设计、模拟仿真和制造等核心流程的影响显著；与CT数据分析软件结合使用，能更好地发挥相应作用。

CT数据反馈至设计与生产

基于模型定义（MBD）作为一种先进的设计与制造方法，正逐渐取代传统图纸，为工程界带来一场深刻的变革。它通过在模型中直接嵌入产品制造信息（PMI）的方式，提供一个全面的设计和制造解决方案。与传统的基于2D图纸的方法相比，MBD能够提供更丰富、更精确的信息，包括尺寸、公差、材料属性等，从而确保整个产品开发过程的高效与精准。

在MBD体系下，工程师能够在设计阶段就做出更多关键决策，提前发现并解决潜在的生产问题。这种方法有助于减少后期的生产验证工作，从而缩短产品的上市时间，并降低成本。

图2A：先前在Mouldflow软件中测试的高功率充电口组合体的真实模制样品。

图2B：充电口的CAD模型，带有列出公差的PMI质量注释。无需从Creo进行数据转换； 详细的CAD PMI会直接自动导入到VGMETROLOGY中。图片由泰科电子提供

为质量检测设定基准

对于一家从事电动汽车、飞机、数字智能工厂、风能和太阳能、协作机器人、物联网、高速连接等领域的公司来说，使用MBD和先进的检测方法大有意义。泰科电子专注创造可靠耐用的产品，并致力于行业技术变革，因此对质量环节把控非常严格。

相较于传统设计流程的局限性，这种“工程化”路径可将ISO几何产品规范（GPS）标准和虚拟计量的优势相结合。传统的工作流程使用图纸、2D和3D数字系统，虽然比MBD简单，但在模型转换期间经常会丢失信息，并目在创建质量检测程序时需要大量的手动编程。

泰科电子开发总监Alexander Stokowski表示，GPS是构建基于模型的系统和精确数学定义的唯一途径。 Stokowski具备六西格玛黑带资质，也是巴登符腾堡联合州立大学（DHBW）的测量技术和GPS讲师，从事数字化转型研究工作已有十年之久。

Stokowski说：“GPS 在提取零件的中心轴、获得90度测量方向、检测点方面很重要。如果在数学上不精确，就无法真正创建测量系统，更不用说自动化了。”

图3：虚拟和物理质量工作流程－（左至右）设计零件并定义质量测量信息；根据需要生成数字报告和模拟反馈以进行设计；从PMI进行可视化和评估零件；在模拟和扫描程序中使用人工智能来优化参数；CT扫描样品零件以发现零件的实际信差。设计后：准备在线检测模饭，并进行扫描、分析和评估。生产后：分析现场退回零件并提供设计反馈，实现持续改进。图片由泰科电子提供。

对于Stokowski和泰科电子而言，汽车产品部门从2012年左右开始实施MBD和GPS的一致性，以及与CT数据分析的集成。第一个试点项目就是从那时开始的。Stokowski说：“到2013 年底，也就是实施两年后，我们决定将所有新产品开发纳入CT测量环境中，目标是实现100％的比率。”

这一开创性的决定是在行业实施新ISO标准的早期阶段做出的，它激发了PTC（Creo）、泰科电子和Volume Graphics（VG）之间的紧密合作，进而围绕符合ISO标准的新型GPS功能进行集成。

此外，泰科电子的模具模拟工程师Patrick Bertram认为，在实施质量流程的同时纳入模具模拟，是加速创新的关键。然后Bertram说服了供应商Volume Graphics和SIMCON，在创建测量和模拟优化软件之间创建了一个自动化界面。

全生命周期的生产流程，促使泰科电子更广泛地使用MBD和PMI，从而将虚拟测试和真实测量结果数据，循环返回到设计和FEA模具模拟阶段，并传递到原型设计、首件检测（FAI）和生产环节中。

Stokowski表示，ISO标准的STEP 214和242不利于全流程整合。我们使用Creo工具包中的应用程序编程接口（API）和ISO－GPS建立了我们与VGMETROLOGLY和VGSTUDIOMAX软件的直接接口。我们增加了特殊定制功能，以便可以重复使用从FAI导出的数值。即：源自Creo和VGMETROLOGY的几何尺寸和公差（GD＆T）功能，以及源自SIMCON的VARIMOS集成。无需其他软件即可将设计、仿真与质量测量相连接。

泰科电子实现数字化测量的首要目标，是确保设计部件与制造部件相匹配。在大多数情况下，这意味着成型产品加工模具中存在中心公差问题，以及典型的凸出痕迹和小缺陷。模具模拟和虚拟计量有助于发现并解决生产模具和塑料件中功能和外观方面的问题。FAI会形成一个反馈回路，其中3D模型和模拟仿真、模具和制造部件会相互协调并统一，差异很小，甚至没有差异。从那里开始，质量模板由Volume Graphics软件创建，用于自动检测。

Stokowski 说：“十年或十五年前，设计师并没有花太多时间思考模具中的细节。现在，其中大部分工作都通过工具软件和我们正在创建的自动化循环来完成。我们的跨学科团队可以快速查看和使用所有数据。”

图4：汽车发动机控制单元（ECU）带200个电子连接针脚。这是泰科电子自动化质量检测工作的第一个测试部分。图片由泰科电子提供。

有效的质量投资回报ROI

品牌的核心竞争力之一就是产品与服务的质量。高质量不仅能够为品牌赢得良好口碑，吸引并留住客户，还能有效降低售后服务成本，提升企业整体效益。

然而在质量升级的过程中，企业往往会遇到来自财务管理和工程实施的双重压力。财务经理可能会对额外的质量投资持保守态度，特别是当企业盈利状况尚可时。同时，工程师在适应新系统和技术时也可能遭遇挑战，因为新系统往往比旧系统更为复杂。

Stokowski表示，泰科电子的产品以其耐用性、可靠性和高质量著称，这些特性无疑能够为客户节省大量的时间成本。泰科电子的创新平台——卓越中心（COE），通过与客户的紧密合作，加快了产品从设计到市场的周期如果一个项目在其它情况下需要10到12周的开发时间，而泰科电子能够缩短至4到6周。

缩短发动机控制单元模具设计周期

Stokowski说：“我们的目标是在十天内完成设计、模拟、扫描并生成数字计量报告。现在有很多事情要做。我们希望在进行实体作业之前，尽可能多的完成准备工作。”

Volume Graphics通过自适应测量模板帮助泰科电子完成数据的前置加载和循环。测量模板可以使用人工智能和机器学习对缺陷进行分类、定位和细分。它们还可自动进行大部分的扫描分析，然后捕捉测量报告信息。泰科电子的目标是将分析时间从10天缩短到5天。

Stokowski提到一个设计项目，该项目是在实施2014年Volume Graphics软件的完整CT数字分析计划之前进行的。它涉及到发动机控制单元的模具和部件开发。该设备属于汽车行业，具有200多个电子连接针脚，是同类产品中的首款。

Stokowski说：“我们花费了将近一年的时间和十多次循环才使零件符合图纸设计要求。过程让相关人员筋疲力竭，仅仅三年半后，就必须进行第一次工装更换。但是采用实施了数字计量流程，就能够在一个循环中完成模具设计。”

图5：在CT自动检测的过程中，人工智能和机器学习是用于标记、分类质量数据、定位问题和分割缺陷，识别和采取措施的强大技术。图片由Volume Graphics提供。

图6：（左至右）首席模塑仿真工程师Patrick Bertram；首席工程开发总监Alexander Stokowski，负责首个ECU项目的CT测量和数字化；COE GD计量经理Tabrez Ahmed Aiaz。图片由泰科电子提供

技术加持，将开发时间缩短75％的愿景

如今，泰科电子希望将模具和零件开发过程所花费时间缩短到过去的25％。Stokowski说，在GD＆T的实践改进、解决程序的“线程”数字差异或者工作协同方面，总会花费比较大的人力。我们也没有那么多资源让每个模具都通过实验设计（DOE）。但是，公司的关键模具将使用DOE，且所有新模具都将通过VGMETROLOGY软件的验证。

供应商也在采用这种新的方法。许多人已经购买了自己的虚拟计量系统。20％至30％的外部工具制造商使用整体集成式数字系统。其他制造商则会在公司外进行扫描，在内部使用软件处理。在泰科电子于COE内部进行完整计量报告之前，所有工具制造商都要进行材料合规检查和基本测量。

Stokowski预计，最终泰科电子的质量流程将被所有的供应商采用，但愿景尚远——因为GPS 和虚拟计量都存在成本和文化差异。与此同时，Stokowski的团队和COE将朝着未来的“按键式”流程努力，出于实际考虑，预计这将适用于75％的工作。

由于实施了质量流程改进方法，泰科电子实现了许多里程碑式的提升：

◇所有新的注塑件均在MBD中实施

◆100％的注塑件将通过扫描检测，不再使用接触式测量

◇ISO－GPS标准的零件规格在Creo中创建，并在需要时转换为3D PDF格式的文档

◆Creo和VGMETROLOGY软件之间的集成简单直接

◇75％的产品数据通过PMI传输

◆仅接口不兼容的需要单独返工

泰科电子在EMEA地区拥有六台用于注塑件的在线扫描仪，用于最终零件检验。使用扫描仪和Volume Graphics软件输出计量报告后，可查看零件的计量报告关键尺寸和目标区域，而不是整个零件。成本和时间在这里也很重要。并且，在早期阶段就对零件进行虚拟设计、分析和测试，结合检查的首件检验，可确保满足合规性和在工厂车间复检。公司在全球拥有23台扫描仪，Creo的全球许可证，以及完整的Volume Graphics软件套件。此外，泰科电子还有专门的平台，用于整合和分发这些数字技术。

质量是终极目标

在制造业中，质量不仅是企业追求的终极目标，更是一种能够吸引并留住客户，提升工程团队效能的核心价值观。优质的产品是企业立足市场的基石。它不仅关系到消费者的满意度，还直接影响到品牌形象和市场竞争力。一个注重质量的企业，才能够在激烈的市场竞争中脱颖而出。

泰科电子正是凭借先进的质量工具和数字系统，不仅大幅提升了产品质量，还加速了电动汽车等新兴领域的创新步伐。随着技术的不断进步，虚拟计量和数字化将开启无限可能。泰科电子已经意识到这一点，并将其作为未来发展的重要方向。正如Stokowski所说，这些技术将提供无穷无尽的“宝藏”，有助于企业不断创新，满足市场的需求，同时也将推动整个行业的进步。