某大型制造企业数字化转型规划方案

1、数字化转型项目方案数字化转型项目方案_ 数字化转型项目方案_ 数字化转型PLM方案目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc491116142 一、项目背景和目标 PAGEREF _Toc491116142 h 1 HYPERLINK l _Toc491116143 二、业务现状 PAGEREF _Toc491116143 h 3 HYPERLINK l _Toc491116144 1.总体应用现状 PAGEREF _Toc491116144 h 3 HYPERLINK l _Toc491116145 2.各模块业务问题 PAGEREF _Toc491116145

2、h 3 HYPERLINK l _Toc491116146 2.1设计 PAGEREF _Toc491116146 h 3 HYPERLINK l _Toc491116147 2.2仿真 PAGEREF _Toc491116147 h 4 HYPERLINK l _Toc491116148 2.3制造 PAGEREF _Toc491116148 h 4 HYPERLINK l _Toc491116149 2.4服务 PAGEREF _Toc491116149 h 4 HYPERLINK l _Toc491116150 2.5管理 PAGEREF _Toc491116150 h 5 HYPERL

3、INK l _Toc491116151 三、业务需求及预期效果 PAGEREF _Toc491116151 h 6 HYPERLINK l _Toc491116152 1.总体业务需求 PAGEREF _Toc491116152 h 6 HYPERLINK l _Toc491116153 2.各模块业务需求 PAGEREF _Toc491116153 h 7 HYPERLINK l _Toc491116154 2.1设计 PAGEREF _Toc491116154 h 7 HYPERLINK l _Toc491116155 2.2仿真 PAGEREF _Toc491116155 h 9 HYP

4、ERLINK l _Toc491116156 2.3制造 PAGEREF _Toc491116156 h 10 HYPERLINK l _Toc491116157 2.4服务 PAGEREF _Toc491116157 h 10 HYPERLINK l _Toc491116158 2.5管理 PAGEREF _Toc491116158 h 10 HYPERLINK l _Toc491116159 四、技术方案建议 PAGEREF _Toc491116159 h 12 HYPERLINK l _Toc491116160 1.未来应用功能框架 PAGEREF _Toc491116160 h 12

5、HYPERLINK l _Toc491116161 2.与其他系统接口关系 PAGEREF _Toc491116161 h 13 HYPERLINK l _Toc491116162 3.未来系统硬件架构 PAGEREF _Toc491116162 h 13 HYPERLINK l _Toc491116163 4.模块清单和简要描述 PAGEREF _Toc491116163 h 13 HYPERLINK l _Toc491116164 4.1数字化设计 PAGEREF _Toc491116164 h 13 HYPERLINK l _Toc491116165 4.2数字化仿真 PAGEREF _

6、Toc491116165 h 30 HYPERLINK l _Toc491116166 4.3数字化制造 PAGEREF _Toc491116166 h 43 HYPERLINK l _Toc491116167 4.4数字化服务 PAGEREF _Toc491116167 h 56 HYPERLINK l _Toc491116168 4.5数字化管理 PAGEREF _Toc491116168 h 64 HYPERLINK l _Toc491116169 五、实施方案 PAGEREF _Toc491116169 h 88 HYPERLINK l _Toc491116170 1.项目实施计划 P

7、AGEREF _Toc491116170 h 88 HYPERLINK l _Toc491116171 2.第一期实施范围说明 PAGEREF _Toc491116171 h 89 HYPERLINK l _Toc491116172 3.项目实施组织 PAGEREF _Toc491116172 h 89 HYPERLINK l _Toc491116173 4.项目交付件清单 PAGEREF _Toc491116173 h 91 HYPERLINK l _Toc491116174 通用规范列表 PAGEREF _Toc491116174 h 92 HYPERLINK l _Toc49111617

8、5 基于铁建业务的操作规范列表 PAGEREF _Toc491116175 h 92 HYPERLINK l _Toc491116176 六、项目软件实施方选型 PAGEREF _Toc491116176 h 95 HYPERLINK l _Toc491116177 1.实施方简介 PAGEREF _Toc491116177 h 95 HYPERLINK l _Toc491116178 2.案例清单 PAGEREF _Toc491116178 h 99 HYPERLINK l _Toc491116179 3.报价（软硬件报价） PAGEREF _Toc491116179 h 99 HYPERL

9、INK l _Toc491116180 4.实施方方案 PAGEREF _Toc491116180 h 99_ CONFIDENTIAL 一、项目背景和目标在市场经济的完全竞争环境下，产品生命周期越来越短，产品品种越来越多，批量越来越小，需要满足的法规越来越严苛，客户对产品品质和用户体验的要求不断提升，因此，企业要保持竞争力，必须实现数字化转型，对生产设备、生产线、生产车间，乃至整个企业进行数字化、智能化改造。物联网、移动应用、云计算、增材制造、人工智能等新兴技术的兴起，对制造企业改善运营带来了新的机会。因此，以美国为代表的发达国家的领军制造企业，非常清晰地将推进智能制造作为一种保持和提升竞争

10、力的手段。随着中国政府实施制造强国战略第一个十年的行动纲领“中国制造2025”的提出，国内各制造企业纷纷制定了企业的数字化、智能化改型的战略计划，并且启动了一批制造业转型升级的项目，力争在新的竞争环境占有一席之地并提升企业竞争力。作为国内领先的地下装备和轨道设备专业化大型企业，始终瞄准“世界一流、国内领先”的目标，在国内外新竞争环境和新机遇的背景下，于2017年初制订了“两型三化九力”的企业发展战略，把企业的竞争力提升到新的层次。“两型三化九力”的发展战略的三化之一是“数字化”，对企业数字化转型的提出了明确要求。本项目即集团数字化转型项目的子项目，本项目的目标是以建设产品全生命周期管理平台为手

11、段和途径，打通设计、工艺、制造及交付服务的全生命周期的数字线，同时提升企业内部的设计、制造及服务的技术能力，以此提升企业支撑客户全价值链的能力，夯实企业的核心竞争力：产品+服务。产品生命链对客户价值链的全面支撑以企业运营数字化支撑企业核心竞争力提升二、业务现状总体应用现状待补充各模块业务问题设计，对于三维设计，目前面临着如下问题：已经在着手整理标准件、通用件、外购件等模型，但是并不清楚每种模型应该采用的建模方法、需要包含哪些属性，以及在Windchill如何存放；针对以上基础模型，采用目前Windchill的默认的功能进行查找、装配非常繁琐，效率比较低；目前仅有局部设计师对个别部件采用了TOP

12、-DOWN的设计方式，但是目前其他分系统或者并没有从整机方面考虑设计方式，而且并没有很好地区分哪些分系统应该采用TOP-DOWN设计，哪些分系统应该采用模块化的设计方式；同时因为没有从整机方面考虑，所以基于整机项目的协同设计时，针对于协同设计平台的权限、整机与分系统、分系统设计师之间并没有形成沟通模式；在对个别分系统采用TOP-DOWN方式进行设计时，目前的设计效率比较低，同时对于需要模块化设计的部件，并没有规划好模型的存储方式；已经积累了很丰富的设计经验，但是没有通过某些成熟模块的组装，实现产品的快速生成，即没有形成平台化/模块化的设计；目前的设计方式是边设计、边生产、边施工，所以在整机装配

13、完成之前，会牵扯到很多次的变更，而且在多次的更改之后，很难验证整机装配中各个分系统模型之间是否干涉；或者其中两个分系统的接口信息更新不同步，发现装配问题后重新变更，耽误产品上市周期；在方案设计阶段，无法快速的生成方案的模型，以便于方案的评审以及投标方案的准备，只能通过二维图的方式快速展示方案；液压、电气分系统并没有实现全三维布线布管，只能在现场装配过程中，装配工人根据实际状况进行实地测量、找空间装配，在设计期间并没有有效的验证装配路径、空间、干涉以及可装配性；目前并没有实现通过Creo进行三维转二维图出图，保证三维与二维图的全相关，并且在进行变更时，只变更二维图，导致三维模型并不是最终状态，因

14、此对于已经创建的三维模型，无法有效的重复使用，提高设计效率；目前在设计过程中，用到的计算都是通过已有的excel进行计算，设计师只能得到计算结果，而并不清楚具体的计算过程或公式，同时随着技术的发展和人员的更迭，更新excel中原有的计算公式会变得非常困难；目前的基于Creo的三维及二维图纸并没有在Windchill系统中进行存储、管理和流程；虽然前期进行了Creo的基础培训，但是不系统和完善，很多设计师对于Creo的操作并不熟练，还是比较习惯于用二维图进行设计，即目前的设计师水平也参差不齐，设计模型的质量千差万别，模型不符合公司标准；目前每年都会有招聘新员工，新员工的学习方式还是采用传统的传帮

15、带的方式，效率比较低，学习不完善；仿真仿真目前用在零部件级别，而实际工程问题涉及到系统级别目前只进行零部件的静强度分析，振动、疲劳、机构运动等问题需解决前沿研究（例：泥浆携沙等）缺乏有效工具工程问题复杂，存在多学科交叉与耦合，以及多维度仿真需求跨部门、跨学科数据交互存在困难，无法实现有效的数据和知识管理制造典型的工艺制造模式,工艺部门以设计图纸信息为依据,利用CAPP及工艺图表达产品制造的步骤,制造部门使用卡片指导生产.数控制造设备以专门的软件进行数控编程进行生产,大部分的数控生产以手工编程为主.目前的工艺模式让工艺数据和设计数据断流,无法有效地直接利用设计数据开展工作,降低了数据的价值;工艺

16、数据离散在不同的环境中,让生产数据缺乏有机的关联管理,难以高效的进行追溯跟踪,当产品频繁更改时,信息的传递效率低,工艺的响应无法及时跟进,导致工艺任务繁重.工艺信息的表达依据于capp和工艺附图,操作人员需要熟悉产品或者有一定的产品基础才能够正确地执行指令,即使操作人员具备条件,有时候也需要工艺进行现场指导,这浪费了大量的工艺时间.工艺生产中具备大量的工装工具重用,目前缺乏有效的系统进行管理,让这些资源流动起来.以至于需要工艺在准备中消耗大量的时间进行这些辅助对象的查询管理.服务的主要产品掘进机需要到客户现场调试组装,在使用过程中有大量的维修、维护和备件更换需求，所以铁建有着迫切的服务能力提升

17、需求。但是目前在尚未建立一套有效的售后服务体系和技术支撑系统，售后和研发交叉严重，服务难以标准化、规范化，具体表现有：设计人员被频繁派遣外出服务，打乱设计进度零件图册从下发生产的CAD图纸而来，不足以支持售后的备件识别、采购服务技术资料不被重视，设计人员不愿花时间认真写。派遣服务人员管理协调为主，无系统传接数据，准确性和时效性难以保证备件清单不清晰, 不能指导下单备件满足率不高管理以文档方式管理需求管理，无法适应未来业务、研发需求的变更管理的灵活性要求，同时，会使得随着企业业务的不断递增而日益突出的产品线管理变得更加棘手；项目管理主要靠会议汇报、线下Excel统计的方式管理，属于较粗放的管理模

18、式，没有可跟踪和可控制的项目策划及监控，无统一项目管理系统；针对测试及调试，目前无规范性、系统化的系统支持；产品的质量管理及问题管理无系统支撑；产品的质量问题解决过程无系统支撑，无法做到知识积累和问题追踪；无问题库，多数问题的解决过程都是后台操作，从而使问题从发现到解决的过程被隐藏或记录丢失；当前软件主要是外包设计，未来有可能自己开发，针对外包开发，缺乏有效的管理；当前业务主要在国内，未来将向全球化发展。三、业务需求及预期效果总体业务需求基于“两型三化九力”对企业数字化的要求，以建设产品全生命周期管理平台为手段和途径，打通设计、工艺、制造及交付服务的全生命周期的数字线，实现数字化设计、数字化仿

19、真、数字化制造、数字化服务及数字化管理，未来以此为基础实现智慧化管理，具体实现以下模块的建设。其中三维通用模型库、TOP-DOWN协同设计、参数化/模块化设计、机电液一体化、MBD三维标注、三维工艺设计管理、产品运营监控看板、仿真分析、电子手册管理、现场服务管理、问题管理等是首要的建设需求。最终建设打造一体化的全生命周期数据管理平台。并实现与企业其他系统的集成包括OA、CRM、HRS、SRM、ERP及MES等。 各模块业务需求设计基于第二章节了解到现状及问题，设计部门提出如下的业务需求：创建三维通用模型仓库：在Windchill创建相应的存储库及文件夹，分别存储不同类型的通用模型，例如标准件、

20、通用件、外购件等等；对于存储库及文件夹针对所有人员赋予相应的权限，便于各角色人员进行查看、使用；定义模型入库流程，便于现有模型和后续新建模型的管理及使用；根据现状及未来的方案，定义各类模型的创建流程：创建者、创建方法和定义所需属性；基于Windchill和Creo进行二次开发，实现基于Creo快速搜索，找到符合条件模型时，能够快速装配；实现整机完整全三维TOP-DOWN设计：从整机考虑，对各个一级部件进行考虑，定义符合实际产品研发流程的整机级的TOP-DOWN设计方法；定义整机级的总布置与分系统、分系统与分系统之间的TOP-DOWN协同设计模式；基于整机级TOP-DOWN设计，定义各部件的基于

21、Windchill的存放、角色以及权限的划分；平台化/模块化设计：基于现有产品及各分系统的特点以及10年研发经验的积累，铁建已经划分各个模块；基于已经划分的模块，定义各模块的创建方法、接口骨架及接口文档的创建；定义各模块的存储、角色及权限，以及定义各模块选装选配的方式，形成基于Windchill 超级BOM（平台化）的选装选配，同时生成对应的超级三维装配；实现基于Windchill的超级BOM（平台化）选装选配的功能，生成单机实例BOM；同时生成对应的单机实例的三维模型。参数化/模板化设计：基于整机TOP-DOWN和平台化/模块化设计方法的前提，划分各个模块的特点，基于不同特点的类型的模块，通

22、过TOP-DOWN、模块化及参数化的方式创建各个模块的模板；定义各个模板基于Windchill的存储、各角色及权限、查找方式；基于Windchill进行页面开发，实现通过页面输入参数，选择已有的模块或者快速生成相应模块的新模型；此种方式也能够快速生成方案所需模型，便于方案评审以及应标。机电液一体化设计：实现结构、管道、电气一体化设计，实现整机全三维设计；针对管道，利用TOP-DOWN设计方法进行设计，实现总布置、结构与管道的关联；针对电气，利用TOP-DOWN设计方法进行设计，实现从E-PLAN中导出电气逻辑信息，驱动Creo的三维电缆设计，实现电缆的半自动及自动的设计方式；在设计阶段，即实现

23、提前评估装配空间、可装配性，同时实现整机的干涉检查；建立机电液一体化设计的协同设计模型，规划基于Windchill的存储、角色及相应的权限；三维二维一体化设计：实现整机全三维设计以后，通过Creo进行三维转二维图的全相关，保证三维和二维图的强关联；在进行变更时，同时变更相应的三维和二维图，同时保证了三维和二维图的有效性；工程计算知识管理：基于Windchill进行开发，针对需要计算的内容，实现基于页面的计算；实现计算公式或过程的可视化，便于相关设计师了解计算过程或公式；实现计算内容的可配置和扩展功能。MBD 三维标注：基于现有的产品标注的模式，定义MBD三维标注的标准标准；基于现有的三维标注标

24、准，基于Creo进行二次开发三维标注工具，按照不同制造类型的模型，进行MBD三维标注；针对三维标注的模型，实现基于Windchill的存储、管理、签审，实现无纸化的设计。设计导航基于Windchill 进行开发，把之前的各资深设计工程师的设计经验、设计规范等纳入到该系统，在每个设计阶段，定义研发流程的输入/输出/指导；实现基于研发阶段及流程的设计导航，通过流程驱动设计，以实现研发的自动化；该设计导航，同时集成开发的工程计算知识管理、模板化快速设计系统，实现模板、文档、模型库的集中管理；建立E-Learning电子学习平台：E-Learning中存储有Creo、Windchill产品的OOTB功

25、能的课程，所有设计师可以随时进行课程的学习，弥补软件应用层面的不足；可以录制项目过程中客制化方案的音频，并存储到该平台中，所有设计师可以随时进行学习，弥补基于铁建产品知识层面的软件应用的不足；可以按照角色进行定义学习课程，便于各角色人员学习与自己相关内容；可以定义考试题，存储在该平台中，实现定期或者不定期考试，以便实现对相应角色人员的考核。仿真结构、疲劳仿真静力学分析、运动分析（并联机构，验证油缸伸缩量与夹角关系)隧道泥浆流体力学仿真耦合场仿真研究：结构、流体、液压控制等多学科交叉及耦合仿真系统级仿真：进行系统级建模和仿真，考虑各种运动约束和部件间相互作用力五维仿真需求仿真分析流程化管理及仿真

26、数据管理编号软件系统名称 说明解决的问题1仿真数据管理平台专用于仿真数据和流程管理，可嵌入到PTC平台中。打通与前端CAD的数据通道，管理整个仿真流程和数据。通过定制开发一系列专业分析模块，规范软件应用，提高研发效率。2ANSYS Mechanical Enterprise高级机械结构、热、疲劳仿真分析软件盾构机结构的静态强度、刚度分析盾构机结构的非线性强度分析盾构机结构的动力学分析机械疲劳及热应力分析3ANSYS CFD 通用流体动力学仿真分析软件盾构机内部流体的流场分析盾构机内部环流系统和冲刷系统的仿真分析4nCode Designlift专业疲劳强度分析模块计算盾构机结构疲劳5Rocky

27、 DEM颗粒动力学分析软件泥浆输运能力分析制造建立以三维数据为基础的数字化工艺设计管理体系,实现设计工艺一体化,让三维数据无缝从设计向工艺,生产制造指导流转使用;建立三维数字化工艺环境,工艺指导三维化为核心,现场指导三维化、AR/VR化,提升工艺数字化信息的发布效率和质量;规范化管理工艺设计资源,实现参数化,系列化工装夹具的设计管理;服务未来将向服务型企业转型作为企业的发展战略，希望通过服务为企业未来创造新的利润和业务模式。在总体转型工作中，服务转型将从“以产品为核心构建装备全生命周期服务信息系统”和“智能互联服务”两个方面实现主动、高效、高客户满意度和高利润回报的服务新模式。以产品为核心构建

28、装备全生命周期服务信息系统的主要需求和预期效果包括：建立高效的售后服务手册编制和发布平台，设计人员依据设计和制造信息创建服务手册、传递服务技能，减少设计人员去现场服务的时间提供正确、易用的零件图解目录，采用三维和AR等新的技术手段，指导现场维修和备件采购优化备件库存，提高备件计划能力。在保证维修现场备件满足率的同时，控制备件库存，减少备件占用资金 现场服务人员通过系统高效管理和派遣智能互联服务的主要需求和预期效果包括：通过与智能设备传感器的连接，实现装备的远程监控与记载软件管理。通过大数据和机器学习，提前预测设备故障通过知识库，自动分析远程设备故障，提出解决方案管理结合企业“两型三化九力”的发

29、展战略及业务应用现状，对跨专业、跨部门的通用业务过程及管理过程，期望在以下几方面进行规划和建设。需求管理：将以结构化、可追溯的需求管理平台代替文档方式进行的需求管理，提高工作效率、避免需求的遗漏，支持未来客户需求变更管理和产品线管理的灵活性；项目管理：以PLM研发平台为基础建立统一的研发项目管理系统，规范化项目管理过程，使项目过程更透明化、更可预测和可控；测试及调试管理：建立测试及调试的管理系统，规范化测试及调试过程，使测试及调试过程可记录、可追踪，并且可与需求及产品结构相结合，提升测试及调试的完整性和质量；质量管理：产品质量的问题管理无系统支撑；产品质量的问题解决过程无系统支撑，无法做知识积

30、累和问题追踪；分阶段建立和完善企业级问题库解决支撑平台，改善目前问题存在的后台操作、问题被隐藏或记录丢失问题；分阶段建立和完善外包管理平台；分阶段建立和完善全球化开发协作平台。四、技术方案建议未来应用功能框架未来系统的整体框架分为两个平台，这两个平台分别为：产品全生命周期数据管理平台本平台以Windchill 11.0为基础，配置相关的模块支持产品全生命周期的数据管理及服务生命周期管理，逻辑上分为两层的业务支持：数字化应用层：建设数字化研发、数字化制造、数字化服务的各专业化模块应用。如三位产品设计、专业仿真、三维工艺设计等。数字化管理层：建设产品研发跨专业的通用业务的应用或其他管理类应用。如质

31、量管理、项目管理、问题管理、合规管理等。工业大数据平台工业大数据平台负责连接企业的各种应用资源及硬件设备资源，甚至物联的产品资源，其中产品全生命周期数据管理平台作为企业的核心应用资源也基于工业大数据平台与其他应用进行互联。数据接入层：以Thingworx平台为核心负责实现研发资源、制造资源及服务资源的数据接入和联通，并可以进一步实现数据的分类、存储、分析、挖掘及机器学习一支持上层应用的消费和展现，实现智慧化管理的相关应用的建设。智慧化管理层：智慧化管理应用层，这一层实现支持企业管理和决策的应用程序，这些应用程序以工业大数据平台的数据为输入，利用企业数据的机器学习等实现对企业管理和决策的支持。与

32、其他系统接口关系未来以产品全生命周期数据管理平台及工业大数据平台为核心，将实现与企业其他系统的集成。与ERP，MES集成，传递零部件、BOM、变更、作业指导等内容。与CRM集成，传递订单、产品配置信息、问题报告等内容。与HRM、OA系统集成，传递流程信息、用户账号、组织信息及文档等内容。未来系统硬件架构待补充模块清单和简要描述 数字化设计三维通用模型仓库业务价值规范标准件等通用模型的建模方法、建模流程，实现三维通用模型建模的标准化、规范化；规范通用模型存储及权限，实现通过模型的管理的标准化、规范化；避免同一件由不同人员采用不同设计方法创建，规范化、标准化的同时，提高设计及使用效率；基于Creo

33、与Windchill进行二次开发，实现模型的快速检索和调用，提高设计及使用效率解决方案创建相应的存储库及文件夹，分别存储不同类型的通用模型，例如标准件、通用件、外购件等等；对于存储库及文件夹针对所有人员赋予相应的权限，便于各角色人员进行查看、使用；定义模型入库流程，便于现有模型和后续新建模型的管理及使用；根据现状及未来的方案，定义各类模型的创建流程：创建者、创建方法和定义所需属性；基于Windchill和Creo进行二次开发，实现基于Creo快速搜索，找到符合条件模型时，能够快速装配；模型自动检查业务价值通过模型数据检查功能，保证三维模型以及二维图设计质量和准确性，提前模型可制造性的检查提高模

34、数据的标准化与规范化；提高模型的重用性、可借用性，提高其他产品的设计效率。解决方案基于Creo的模型检查功能，定义模型零件、装配以及二维图检查项；在检查完成以后，会将所有检查项中不符合要求的显示在页面中，提示设计师可以基于检查项进行检查；同时管理员可以根据按日期分析错误及警告的比较图表、或者按出现错误及警告的频次作比较图表，针对常见问题，可以进行分析并对全员进行培训，避免出现相同的问题。 TOP-DOWN协同设计业务价值符合产品研发的流程，正常我们在产品研发的过程中，首先确定整机设计条件，由总布置设计师分发设计条件到各个分系统设计师，实现设计条件从总布置向分系统的传递，而TOP-DOWN的设计

35、方法符合产品的研发流程；通过TOP-DOWN的设计方法，可以有效的解决复杂产品的设计， TOP-DOWN的设计方法极大的减少了设计装配的工作量；原有的BOTTOM-UP的方式，零件建模完成以后，通知上级设计师进行装配，对于有一万多个零件的总装配来说，极大的增加了装配的工作量，设计师的时间用在了简单的装配操作上，而没有有效的用在产品预研以及试验等有意义的工作中；TOP-DOWN的设计方式提高了设计的准确性和修改的方便性，TOP-DOWN的设计方法，对于分系统的接口采用统一的骨架接口定义，在进行方案变更或修改时，只需要修改一次，即可实现接口部件的同时修改，避免遗漏，因此设计修改更加准确、修改更加方

36、便；TOP-DOWN设计方法，实现变形产品的快速设计，可以通过对参数的修改以及骨架模型之间的关联性，可以实现快速的变形产品设计，而传统的BOTTOM-UP的设计方法，需要每个零件逐一变形修改，增加了模型的修改的工作量、一致性及难度。解决方案从整机考虑，对各个一级部件进行考虑，定义符合实际产品研发流程的整机级的TOP-DOWN设计方法；定义整机级的总布置与分系统、分系统与分系统之间的TOP-DOWN协同设计模式；基于整机级TOP-DOWN设计，定义各部件的基于Windchill的存放、角色以及权限的划分；工程计算知识管理业务价值通过基于Windchill进行开发，便于对计算内容的可配置和扩展，同

37、时设计师能够了解计算过程。解决方案基于Windchill进行开发，针对需要计算的内容，实现基于页面的计算；实现计算公式或过程的可视化，便于相关设计师了解计算过程或公式；同时我们可以创建相应的计算说明书；参数化/模板化设计业务价值基于现有的TOP-DOWN与模块化的设计方法，通过参数化的方法对模块化的部件进行建模，形成参数化的模板，能够通过输入参数的方式，以模板为基础快速生成模型，极大的提高设计效率；同时基于模板化的方式生成模型，模型标准化、规范化，极大的提高了模型设计的质量，便于设计师之间的数据交流、工作交接；此种方式也能够快速生成方案所需模型，便于方案评审以及应标。解决方案基于整机TOP-D

38、OWN和平台化/模块化设计方法的前提，划分各个模块的特点，基于不同特点的类型的模块，通过TOP-DOWN、模块化及参数化的方式创建各个模块的模板；定义各个模板基于Windchill的存储、各角色及权限、查找方式；基于Windchill进行页面开发，实现通过页面输入参数，选择已有的模块或者快速生成相应模块的新模型；平台化/模块化设计业务价值利用产品模块化的部件的快速组合，实现产品的快速设计以及订单的响应，提高产品的设计效率，同时增加了产品的多样性；使用既有的模块进行组装，无需重新设计、打样、试验，提高了市场的响应速度和客户的满意度，同时极大的降低了成本。解决方案基于现有产品及各分系统的特点以及1

39、0年研发经验的积累，针对产品根据各模块的功能划分各个模块；基于已经划分的模块，定义各模块的创建方法、接口骨架及接口文档的创建及管理方法；定义各模块的存储、角色及权限，以及定义各模块选装选配的方式，形成基于Windchill 超级BOM（平台化）的选装选配，同时生成对应的超级三维装配；实现基于Windchill的超级BOM（平台化）选装选配的功能，生成单机实例BOM；同时生成对应的单机实例的三维模型。通过模块之间的组合，快速生成所需的产品。机电液一体化设计业务价值实现结构、管道、电气一体化设计，建立机电液一体化的协同设计模式，实现整机全三维设计，为后续所有产品的全三维设计打下坚实的基础；实现在设

40、计阶段进行验证，从整体上缩短产品上市周期；解决方案针对管道，利用TOP-DOWN设计方法进行设计，实现总布置、结构与管道的关联；针对电气，利用TOP-DOWN设计方法进行设计，实现从E-PLAN中导出电气逻辑信息，驱动Creo的三维电缆设计，实现电缆的半自动及自动的设计方式，同时直接生成电缆制造展平图，以指导现场生产制造；针对在设计阶段，即实现提前评估装配空间、可装配性，同时实现整机的干涉检查；建立机电液一体化设计的协同设计模型，规划基于Windchill的存储、角色及相应的权限；三维二维一体化设计业务价值实现整机全三维设计以后，通过Creo进行三维转二维图的全相关，保证三维和二维图的强关联；

41、在进行修改或者变更时，同时变更相应的三维和二维图，同时保证了三维和二维图的有效性，避免现有的方式（只修改二维图不修改三维模型），同时控制了三维模型的状态，便于其他产品的针对历史数据的借用，提高设计效率。解决方案首先通过访谈，与研发、标准化针对于图面标注标准达成一致意见，形成二维图标注标准；通过Creo的二维图的功能以及基于Creo开发的智能标注工具，进行二维图的标注，并对其进行签审（Creo的三维与二维图），以控制其生命周期状态，便于后续的借用。MBD三维标注业务价值以三维模型为最终交付物，交付给其他各个部门，如：工艺、加工等，而无需再出二维图，则设计师只需要维护三维模型的准确性即可，减少设计

42、师的工作量；通过三维标注，传递重要信息，可以提升跨部门的沟通效率；提升设计师的设计效率，提升工艺设计效率，缩短产品上市周期；解决方案基于现有的产品标注的模式，定义MBD三维标注的标准标准；基于现有的三维标注标准，基于Creo进行二次开发三维标注工具，按照不同制造类型的模型，进行MBD三维标注；针对三维标注的模型，实现基于Windchill的存储、管理、签审，实现无纸化的设计。电子学习平台业务价值建立铁建的电子学习平台，保证所有设计师可以随时进行Creo、Windchill产品的OOTB功能的课程，弥补软件应用层面的不足；录制客制化方案的音频，并存储到该平台中，所有设计师可以随时进行学习，弥补基

43、于铁建产品知识层面的软件应用的不足；按照角色进行定义学习课程，便于各角色人员学习与自己相关内容；定义考试题，存储在该平台中，实现定期或者不定期考试，以便实现对相应角色人员的考核。解决方案在铁建本地建立电子学习平台数字化映射业务价值协助铁建实时、深入的洞察产品的性能和状态；为铁建销售和市场部门提供直观和动态的产品展示；提供清晰、直观、有效的远程现场服务指导，减少错误发生；实现物理样机到产品设计的实时数据验证；关键要求支持在CAD中定义虚拟传感器支持由实体传感器到虚拟传感器的关联支持实体产品与虚拟样机的虚拟可视化的实时联动显示支持实体产品性能数据由实体传感器收集后，实时显示在数字样机中支持无代码U

44、I支持导入3D CAD支持集成主流IoT平台支持发布到云支持自定义独特的标记ThingMark解决方案特定实体产品由物理到虚拟的数字化展示可以在Creo中定义虚拟传感器由实体传感器到虚拟传感器的关联实体产品与虚拟样机的虚拟可视化的实时联动显示实体产品性能数据由实体传感器收集后，实时显示在数字样机中AR/VR评审关键要求AR/VR评审至少支持四个状态：草稿（不能进行评审）、评审中（还没有进行批注的可以进行修改）、已批准（如果发生修改或批注，自动切换为草稿状态，并自动升级版本）和发布（允许项目之外的某些给定权限的成员在线浏览，权限设置为浏览的，在线不可编辑，不可另存）可以根据AR类型、不同组织、不

45、同客户，自定义评审流程（依据评审方法）支持通过创建讨论议题与应答备注进行AR评审讨论。支持在线在AR上面直接做标注，且能自动/人工根据批注便捷修改内容。支持根据批注及修改内容，自动生成评审记录（包含标识人/标识日期、修改人/修改日期、并对评审记录作闭环管理（标识清单的打开/关闭/拒绝状态等）。对批注的条目、批注人员、批注对象、批注状态等可以按照对象、项目、组织等几个维度进行统计，并导出报告支持在评审的时候引用检查清单，请对检查清单每项进行确认是否OK，并支持做检查结果的备注。并将检查项中备注的内容自动加入评审记录中。支持系统自动根据检查清单结果和批注完成的状态情况自动设置可选择的文档状态结论（

46、比如：有一项没有完成只能给出拒绝或有条件通过，完成的可以选择拒绝、有条件通过和通过）系统可以在直接快速发布任务（如评审会议），并且当文档批准通过后任务自动关闭，并记录工时。当系统有创建评审任务时，系统自动根据所在组织、所属客户创建草稿文档（考虑文档与现有任务的关联性），并且当文档批准后任务自动关闭，并记录工时。支持自动生成每个文档的不同版本变更记录，支持做变更备注。能便捷生成变更清单，且支持统计和导出如果有变更问题时，支持将问题或变更与需要更改的文档的内容地方建立关联，并以类似批注的要求实现闭环跟进支持根据文档的流程状态、批注的状态以及任务状态，自动生成PPR报告中关于文档的Done,Revi

47、ew，Released的得分业务价值设计数据直观立体展示，与现实融合；在设计环节尽早体验产品，发现问题并提出修正；融合现实的可视化，让协同更加立体和全面；平台化、一体化的数据展示。解决方案基于PTC ThingWorx和PTC Windchill平台发布设计数据的AR可视化并共享将零部件关联的文档、三维可视化、二维可视化关联到AR中集中展示使用AR设备查看浏览可视化，查看相关文档和图档在线添加评论和注释并共享协同查看评论和注释设计导航业务价值以研发流程为驱动，流程推送各个设计阶段过程中的所需的指导，把公司的经验推送给所有设计师，保证所有设计师处于相同的水平，提高设计质量、设计水平，提高整体研发

48、水平和研发效率；通过项目任务的方式，以流程来驱动，实现了项目管理可视化，同时任务以流程驱动，减少了任务的很多沟通时间，提高了沟通效率；在每个流程中，可以快速查找到所需的输入/输出，保证了知识获取简单化和有效化。解决方案基于Windchill（PDMLink 与 Projectlink）进行开发，把之前的各资深设计工程师的设计经验、设计规范等纳入到该系统，在每个设计阶段，定义研发流程的输入/输出/指导；实现基于研发阶段及流程的设计导航，通过流程驱动设计，以实现研发的自动化；该设计导航，同时集成开发的工程计算知识管理、模板化快速设计系统，实现模板、文档、模型库的集中管理； 数字化仿真系统级仿真环境

49、自1997年开始，经过5年的潜心开发，2002年ANSYS在7.0版本发布的时候正式推出了ANSYS Workbench Environment （AWE）“ANSYS下一代前后处理和软件集成环境”。一直到2007年的ANSYS 11.0版本，这十年时间使“第一代ANSYS Workbench”大大提升了ANSYS软件的易用性和集成性、客户化定制开发的方便性，深获客户喜爱。作为业界最领先的工程仿真技术集成平台，Workbench在2009年发布了第二代的平台方案，在继承“第一代Workbench”的各种优势特征的基础上发生了革命性的变化，可视为“第二代Workbench”（Workbench

50、2.0），其最大变化是提供了全新的“项目视图（Project Schematic View）”功能，将整个仿真流程更加紧密的组合在一起，通过简单的拖拽操作即可完成复杂的多物理场分析流程。Workbench所提供的CAD双向参数链接互动、项目数据自动更新机制、全面的参数管理、无缝集成的优化设计工具等，使ANSYS在“仿真驱动产品设计（SDPD-Simulation Driven Product Development）”方面达到了前所未有的高度。在新版本中，ANSYS对Workbench架构进行了重新设计，全新的“项目视图（Project Schematic View）”功能改变了用户使用Wor

51、kbench仿真环境（Simulation）的方式。在一个类似“流程图”的图表中，仿真项目（Projects）中的各项任务以相互连接的图形化方式清晰的表达出来，使用户可以非常容易的理解项目的工程意图、数据关系、分析过程的状态等。这一新的项目视图系统使用起来非常简单：直接从左边的工具栏（Toolbox）中将所需的分析系统拖拽到右边的项目视图窗口中即可。工具栏（Toolbox）中的“分析系统（Analysis System）”部分，包含了各种已预置好的“分析类型”（如显式动力分析、FLUENT流体分析、结构模态分析、结构随机振动分析等），每一分析类型都包含完成该分析所需的完整过程（如材料定义、几何

52、创建、网格生成、求解设置、求解、后处理等过程），按其顺序一步步往下执行即可完成该特定分析任务。也可从工具栏中的“Component Systems”里选取各个独立的程序系统，自己“组装”成一个分析流程。一旦选择或定制好分析流程后，Workbench平台能自动管理流程中任何步骤发生的变化（如几何尺寸变化、载荷变化等），自动执行流程中所需的应用程序以自动更新整个仿真项目，极大减少更改设计所需的时间循环。总结来说，Workbench技术特色有 与所有主流CAD系统之间的双向参数链接 利用无缝集成的、专门针对分析的Design Modeler(DM)模块进行几何建模、修补、简化等 高度自动化的多物理场

53、统一网格划分 自动接触探测 每个物理场的分析能力都极强（如结构、流体等） 范围宽广的仿真技术 完整的仿真向导系统 易用的、通过鼠标拖拽操作即可完成的复杂多物理场分析 柔性的“组件装配”方式能很好地表达仿真分析的工程意图 革命性的“项目视图“功能让用户“一眼“就能清楚了解工程意图、数据关系、项目状态等多种信息 复杂的项目流程可保存起来以供今后重复使用 宽泛的、跨所有物理场的项目级参数管理 通过集成的设计点分析能力自动完成What-if研究 API和脚本语言支持的自适应架构可以非常快速的集成各种新的应用程序和第三方软件系统五维仿真需求关键要求五维仿真定义：全三维的产品数字化模型，在隧道岩土地质、水

54、文、温/湿度环境下，仿真模拟隧道开挖全过程中的产品响应，系统的在产品全生命周期过程中提供数据支持。五维仿真应具备的能力：解决方案五维仿真在产品全生命周期应用包括：基于生产运行实时数据修正地质模型，评估剩余寿命；基于仿真结果指导产品开发设计；支撑“三边”设计/制造过程，提升变更效率和准确率；建立全三维隧道地质BIM模型产品运营前，根据离散钻孔点采集地质数据,建立BIM地质模型, 加载水文/温湿环境。产品运营中，基于实时采集数据，修正BIM模型，对产品设计仿真进行修正；产品运营后，运营过程实时地质，水文，温湿数据收集，基于地质大数据，为下一次BIM建模提供支持运营前岩土力学仿真预估产品性能根据不同

55、地质条件进行岩土力学建模转化岩土力学条件加载产品结构进行仿真模拟产品响应。运营前根据历史大数据推测产品性能采集历史隧道开挖过程中各类数据，例如地质成分，分配水文条件数据、温湿环境条件数据、在此环境下岩土力学数据、在此岩土力学环境下产品的压力，扭矩等、应用大数据不同算法，训练模型。预测需求:产品性能，产品质量 (在复杂的运营过程中，通过机器学习，识别相关性模式，找到导致产品质量问题根因）产品运营中实时采集数据仿真产品性能建立盾构机数字化样机关键工作点首先土体分析：施加掘进外载荷（刀盘刚性旋转位移等）、进行土体变形和应力场的分析。然后利用PTC真实传感器数据：测试载荷与计算载荷对比分析，调整土体分

56、析参数，进行迭代求解，BIM岩土数据：初始数据依靠勘探，根据测试载荷和计算载荷的迭代分析，优化分析参数和岩土数据，最终可形成岩土数据库，后续项目可直接使用，当数据库优化完整以后，后续可以逐渐减少传感器测试。FEA分析：基于PTC测试数据和土体分析载荷，对盾构机进行FEA分析疲劳寿命：土体分析载荷与测试载荷吻合以后，提取不同工况下的土体分析载荷，对刀具等结构进行真实工况下的疲劳寿命预测最终实现对盾构机综合性能进行评价，整体流程参见下图，结构、热、疲劳仿真结构静强度分析盾构机的刀座、刀具、盾体、主机设备等，通过静强度分析来确定机械总体结构以及其零部件在自身重力载荷，恒定工作载荷、惯性载荷、温度载荷

57、、液压载荷以及其它载荷作用下的变形特点和变形值、应力分布等，根据分析结果进行改进或优化设计，从而避免由于某些局部的应力集中而导致结构破坏。结构强度是指机械结构的总体结构能承受在正常工况时出现的各种载荷和（或）载荷效应，并在偶然事件发生时及发生后，仍能保持必须的稳定性。机械结构的静强度问题包括总体强度、局部强度、疲劳强度以及结构的极限承载能力等。利用ANSYS的线性/非线性结构静力分析功能，可以很好的计算机械结构整体以及各零部件的受力状态、变形和应力分布、强度和刚度状态等。为了使机械产品材料的利用率更高，就必须考虑材料在变形过程中的材料非线性，ANSYS强大的材料非线性分析功能可以分析考虑各向同

58、性强化、随动强化和混合强化以及不同的屈服准则等多种类型的弹塑性材料模型；结构发生大的塑性流动，就不可避免包括结构的大变形、大应变等几何非线性，ANSYS几何非线性功能可以考虑结构的大变形、大转动、大应变、应力刚化和旋转软化等几何非线性来模拟结构的大变形过程；在机械产品的设计研发中不可避免的涉及很多零件的复杂系统分析，ANSYS由于有很强的自动面面接触这种复杂的非线性分析功能、强大完善的接触算法以及专用的螺栓单元等，因而可对由螺栓、紧固、焊接、捆绑或销钉等方式连接起来的整个机械结构进行分析，也可以利用螺栓单元直接仿真各个螺栓的预紧力和预紧顺序对结构的影响，从而得到可靠的分析结论；利用ANSYS自

59、动探测接触装配功能可以自动建立接触对，大大节省工程师的工作量，提高了工程师的效率。盾构机刀具及整体系统的振动分析在机械结构总体设计阶段，需要进行振动分析（计算振动模态与响应）和结构声学设计，并对局部结构采取必要的减振降噪措施，避免总体结构出现有害振动及其伴随的噪声。机械结构的振动包括总体振动、局部振动。机械总体结构及其零部件的结构动力学分析：对于处于不断运动状态的机械结构，为了防止整体机械结构发生共振，利用ANSYS的模态分析功能计算整体结构的固有频率和固有振型，可以避开机械结构的工作频率防止机械结构发生共振；对于受到随时间正弦变化的载荷或者随时间任意变化的载荷的机械结构，利用ANSYS的谐响

60、应分析功能和瞬态动力学分析功能计算结构的运动状态、变形和应力等，可以确定整个机械结构以及附属结构是否能够承受这些载荷。流体仿真分析盾构机内部流体与岩土、土壤多相之间流动仿真分析盾构机涉及内部流体与岩土、土壤多相流动问题，采用ANSYS FLUENT软件提供的多相流模型欧拉模型，将岩土、土壤简化成流体，并将岩土、土壤等效为流体颗粒，并定义其直径大小。在ANSYS FLUENT软件中指定物理模型、边界条件及初始值，采用标准的KE湍流模型及选择SIMPLC的速度压力耦合格式，通过求解质量、动量及体积分数守恒方程，求解得到岩土、土壤的浓度分布。通过观察岩土、土壤浓度的变化，从而得到岩土和土壤在流体中的