數字孿生和增材製造賦能供應鏈管理

本文探討了數字孿生和增材製造等數位化製造技術應用於企業研發、製造和質控等領域對其供應鏈管理所帶來的深遠影響，以及在為供應鏈管理賦能過程中需要解決的一些關鍵問題。

一、供應鏈管理的挑戰與數位化利器

供應鏈管理對於製造型企業，特別是生產大型複雜裝備產品、多品種訂單式生產和全球化採購經營的大型跨國製造企業而言，重要性不言而喻。

企業的供應鏈管理一定是其整體戰略最重要的有機組成部分之一，涉及到企業經營的方方面面。

例如：新品研發過程中，主機廠對其子系統或零部件供應商的研發外協、系統集成和項目管理；採購過程中，制定合理的供應商準入策略，平衡質量、成本、交期等；生產過程中，合理布局OEM、ODM供應商，確定合適的生產計劃和安全庫存；維護保養環節，備品備件的供應和逆向物流等。除此以外還需考慮產品物流運輸規劃保障，而全球化的供應鏈還需考慮貿易監管、當地政府要求、轉移定價、稅務、匯率、財務事務的決策等。

這是一個複雜的生態系統，稍有不慎即可導致生產中斷、銷售斷貨、成本飆升、質量事件等嚴重問題。

複雜的跨國供應鏈管理體系（源自網絡）

解決問題首先需要具有對該複雜系統的&34;，進而具有&34;，以及形成風險管理和風險緩解的&34;。數字孿生體技術具有&34;、&34;、&34;、&34;、&34;等特性，為供應鏈管理這類複雜系統提供了有力的數位化支撐。

而增材製造具有&34;、&34;、&34;、&34;等特性，從數位化製造的另一面為簡化供應鏈管理提供了工藝技術上的支撐。

兩者相結合必將對製造業供應鏈管理帶來數位化革命，並且越來越多的應用案例已開始展現。

二、數字孿生與增材製造賦能供應鏈管理的幾個視角

以企業製造全流程來看，主要涉及到設計（Design）、製造（Manufacturing）和質量（Quality）三個重要環節，這些環節對供應鏈管理都產生了重要影響。

在目前的環境下，在研發、製造、質量控制和供應鏈領域，大多企業已基本實現信息化管理，存在著很多信息系統。各個信息系統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，以及被產業供應鏈上下遊所共同認可的標準。這帶來了複雜的信息系統和數據接口問題，數據和產品質量難以保證，更難以滿足新時代服務型製造、大批量個性化定製需求下對供應鏈管理的需求。

未來在數字孿生體模型支撐下的研發、製造和質量數據協同

（源自Ryan Gelotte和Jennifer Herron，數字孿生體課堂）

三、數位化研發對供應鏈賦能的影響

以數位化研發應對大批量個性化定製或者快速變化的市場需求，將對供應鏈帶來如下影響：

1. 從逆向工程到正向設計：在經濟日益國際化、市場化的今天，複雜產品和系統的測繪仿製已不可行。而隨著智慧財產權保護的理念日益鞏固，從中國製造走向中國創造，中國正在成為正向設計和創新的主戰場。正向設計需要基於模型、自頂向下的系統工程（MBSE）。複雜的產品BOM結構、以及頻繁的需求和設計變更交互，需要主機廠與供應鏈具有基於統一數字孿生體模型的系統支持；

MBSE支持的正向設計（源自安世亞太）

2. 共享設計和仿真資源、應用統一的規則：隨著支持設計和仿真的雲平臺建立，供應商將可以和主機廠在同樣的平臺上工作，運用同一套設計和檢驗規則，共享軟硬體資源，數據和信息集中管理；

3. 面向增材的設計將極大減少產品零部件和供應商數量：以GE的CT7渦軸/渦槳發動機改進型的燃燒室中框架單元體為例，採用面向增材的設計DFAM後，原來的七個組件及其300個零件最終組合成一個零組件。除了減重十餘磅，研發團隊規模減少了一個數量級，供應商數量也由50多個降為一個，技術服務中心由五個降為一個；

增材製造對研發組織、供應商管理、維保服務的簡化（來源：GE Aviation）

4. 產品原型將得到快速製造：隨著增材製造裝備的普及，主機廠與供應商之間的產品原型交互將更為簡便。傳統的實物製造和運輸過程，將被數據模型的電子傳輸所替代，按需隨時列印，極大地縮短了時間周期和成本。

四、數位化製造對供應鏈賦能的影響

以增材製造為代表的數位化製造，其工藝流程簡單，隨需而制，使低成本的分布式製造成為可能，帶來庫存和供應鏈的大幅簡化。

1. &34;的分布式製造和庫存模式：例如UPS和Fast Radius、SAP合建的分布式製造平臺，旨在滿足全球供應鏈不斷變化的需求，提供按需製造和供應鏈解決方案。其核心是提供一個&34;，可以安全地存儲客戶零件的數據模型和生產工藝，零部件僅在需要時才進行生產。這消除了製造商物理存儲零件的庫存成本，並能夠在24小時內立即補充庫存。Fast Radius將增材製造中心設置在戰略性的&34;位置，使Fast Radius最多可以節約6個小時的生產時間，這可以為客戶提供真正的準時生產，訂單最快可能在下單的同一天內發貨。

2. 維護保養過程中的備件供應：在裝備使用和維護保養過程中，隨需列印大大降低了備件庫存和備件物流，特別是對於部分高價值和難以拆卸的裝備和場合（例如戰場和太空環境），應用增材製造技術還可進行現場列印和修復，大大降低修復時間和成本。

太空3D列印（來源：MADE IN SPACE）

3. 建立製造過程的數字孿生體：將使得供應商能隨時掌握其產品在總裝廠的庫存、裝配和使用過程，以及在整機測試中的性能表現，變被動地接受訂單和問題反饋為主動安排生產和改進產品。

五、數位化質控對供應鏈賦能的影響

供應商質量控制是供應鏈管理的重點和難點，而數字孿生和增材製造等數位化技術的引入，將對產品質量控制帶來新的手段。擺脫傳統具有一定風險的抽檢模式，通過每個產品數字孿生體的過程數據和在線檢測數據的人工智慧分析，即可精確判別產品質量乃至劃分產品等級。

1. 增材製造提供豐富的製造過程數據：相對於傳統等材和減材製造，增材製造將可提供產品更為完整的數字孿生體。由於採用逐點堆積成型技術，對於每個點的控制參數均有詳細記錄，同時對成型過程質量在線監控，數據量遠遠超出CNC等減材工藝。配備機器視覺和人工智慧技術對數據進行分析，發現質量缺陷和可靠性隱患，主機廠甚至可以&34;，掌握最全面可靠的質量信息；

增材製造質量控制要素（來源：安世亞太）

2. 提高供應商質量管理的智能化和自動化程度：通過對供應商數位化製造賦能，在大數據積累下將可大大簡化和加強供應商管理過程。例如：在供應商準入環節，將其數位化製造程度作為重要的考核指標；在供應商審核環節，將飛行檢查改為對過程監控數據的常態監控；在來料入廠環節，將抽查檢驗轉變為對產品數字孿生體的AI檢驗；供應商的考核與評級，基於以上的數據模型等。

六、供應鏈數位化賦能中的數據交互標準和高速數據傳輸等關鍵問題

在產品研發、製造、質控到交付的鏈條中，與供應鏈的數據交互將會帶來大量的挑戰。它直接影響了最終產品的質量，也影響了整個供應鏈運行的效率。

例如在研發階段，需要與大量供應商同步解決需求的變更和零部件相互之間的配合問題。

產品生命周期和研發中的供應鏈數據交互問題

（來源：Ryan Gelotte和Jennifer Herron，數字孿生體課堂）

對於供應鏈的數位化賦能，核心是解決數據交換問題，關鍵是建立統一的數據標準。

為了解決供應商交互問題，工業界和標準化組織聯合制定了一系列包含產品全生命周期（PLCS）信息的國際標準，例如2005年發布的《ISO 10303 STEP——產品模型數據交換標準》等。

產品全生命周期信息數據交換（來源：安世亞太）

隨著數位化時代數字孿生和增材製造等新技術的加入，數據類型更為豐富、數據容量幾何級增長、數據交互的時效性要求更高、數據價值和應用分析的工具更為先進，同時也帶來了對數據標準更新和工具更新的要求。

以增材製造為例，研發和製造過程中的產品數據，動輒以G計算；由於傳感器、機器視覺、人工智慧和數字孿生的應用，數據傳輸過程也由傳統單向低速控制指令，轉變為控制指令和過程檢測數據雙向高速傳輸；而生產過程中積累的大量數據，除產品質量保證外，在其生命周期中的可靠性管理和預測性維護等領域，都將發揮重要價值。

增材製造的數字線程（來源：Paul Witherell，數字孿生體課堂）

對於數字孿生體和增材製造相關標準的制定，已成為ISO等國際標準化組織和我國十四五數位化製造的核心研究課題。

同時，海量數據的高速低延時傳輸，對通訊基礎設施也提出了更高的要求。以5G應用為代表的數位化新基建正成為製造業強國面向未來競爭的發力點。

2020年初，德國Fraunhofer IPT弗勞恩霍夫生產技術研究所IPT和瑞典行動網路供應商愛立信共同開發了&34;概念，在亞琛園區測試新行動網路技術在生產控制與物流方面的應用。我國以華為為支撐的5G工業園區建設項目也在多地規劃布局和建設中，將成為未來數位化園區和工廠的標配。

5G工業園區中的增材製造場景（來源：3D科學谷）

未來，隨著5G通訊網絡建設，數字孿生、增材製造等數位化製造技術的發展和相關標準化工作的逐漸完善，必將為製造業的供應鏈管理帶來全面變革。