MBSE-西门子

MBE:基于模型的企业

MBSE:基于模型的系统工程

MBD: 基于模型的产品设计

MBe：基于模型的工程

MBM: 基于模型的制造

MBs：基于模型的服务

实施针对复杂系统MBE的闭环数字孪生，需要分别支持产品系统、生产系统、运行系统的数字孪生模型，并实现三大系统模型的一体化整合。

• 产品系统：要发展MBSE基于模型的系统工程，用于预测物理结构和特征、物理绩效特征、环境响应、失效模式等。

• 生产系统：要利用PSE生产系统工程，对各生产系统要素、产线、车间、供应链系统进行建模和仿真，用于优化物理布局和特征、产能和利用率、产出和节拍。

• 运行系统：需要打造IIoT工业物联网，提供物理系统的实时运行状态，优化运营水平，预测维护，并对设计进行验证。

CIMS计算机集成制造系统将生产过程中的有关人、技术、经营管理三要素及期信息与物流有机集成并优化运行的复杂大系统。试图建立整个企业系统的“数字孪生”模型，覆盖企业多种经营活动。一般CIMS包括五大子系统：PLM\ERP\MES\自动化物流系统和自动化产线系统。

为了推动CIMS集成，MESA协会制定了ISA-95标准框架。把企业系统分成以下5层：

L4 企业层，ERP\PLM\工艺

L3工厂层，MES\批记录、历史数据

L2操作层，SCADA/HMI

L1控制层，PLC\传感器和作动机构

L0现场，机台层

L1-L2是自动化层，实时处理、优化数据；L3-L4是数字化层，通过L3 MES采集数据以后进行分析、判断及处理。（有些企业需要引入人工智能、边缘计算，由机器视觉进行实时判断决策，不能等到L3判断）

• MES是IT和OT“两化融合”的一个结合点，关键在于数据采集。

从逆向工程到正向研发，须在“基于文档”的系统工程提升到“基于模型”的系统工程基础上，进一步演进到“新一代MBSE”。

新一代MBSE应该是多层次的（整机系统功能架构、领域系统架构、领域模型）、多物理场的、动态的、闭环的数字孪生，由计算机对设计空间自动寻优，并由一个数字主线系统支持设计方案的快速迭代。模型的复杂度、精确度、实时性随着产品生命周期的演进逐步提升。

要实现数字孪生的正向研发理念需要建设两个基础平台：全生命周期的管理平台及基于云和物联网的资源共享平台，并且提供三个维度的技术支撑：不同研发阶段的协同，不同子系统之间的集成，不同领域、不同学科之间的耦合。

产品的数字孪生：在需求的驱动下，建立基于模型的系统工程产品研发模式，实现“产品需求定义-系统结构设计仿真（结构模型建立、多专业学科仿真分析、多学科联合仿真、半实物仿真等）-功能设计-逻辑设计-物理设计（3D创成式设计、电子电气设计、软件设计）-设计仿真-实物试验”全过程闭环管理。

3D创成式设计：根据一些起始参数通过迭代并调整来找到一个优化模型。

数字化进化到智能化制造，两者的根本区别：让工业产线和主要设备有自学习、自适应和自判断能力。

有限元与神经网络结合的方法很多，例如针对复杂非线性结构动力学系统建模问题，可以将线性部分用有限元进行建模，非线性构建用神经网络描述，再通过边界条件和连接条件将有限元模型部分和神经网络部分结合，得到混合模型。