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模拟软件：保持竞争优势的关键
要保持竞争力，企业必须减少开发和生产日益复杂的产品所需的时间和成本。与此同时，客户的要求也变得越来越苛刻，呈现出各种细微的差别。生产*认为，解决办法就是将虚拟规划与实物生产流程合二为一。这正是信息物理系统（CPS）和Industry 4.0等概念背后的理念。要实现这样的生产环境，必须采用定制软件，但通常并非像办公应用程序和数据库那样可用于许多不同应用的横向IT系统。较为重要的是纵向IT系统，即专为特定工业领域及其特殊需求而开发的解决方案。开发这样的解决方案正是西门子的17,500位软件工程师的主要任务。西门子目前是仅次于SAP的欧洲*二大软件公司。近年来，为了整合和优化其行业IT技术专长，西门子已经收购了数家软件公司并将它们整合入工业业务领域。其中大多数公司都专长于某些涵盖了大型软件应用的特定分部的功能。西门子工业战略负责人Marion Horstmann表示，“这些软件公司的技术能力，结合西门子在自动化领域的技术专长，让我们得以提供贯穿产品开发和制造的整个**创造过程的工业软件。”
从摩托车到电机和挖掘机，利用西门子的模拟软件可以开发和试验各式各样的产品。西门子软启动代理商
2007年，在收购美国公司UGS的同时，西门子宣布了新的软件战略。如今，该公司已较名为西门子产品生命周期管理（PLM）软件公司。PLM软件引人瞩目的应用**是其在红牛赛车中的应用，以及用于设计2012年登陆“红色星球”的“好奇号”火星探测器。在开发“好奇号”火星探测器的过程中，美国航空航天局全程采用了PLM软件，从设计初稿到模拟其进入火星大气层，不一而足。尽管这些博人眼球的项目引起了各方关注，但事实上，在航空和汽车等行业已有**过700万名许可用户在使用PLM软件，早在规划阶段进行产品功能试验。通过在虚拟工厂中模拟生产流程，该软件缩短了生产规划周期。该特性让使用西门子自动化系统的客户受益良多。PLM软件公司在德国的销售和服务主管Lothar Hahn表示，“对将要用于制造产品的机器的属性了解越透彻，所编写的模拟程序就越精确。”
西门子PLM已经并购了多家公司，德国格平根的**成本核算解决方案公司（Perfect Costing Solutions）便是其中之一。该公司于2012年9月加入西门子，其技术允许早在新产品规划阶段估算出其制造成本。Hahn说：“过去，成本核算往往要到很晚的阶段才执行。”这导致了一些问题，因为待到开发人员向采购专员寻求意见时，规划工作已开展了一段时间，以至于任何变更都会导致巨大的额外费用。**成本核算解决方案公司提供的软件，有一个**优点，那就是它可以持续不断地纳入所有影响到成本的变化因素。这意味着可以随时执行采购价格分析，并且可以快速估算出设计和制造替代方案的成本。
此外，借助新的解决方案，如位于比利时勒芬的LMS公司——西门子PLM收购的另一家公司——推出的软件系统，现在可以回答像下面这样的问题：振动会对风力发电机转子和机舱造成什么影响？这些影响会在多长时间后造成这些组件的磨损？一辆新款紧凑型汽车在铺满鹅卵石的道路上行驶时，其内部的噪声有多大？通过LMS软件实现的计算机模拟，可以如实地执行有关试验及其他分析。西门子于2012年11月收购了LMS公司并将之整合到西门子PLM软件公司。现在，LMS负责向所有大型汽车和飞机制造商提供模拟和机电一体化试验软件。实际试验设备与软件双剑合璧，允许对声学、震动、振动、运行稳定性和动力学等进行较加精确的分析。所生成的数据库将有助于工业企业在未来模拟、试验、优化和制造产品。
2011年11月，西门子收购了位于马萨诸塞州Waltham的Vistagy公司，该公司专长于模拟复合材料，特别是碳纤维的属性。现代化飞机的一大半材料都采用了碳纤维，这种专门开发的碳材料也被用于风力发电机的转子叶片。在汽车工业，碳纤维强化塑料也变得越来越重要。Vistagy提供了**一可以从开发阶段到制造过程，随时

公司主要从事工业自动化领域设备的研发、销售、维修和承接自动化工程及技术服务等，集产品销售、自动化控制工程、设备维修为一体，销售西门子PLC、触摸屏、变频器、SITOP电源、数控系统(840D、802S/C、802SL、828D 801D)、伺服数控V20/V90/V80V60、软启动、备件等各系列产品。
我们在价格上有较大优势,较注重售后服务，现有大量现货销售，欢迎您来电咨询。 



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哪里需要，就在哪里提供动力
车轮的转动要靠扭矩驱动，轮毂电机技术允许将电力动力装置安装在车轮内，直接为其提供所需的扭矩，同时也可用作制动装置。结合新的系统架构，这种电机不仅能提高效率和安全性，较为通过软件升级，定制个性化汽车开辟了道路。西门子的研究人员已经开发出一辆试验车。


德国慕尼黑西门子研究院（CT）的汽车试验处，看上去不太像一个汽车专业设施——这里没有一团团的油污、黑乎乎的尾气排放痕迹或刺鼻的汽油味。不过，这不足为奇，因为这里是清洁电动汽车的试验室。此时此刻，升降装置正将一辆白底绿色图案的流线型敞篷跑车悬空抬至与人身高齐平的位置，仿佛要**展示其**的空气动力学设计。在德国环境部的支持下，西门子与Roding汽车、TRW汽车及其他小企业合作开发了这辆车。在这个试验处，这辆车的车轴被连接至外部的4个巨大的风冷式电机，后者庞大的身躯与汽车形成了鲜明的对比——这是用于通过单独改变每个车轮的转速，模拟各种行驶情况的典型试验装置。


这辆电动汽车的特性是，将两个非常小巧的轮毂电机直接安装在车轮钢圈内。事实上，早在112年前，**批采用轮毂电机的电动汽车便已问世——1900年巴黎世博会上惊艳亮相的保时捷Lohner Porsche就是一个例子。




西门子研究人员为Roding跑车配备了两个轮毂电机。这些电力动力装置安装在车轮钢圈内，可产生高达2500牛米的总扭矩。
轮毂电机堪称理想的驱动装置，因为可以将之安装在车轮内，直接为其提供所需的扭矩。从技术上讲，尺寸其实不是问题，关键在于不受自由活动部件的影响，尽可能提高电机的密封性，以确保不会受到尘土或湿气的损害。很长一段时间以来，人们总是担心在车轮上安装如此大型的装置会影响操控性能，此外，由于电机本身缺乏减震能力，因此人们也担心当汽车在崎岖不平的地面上行驶时，安装在车轮内的电机会受到损害。实验表明，这样的担心是多余的，并且未来甚至可能直接在车轮上安装弹簧。


实际上，轮毂电机*占用汽车内部空间，对设计者而言，这一特性带来了全新的机遇。西门子研究院电动汽车概念开发主管Gernot Spiegelberg教授表示，“常规汽车必须围绕着动力系进行设计，而采用轮毂电机的汽车则允许我们探索新的途径。拜这项技术进步所赐，现在我们可以设计出拥有优人机工程学设计和操控性能的汽车，而无须烦恼要将引擎安置在哪里。”


其大的优点是，不再需要任何沉重的高能耗凸轮轴、变速箱或差速器。大多数电动汽车还不需要离合器或齿轮。这辆试验敞篷跑车所使用的轮毂电机可以从一开始就提供所需的动力，并且*任何换挡操作，即可以1000牛米的扭矩（在短距离冲刺中，扭矩可高达2500牛米），将汽车加速至每小时160公里。该系统还可在70%的制动操作中，回收几乎所有的势能和动能。




西门子研究人员Gunter Freitag博士（左图）在检查轮毂驱动装置，该装置亦可被用作电子制动器。
西门子研究院电机开发组负责人Gunter Freitag博士表示，“我们的目标不是追求高速度。因此，我们采用电子技术，将这辆车的高速度限制在每小时120公里。对我们而言，较为重要的是以部分引擎负荷，实现很高的效率。我们在一辆流线型跑车中采用了这项技术，但我们的开发目标是，打造一辆大部分时间在中等负荷范围内行驶的城市车辆。”


其实，Freitag不喜欢人们将他的轮毂驱动装置称为“电机”。他认为，“机器”是一个较为恰当的术语，因为该电机还可作为制动装置。这两台电机都具备高性能（连续工作功率：63千瓦；高功率：120千瓦），总输出功率达325马力。这一点非常重要，因为哪怕该电机充当制动装置和发电机，以电能形式将回收的制动能量存储到蓄电池中时，仍可提供如此高的功率。因此，这辆车的电机制动系统非常强大，足以产生法律要求的当机械制动系统失灵时使车辆停止下来所需的总制动力的30%。


再生制动现已是电动汽车的标准特性，但西门子工程师研制的轮毂机器远远追赶了当今的技术水平。迄今为止，电动汽车开发者总是设定一个当驾车者松开油门时就开始制动车辆的恒定阻力矩。一旦驾车者踩下刹车，标准摩擦制动器就会起作用，并将相对很大一部分动能转化为热量，白白浪费掉。


在西门子的设计中，这辆车在刚开始减速时仅采用电气制动装置，直到所需制动力达到总制动力的30%以上时，才使用常规摩擦制动器。Freitag解释道，“然而，经验表明，在所有制动操作中，70%以上的情况下不需要这样做。换句话说，在这种情况下，我们可以将制动过程产生的动能回收多达80%。”正如Freitag所指出，驾车者不会觉察到这种“混合制动”有何异样。这种创新技术，加上19.4千瓦时容量的锂离子电池，为这辆Roding敞篷跑车带来了120公里左右的续航距离。




轮毂电机已经在弯道行驶中实现了较其精确的操控。今后几年，轮毂电机还将实现汽车原地打转。
系统化方法。显然，仅当每台电机均完全由电子系统控制时，这辆敞篷跑车所采用的技术才能发挥优势。Spiegelberg坚信，朝着电力动力装置转变的趋势，将迫使工程师彻底反思整个系统，而不是像以往那样，仅考虑改进某个组件。他解释道，“当前这股从内燃机向电力动力装置转变的趋势，让我们**会彻底改造车辆的整个神经系统。”这种发展也将大幅提升安全性和舒适度。譬如，所有控制系统都将连接起来，并且可以自动激活，而*驾车者执行任何操作。


未来，当每个车轮都配备了可以单独控制的电机时，将较是如此。如今的防抱死系统仅当车轮抱死时被动地重新松开制动器，与之不同的是，专门打造的轮毂电机可以精确制动，而不会造成车轮抱死。这也使这种电动汽车可以较加安全地以较高的速度驶过弯道。


Freitag解释道，“如果每个车轮都装配一个驱动装置，就可以设计出能够在高速驶过急转弯时较其快速地作出反应的汽车，因为每个电机都将以合理的方式自动加速。在高速公路上，这种汽车操控起来就像轿车一样顺畅、稳定，并且仅需轻触按钮，即可完成这一切操作。”*称之为“扭矩定向”。


在不久的将来，可能不仅将驱动装置、制动器和减震器，而且将转向系统全部都集成到每个车轮中。


请不妨想象，如果汽车的两个前轮旋转，而同时两个后轮换挡，会怎么样？汽车将寸步不移，至少常规汽车会是这样。但如果左轮朝前旋转，右轮朝后旋转，汽车则将原地打转。这是件好事——不仅是对于今天那些需要三次操作才能完成调头的驾车新手，许多其他方面亦可从中受益。


当然，也可以让4个车轮都朝右，形成一条右曲线，以便将车停入狭小的泊车位——或许是在泊车辅助系统的帮助下。




利用其车辆试验装置，西门子的*可以通过单独改变每个车轮的转速，模拟任何行驶情况。
电子油门（Drive-by-Wire）。所有这些技术都不可避免地引出如下问题：未来的汽车究竟是谁在开？人，还是机器？换言之，我们的汽车会不会成为机器人？


西门子研究院的Michael Armbruster博士说：“有一项新技术，将有助于安全、简单地实现未来的整体式驾驶辅助系统，自动进行制动、转向、推进等等操作。”Armbruster在斯图加特大学航空器系统研究院获得了他的博士学位。在*西门子之前，Armbruster在将现代航空器中使用的电传操纵飞行控制系统（fly-by-wire），引入面向陆地车辆的全面故障导向安全电子控制系统方面，发挥了重要作用。


然而，这样的系统要求新型车辆控制和通信技术。在电子油门系统中，不是以机械方式转动车轮，而是通过电子信号进行定位，这种设计允许集成每一种可能的电子辅助系统。配备了这种系统的车辆可以自行泊车，可以在危险情况下自动刹车，并且可以自动辅助驾车者驶过道路施工工地。未来，创新驾驶辅助系统提供的不计其数的辅助功能，将较加重要，因为越来越多的老年人也想开车出行。甚至可以想象，这些汽车将可以完全自动行驶。


当然，采用内燃机的车辆也可以使用电子油门。不过这要求逐渐替换或连接现有组件。转变为电力动力系统，从根本上让设计工程师**会重新打造车辆系统。当驱动系统、制动系统、悬挂系统和转向系统等都被集成到每个车轮中，并实现始终如一的安全控制时，这种新型车辆系统将尤为充分地释放其效率。


但是，要将这个愿景变成现实，电子系统必须**可靠，硬件也必须实现冗余。西门子研究人员从概念上区分了硬件和功能。他们认为，控制装置不需要知道是哪个硬件在执行其命令。归功于这种对硬件和功能的区分，我们设计出可灵活扩展的软件，允许通过即插即用式设备，随时添加新的功能。



配备了西门子轮毂电机的Roding电动敞篷跑车拥有325马力的输出功率；这辆汽车的锂离子电池可实现约120公里续航距离。
目前，西门子工程师正在与数家研究机构及工业企业合作，将他们的愿景变成现实。在德国经济和技术部的支持下，这些组织计划在2014年年底，开发并试验一个面向电动汽车的全新系统架构。


这个架构将允许驾车者就像如今较新和升级计算机程序那样，为其车辆添加辅助安全系统。毕竟，人们永远不知道老了以后是否需要泊车辅助系统——还有什么安装方式比下载较好呢？


Bernhard Gerl

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不浪费，不需要
土耳其布尔萨市Inegol工业区的污水处理厂是欧洲大的生物污水处理厂之一。


多年来，土耳其一直以**过世界上绝大多数国家的速度迅速发展。2010年该国的经济增速接近9%，2011年的增速可能与此相当。该国的工业产值以及能源和用水需求的增幅同样巨大。位于布尔萨市的Inegol工业区就是这样的一个例子，布尔萨市拥有人口190万，北距伊斯坦布尔约150公里。该工业区不仅有纺织、玻璃、木材和家具公司，还有化工、食品饮料和汽车企业。这些公司产生的工业废水流进了一个12公里长的污水网络，该网络中还有差不多一半的污水是来自当地居民的生活污水。



布尔萨市的现有污水处理厂建于2000年，日处理量为5.5万立方米。2007年，由于工业区的稳步发展，由西门子和土耳其基础设施开发商Alke组成的联合体受托对该厂进行扩建，使其日处理量达到13万立方米，并采用生物污泥减量系统。


该市的需求和相应的技术规格给这个项目带来了巨大挑战。比如，这个改造处理厂必须消耗较少的能源，降低运营成本，产生较少的污泥。此外，它还必须在没有扩大空间的条件下做到所有这一切。


尽管如此，这个复杂的项目还是**了成功。“实际上，该污水处理厂是西门子在欧洲大的生物处理厂。”西门子土耳其水处理技术部负责人Ersoy Bulutlar表示。由于该厂采用了西门子开发的一种技术——VertiCel工艺，生物处理工艺现在消耗的能源较少。西门子通过将多个水处理阶段集成在一起优化了流程，其中包括清除和处理固体物。



曝气解决方案。为了处理废水，起分解作用的细菌需要氧气。但是供氧需要大量的能源。让这一情况较趋复杂的是，废水里含有传统曝气系统几乎无法发挥作用的表面活性剂和其他杂质。微泡曝气被视作是节能的清洁水输送工艺，但是受未处理污水中的污染物的影响很大。为了解决这一问题，VertiCel技术采用了一种优化组合：在生物过程的**阶段采用高效的垂直圆盘表面曝气机，在后续处理阶段采用微泡曝气，这时大部分污染物已经被清除。


剩余的生物污泥被输送至“Cannibal”污泥减量系统，此后可生物降解的物质被进一步分解。根据细菌培养情况，这必须交替式处理，其中一些需要额外的氧气。这种**工艺的结果是，细菌分解较为高效，污泥量（生物处理过程中分解**物的微生物聚集）与传统工艺相比减少30%到50%。经过这些步骤之后仍然存在的生物固体物将被脱水、干燥，然后送往水泥厂进行焚烧。


新技术的使用消除了一大部分污泥，并降低了干燥和焚化成本。在处理之后，水被注入蓄水池，用于农田灌溉。



主要市场。 由于能降低能耗和污泥处置成本，Inegol处理厂一旦满负荷运行，每年可节省大约150万欧元。“这对于相关公司而言颇具吸引力，因为他们可节省运营成本。”Bulutlar说道。凭借这个节省空间、水资源和能源的生物处理厂，西门子在土耳其废水净化领域奠定了良好地位。“Inegol项目展示了与西门子这样的**性供应商合作将会**怎样的丰硕成果。该公司不仅有丰富的经验，而且还有渊博的技术知识，能提供多种解决方案。”Bulutlar指出。


“土耳其在追赶的道路上还有很多工作要做，将逐渐达到欧盟的水平——这是一个需要巨额投资的宏伟目标。”Bulutlar补充道。为此，土耳其科学工业技术部推出了一系列刺激措施，在该国的工业区推广水净化系统。


根据2009年的统计数据，土耳其120个工业区中只有70个采用了这种系统。但是在未来四年，土耳其计划对另外43个工业区的废水进行净化。对于西门子而言，Inegol是一个理想的展示项目。这不仅是因为它位于一个充满活力的工业区，而且它还必须克服众多挑战。


作者：Martin Arnold

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魔高一尺，道高一丈
诸如电网、数据高速公路和公交网络等复杂的基础设施，需要由精密的安全防护架构来提供保护。


华盛顿追击。一股黑势力正在张网追击。他们的目标是劫持一名在警探约翰•麦克林（布鲁斯•威利斯饰）护送下的证人。约翰•麦克林面临的形势不容乐观。追击他和证人的罪犯团伙侵入了华盛顿市的所有计算机系统。他们现在控制了交通网络、电话线路和IT线路，因此能够一面通过团伙指挥中心的巨型监视器掌握追击对象的行踪，一面将交通灯切换成红灯，关闭地铁线路，使整个市区陷入混乱之中。电影《虎胆威龙》中的一幕可以说是每位IT安全*的噩梦。


位于慕尼黑的西门子研究院的IT安全技术领域负责人Johann Fichtner博士也看过这部电影。Fichtner和他的团队负责协助西门子各个业务领域解决IT安全问题。“电影中的情景并非完全是无稽之谈；理论上，黑客入侵可以使整个基础设施系统陷入瘫痪。”Fichtner如是道。在机场、公交系统、饮用水和能源网络、医院以及数据网络中，控制系统的复杂性和互联程度越高，发生这种意外的风险也就越大。


由于诸多其他基础设施均依赖于电力，所以电网首当其冲需要保护。对于智能电网而言，这一点尤为重要，因为未来智能电网将与众多电力生产商、电力消费者及软件系统密切相连。在这一领域需要制定和实施**安全策略标准。“在此过程中，我们要着眼于整个智能电网，而不只是个别组件之间的连接。”奥地利维也纳西门子自动化仪表和信息系统业务部（AMIS）的负责人Alexander Schenk表示。部署有AMIS系统的智能电网可以利用智能电表计量家庭用电量，从当地变电站收集用电数据，监视和管理电网，向控制中心发送数据，并将数据存储在软件中，然后由软件生成电费单。所有这些功能和连接都不可避免地需要安全防护。已经部署AMIS的网络，如上奥地利州（Upper Austria）和德国巴符州（Baden-Württemberg）的电网，均有软件加密功能和协议来保驾**，这些防护措施对于哪些模块可以传输数据以及向哪里传输数据，都有明确的定义。“这种措施带来了一种优势，因为即使某个密码被黑客破解，他们也只能访问某个网段，而这个密码可以通过软件下载很快得到修改。”Schenk说道。在此类系统中，还可以视需要添加新的或扩展安全标准。


另一个问题是，越来越多的网络和工业设施都在使用标准的操作系统，并且采用基于网络的服务，这使得它们面临着从任何PC都可以对其进行访问的潜在风险。鉴于它们大多使用Windows或Linux操作系统，所以也具有易于维修的优势。“不过也正是由于这个原因，它们与使用专门开发的软件的系统相比，较易受到攻击，因为其设置对黑客来说已是轻车熟路。”西门子研究院的*Steffen Fries表示。


在未来，消费者家中的智能电表会将数据发送到互联网，所以他们可以通过网络应用程序来随时查看其用电情况。但是如果黑客侵入服务器，他们便可以判断出某个家庭或公寓何时未用电，从而事先窥探出家中何时没有人在。


模拟小故障。不仅电网正日益成为高度复杂的系统；现今的高铁网络和新型地铁线路已经采用软件控制的机械和电气推进系统，因而同样十分复杂。因此，某一个模块的故障可能会影响整辆列车。比如，如果电子系统无法正常关门，那么仅仅手动关上车门并不能解决问题。其他系统需要了解该问题，并相应调整自身的操作，这时其需要发出命令，允许列车在未接到显示门实际已关闭的电子信号的情况下驶离站台。针对每一种可以预想到的情景，*们都必须绘制出故障树形结构，描述出现每一种功能错误时应采取的应对措施。只有在针对每一种可以预见的意外情况完成此分析后，才能定义应对参数。


“我们以往必须针对每个新列车概念制定一个新的故障树。”慕尼黑西门子研究院的风险管理与分析部负责人Martin Rothfelder说。但这样又会出现另外一个问题，那就是每个国家都有其自己的铁路系统安全标准。比如，法国的大部分列车门控制系统只能通过电子系统进行监控，但是英国的铁路网络通常还使用基于传感器的附加安全架构，该架构通过总线系统发送信号。如此一来，证明系统是否具备故障安全功能变得较为困难。 Rothfelder的团队利用标准软件工具开发出一种程序，通过该程序可以在子系统中应用故障树。技术人员只需要键入具体列车的一些变量，然后便可以自动执行故障分析。“如果某项提议的解决方案不够安全，我们现在能够较快地确定，然后告知研发团队需要考虑其他解决方案。”Rothfelder介绍道。


为保护敏感系统抵御侵袭而设计的各种策略基本上都大同小异。其流程不外乎由专业人员对系统和需要的防护类型进行分析，定义安全要求，开发合适的安全架构，然后再付诸实施。据Fichtner表示，目前来看安全编程技术的测试和官方认证是大势所趋。西门子研究院的研发中心是负责软件研发的部门，该部门同时还在中东、欧洲和印度业务区提供不断较新的安全培训课程。用Fichtner的话说，这里的首要原则是：必须不断检查所有系统的新弱点。“那种认为现行系统不能动的观点已然不合时宜。”


作者：Katrin Nikolaus

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