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詹姆斯·韦伯空间望远镜的建造使用了大量的软件工具。作为哈勃空间望远镜的继任，詹姆斯·韦伯空间望远镜即将进入太空，探索宇宙的奥秘。
想必很多人都听过哈勃空间望远镜的名字。这台在地球大气层之上的望远镜就像是人类在太空中的眼睛，帮助我们更好地探索宇宙的奥秘。
在哈勃空间望远镜之后，美国国家航空航天局（NASA）宣布将于2021年3月发射詹姆斯·韦伯空间望远镜（韦伯望远镜）。它以NASA第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名。韦伯在任期间，美国的航天事业曾有许多突破性的发展，包括完成了“阿波罗”登月计划等一系列重要的空间探测项目。因此，自研发之初，韦伯望远镜就被人们寄予了厚望。
艺术家描绘的部署在轨道上的韦伯望远镜。图中展示了望远镜的镜面系统和配套的遮阳装置（图片来源：Northrop-Grumman）。
同哈勃空间望远镜相比，韦伯望远镜的质量更小，仅为6.2吨，约为哈勃空间望远镜的一半。但它的主反射镜的口径却达到了6.5米。韦伯望远镜还安装了经过优化的近红外摄像机 (NIRCAM)。NIRCAM 的近红外线功能使其能够穿透银河系外宇宙的暗物质云，探索更遥远的空间。不仅如此，它还可以看到更遥远的过去，追溯“第一道光”的时代和最初的恒星的诞生。同时，它也支持在太阳系外的行星上寻找生命的痕迹。
韦伯望远镜将被发射到距离地球约150万公里的空间内。由于距离地球太远，届时，相关机构将无法派遣宇航员对它进行维修和保养。因此，在十年左右的服役期间，它必须以极低的能耗，十年如一日地无故障运行。而这正是工程师们在设计韦伯望远镜时所面临的一大挑战。
软件是关键
在建造韦伯望远镜的过程中，明导公司（Mentor，从属于西门子）和西门子发挥了重要作用。望远镜中的集成科学仪器模块（ISIM）是一个复杂的组合体，它包含传感器、摄像头和电子设备。从我级别的定制化集成电路到ISIM中四个科学仪器的整体多重物理量模拟，软件在整个项目中被广泛应用。
明导的Tanner设计套件（含内置口径集成）被用于创建关键的模数转换器（ADC）阵列。该阵列将由詹姆斯·韦伯摄像系统创建的模拟图像转换为可下载到地球的数字图像。在Lewyn Consulting Incorporated公司的支持下，Teledyne Technologies公司为四种光学仪器中的三种提供了特定应用集成电路（ASIC），而该阵列是ASIC的一部分。
在英国莱斯特大学的空间研究中心，西门子的NX和Teamcenter被用来设计、模拟和制造中红外探测（MIRI）模块。
明导的Capital软件套件被用于将一系列设备以电子的方式相互连接。
最后， 西门子的Femap软件帮助NASA对韦伯望远镜各组件的性能进行模拟仿真。该软件用于为针对韦伯望远镜上安装好的仪器模块的热分析与结构分析整合所有解算器信息。
据估计，宇宙的年龄（自“大爆炸”以来）约为138.2亿年。在漫长的时间里，是否有新生命体出现在了宇宙的某个角落呢？宇宙中还有那么多秘密有待探索。也许詹姆斯·韦伯空间望远镜会帮助我们揭开其中一些谜题。
在工业领域，数字化双胞胎早已不是什么新鲜事了。它正为整条价值链带来变革。作为产品、生产或性能的虚拟表现形式，数字化双胞胎能使各个工艺过程无缝连接。它可以助力不断提高生产效率、我限度地降低故障率、缩短开发周期并创造新的业务机会。换言之，数字化双胞胎能够创造长期竞争优势。
为工业4.0打好地基
鉴于上述种种优势，IT分析与市场研究机构Gartner预计，到2021年，大型工业公司中的一半都将应用数字化双胞胎，从而将自己的生产效率提高10%。然而，为了充分挖掘数字化双胞胎的潜力，未来的实际系统不仅需要彼此联网，还需要建立起自主“思考”和行动的能力。从简单的相互感知和交互到通信和独立优化，人工智能正是未来的发展方向。除此之外，集成的信息系统也必不可少，它能使信息实现持续交换。
数字化双胞胎的开发离不开能够在整条价值链上应用它的功能强大的软件系统，它可以将数字化双胞胎用于规划和设计产品、机器和工厂，以及操作产品和生产系统。这能帮助用户更加灵活高效地采取行动，并让生产制造更加定制化。
Electra Meccanica公司的一个由年轻工程师组成的精英团队仅用了两年时间就设计、仿真和制造出了一种新型电动汽车，而这要归功于数字双胞胎。
益处多多
早在产品的定义和设计阶段，产品的数字化双胞胎就已创建。工程师可以根据各自的需求来模拟和验证产品属性：例如，产品是否稳定，使用是否方便？汽车车身产生的空气阻力足够低吗？电子设备运行可靠吗？无论是涉及机械、电子、软件还是系统性能，数字化双胞胎都可以被用来预先测试和优化这些元素。
同样的道理也适用于生产的数字化双胞胎。它贯穿各个方面，从机器、工厂控制器到虚拟环境中的整条生产线。通过可编程逻辑控制器（PLC）代码生成和虚拟调试，这一仿真过程可用于提前优化生产，也因此可以在实际操作开始前就识别出错误与故障的来源，从而防止故障发生。同时，它也可以节省时间并为定制化的大规模生产奠定基础。这是因为即使是高度复杂的生产路线也可以在非常短的时间内以我的成本和工作量进行计算、测试和编程。
反过来，性能的数字化双胞胎可以不断从产品或生产工厂获得运行数据。因此，人们可以持续监控各种信息，例如来自机器的状态数据和来自制造系统的能耗数据。这样就能执行预测性维护，以防止停机并优化能耗。此外，一些公司使用数据驱动的服务来开发新的商业模式，例如机械工程公司Heller。同时，对于像西门子基于云的开放式物联网操作系统MindSphere这样的系统，它们的数据驱动知识可以反馈到整条价值链中，直至产品系统。这为连续的优化过程创造了一个决策闭环。
虚拟调试可以帮助节省大量时间。
我的产品和服务
通过提供完美协调和集成的软件与自动化解决方案，西门子数字化企业套件创建了一套综合的方法，即通过使用中央数据平台将行业的整个增值过程进行数字化。智能工业通信网络将提供不同生产模块内的简便数据交换，并持续收集运行数据。
西门子的纵深防御战略确保公司能够应对不断增长的工业安全要求，并能有效保护工厂免受来自内部和外部的攻击。从密码保护到持续安全监控，种种符合标准的安全机制为数字化工厂提供了可靠的定制化保护。
MindSphere也可以作为一个重要的平台来帮助工业企业开发新的数字化业务模式。它也是西门子为工业环境提供的数据驱动的数字化服务产品组合的一部分，可以为现场数据采集以及在云上传输和存储这些数据提供我的安全功能。
成功实践
有了西门子数字化企业套件，客户现在就可以开始投资面向未来的解决方案，以逐步实现工业4.0。例如，专用机器制造商Bausch+Str?bel公司将数字化作为保证其工程稳定性的关键。预计到2020年，该公司的生产效率会提高30%以上，而这仅通过其在工程环节中节约的时间就可以实现。
同样，作为夹持技术和抓取系统的全球市场领导者，雄克（Schunk）已经在其电控抓取系统组件中应用了数字化解决方案。新的工程流程将大大缩短其项目时间，加快调试速度，并在建造类似工厂时大幅提高效率。
覆盖每一层级
机器之间或其与更高级别的系统之间的互联能够帮助集中管理资源与生产数据，从而确保采购和运营的成本效益，因为这意味着整个公司都可以获得订单数据并能在将订单分配给组织内部不同生产地点时制定我策略。此外，材料库存、物流流程和工具可用情况等信息也都一目了然并能实现高效协调。
由于改进了制造过程和生产参数的归档方式，数字化双胞胎在质量管理领域的潜力也同样振奋人心。如果制造商能够明确知道安装了什么组件、它们具有哪些功能、在哪些产品中安装以及如何安装，他们就可以针对潜在问题作出响应并优化流程。西门子已经在其位于德国安贝格的Simatic生产工厂中应用了这套综合的归档和评估系统，并在生产中实现了极低的错误率。
在流程行业，数字化双胞胎也能帮助提高效率和生产率：从一体化工程到一体化运营，西门子让流程行业的公司能够建立从工厂工程到运营的我数据模型。在这一领域，数字化还能帮助企业缩短产品上市时间、增加灵活性以及提高效率。这使公司能够成功应对全球市场的波动性和多样性，并提高其生产率以及能源和资源效率。
Bausch+Str?bel公司计划到2020年将工程效率提高30%以上。
