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西門子王懿蓀：數字化重塑機床的傳統創新模式

2021-8-25 來源：西門子運動控製事業部機床數控係（xì）統（tǒng）作（zuò）者：業務拓展總監王懿蓀

古語（yǔ）有雲：工（gōng）欲善其事，必先利其器。對於製造業來說，這個“器”毫無疑問就是機床。作為“製（zhì）造機械部件（jiàn）和機器的機器”，機床為千行百業（yè）的發展奠定根基。隨著（zhe）“十四五（wǔ）”規劃（huá）綱要（yào）明確了製造業高質量發展的主線，如何提高機床自身創新發展也成為新時代的重要（yào）課題。

除（chú）政（zhèng）策（cè）等外部（bù）因素的（de）助推，在“以設計（jì）為中心” 的機床製造商（OEM）和“以生產為（wéi）中心”的機（jī）床使用者（最終用戶）雙維度（dù）下，新的需求變化已經顯現。這種變化主要體（tǐ）現在四個方麵：最為（wéi）明顯的是，機床製造商麵對激烈的競爭迫切（qiē）希（xī）望縮短機床的設計、研發、驗證時間，減少試（shì）錯成本，提高設計（jì）質量和設計效率，並（bìng）能夠快速將機（jī）床交付到市場；在機（jī）床本身的製造過程中，機床製造（zào）商同時也作為機床的使用者，需要獲得加工過程相應數據的（de）可追溯（sù）及透明（míng）性，以確保機床零部件的質量；在推廣（guǎng）和銷售階段，傳統的實（shí）體機床展示或者（zhě）印（yìn）刷關鍵參（cān）數樣本的模式早已不能滿足機床使用者的要求；最後，當機床進入應用環節，機床設備製造商希望獲取機床的運行數據，並借助大數據分析來（lái）優化機床的設計，從而形成持續優化的閉環。

麵對機床行業（yè）的挑戰，運用數字化技術提升高（gāo）端機床的正向設計、研發水平，實（shí）現技術的快速迭代，成為共識。

虛（xū）擬調試技術突破機床創新瓶頸

高端機床的設計、研發是一項高投入、低成功率的工作，加之回報周期長，技術與工（gōng）藝需要多年積累以及長期的驗證、試錯漸進式迭代，成為製約機床創新的主要瓶頸。

借助（zhù）虛擬調（diào）試（shì）技術，機床廠在機（jī）床研發生產過程中，可以將原來需要依次（cì）順序完成的研發製造流程/步驟，改為並行（háng）執行。當新機床的3D模型設計完成之後，即可使用機電一體化概念設計軟件和（hé）數控係統構建虛擬設計和調試軟件環境，進行機床的動態設計、調試、驗證，在不具備物理樣（yàng）機的情況下，輕鬆仿（fǎng）真檢測和糾正設計錯（cuò）誤，以及測試所（suǒ）有功能。

虛擬調試技（jì）術帶來的價值在中國落地的項目中已經得到印證（zhèng）。上海機床廠有（yǒu）限（xiàn）公司作為中國知名的精密磨床製（zhì）造企業，在公（gōng）司改製並亟待數字化轉型的關鍵節點，選擇了（le）西門子基於SINUMERIK 840Dsl + MCD 的機（jī）床數字化設計、驗（yàn）證和虛擬調試數字化雙（shuāng）胞胎解決方案，用以（yǐ）優化機床設計流程，規避機械設計錯誤，並（bìng）成功地將整體設計周期縮（suō）短30% ，現（xiàn）場調試時間縮短70%，加速產（chǎn）品（pǐn）上市。這是西門子最近在中國又一個落地實際銷售和實施的機床行業數字化設計平（píng）台項目，也是虛擬調試技（jì）術（shù）的典型應用。

虛擬機床技術加速（sù）生產數字化驗證

對（duì）於機床使用者來說（shuō），高效、高精度加工是他們追求的永恒目標。而從醫療設備，模具加工的精密零部件，到航（háng）空航（háng）天、風（fēng）電領域大（dà）型結構（gòu）件，隨著加工（gōng）計劃和加工過程的複雜度越來越高，機床加工過程往往會發生銜接錯誤。這個階（jiē）段，數字化技術可以（yǐ）在物理世（shì）界進行真實加工之前，就在虛擬（nǐ）世（shì）界中進行產品仿真驗證（zhèng），支持保障後續實際生產。

針對機床使用者的金屬（shǔ）切削數字化（huà）驗證平台虛（xū）擬機床，可以在軟件環境中打造一個和實際機床（chuáng）近乎100%一致的“投（tóu）影”，在（zài）這樣的軟件環境下，無需使用實際（jì）機床、夾具（jù）、刀具、毛坯等實際物料，即可實現和實際機床近乎 100% 相同的試（shì）切仿真驗證，並能保證（zhèng）仿真之後的代碼程（chéng）序在客戶（hù）實際機床上一次性正確執行，而不用二次調整，從而可（kě）以大幅縮（suō）減試切時間，試切成本，並且可以規避碰撞。此外，虛擬（nǐ）機床是基（jī）於控製（zhì）器級別的仿真（zhēn）驗證，擁有眾多強大的功能，以及可以達到和實際機床近乎相同（tóng）精確度的速度、加（jiā）速度、節拍時間等，這些天然（rán）優勢是當前機床製造企業所采用的傳統CAM仿真驗（yàn）證軟件所無法比擬的（de）。

目前，該（gāi）技術已在西門子中國眾多客戶項目中得到了應（yīng）用：例如沈陽機床（chuáng）、南京寧慶、深圳創世紀、友佳等。

數字化賦能機床（chuáng）全價值（zhí）鏈

除關鍵環節的助力，數字化已（yǐ）經涵蓋機床整（zhěng）個（gè）產品生命周期。當機床的設計、生產（chǎn）環節在虛擬世界中（zhōng）得到驗（yàn）證和優化後，數字化技術（shù）可以幫助實現產品的（de）性能評（píng）估和改進。例如，在西門子（zǐ）技（jì）術支持中心網（wǎng）站（zhàn）上有一款（kuǎn）備受關注的（de）“網紅” —— 自（zì）適應控製（zhì）及監控係統ACM，它通過實時監控切削狀態，優化（huà）進給倍率，可縮短（duǎn）30%以上的金屬切削時（shí）間，同時實現機床主軸（zhóu）保護、刀具磨損監測、主軸驅動保護等多項功能。更重要的是，借助數字化技術當機（jī）床進行真實的（de）生產加工之後，實際生產（chǎn）過（guò）程中的數據將會反饋到虛擬（nǐ）世界中，對產（chǎn）品的設計進行持續地（dì）優化改進。

數字化也正在催生新的銷售和服務模式。例（lì）如，在機床銷售招投標階段，虛擬調試和虛擬機床（chuáng）可以作為數字化銷售工具，向客戶“眼見（jiàn）為實”地詮釋機床功能（néng）及加工效果，提高方案中標率（lǜ）。在實際機床銷售階（jiē）段，還（hái）可以搭配銷售一套虛擬（nǐ）機床，獲得更（gèng）多（duō）的機床（chuáng）銷售的附加值。此外，在機床售後培訓（xùn）階段或教育培訓（xùn）領域，使用虛擬機床，可以對經驗（yàn）不足的操作編程人員進行培訓，避免操作人員因經驗不（bú）足導致的機床碰撞、設備損壞和經濟損失，大幅節省培訓（xùn）投入實際機床所需的成本。

促進關鍵能（néng）力提升，助力機床未來發展（zhǎn）

隨（suí）著（zhe）數（shù）字化（huà）技術的深度融入、製造業高質量發（fā）展，機床也不再是純粹的單（dān）機（jī）設備和“執行者”。機床加工行業早已（yǐ）從單一零件單一工序的單機（jī）設備製造向複（fù）雜零件、多（duō）道工序的集成製造平台轉（zhuǎn）變。生（shēng）產（chǎn）過（guò）程中，機床越來越多參與通用設備及特殊設備之間的（de）協同合作（zuò），以滿足（zú）產品解決方案的（de）實（shí）施，全集（jí）成自動化（huà）能（néng）力將成（chéng）為（wéi）提升中國製造水平的決（jué）定（dìng）因素。

在執行過程中，機床產生了大量關於設計、生產以及產品的數據（jù）和信息。如何有效地采集、分析這些（xiē）數據，用於生產效率的提高，也成為未來企業競爭力（lì）提升的重要支撐點。

中國機床工業一路（lù）伴隨著（zhe）中國經濟的騰飛（fēi），經曆過巔峰，也（yě）觸達過低穀（gǔ）。如今，站在高質量發（fā）展的時代命題下，數字化技術將加速中國機床（chuáng）工業進入創新發展（zhǎn）的新時期。西門子憑借60餘年深耕機床數控行業的經驗（yàn），以及覆蓋機床（chuáng）製造業（yè）全生命周期的一站式解決方案，將攜（xié）手各方合作夥伴，助推（tuī）“工業母機”向高端製造更進（jìn）一步，開啟中國機床市場數（shù）字化製造的（de）黃金十年。

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