文/王懿蓀  西門子（中國(guó)）有限公司數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)運(yùn)動(dòng)控制事業(yè)部機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)

古語(yǔ)有云：工欲善其事，必先利其器。對(duì)于制造業(yè)來(lái)說，這個(gè)“器”毫無(wú)疑問就是機(jī)床。作為“制造機(jī)械部件和機(jī)器的機(jī)器”，機(jī)床為千行百業(yè)的發(fā)展奠定根基。隨著“十四五”規(guī)劃綱要明確了制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主線，如何提高機(jī)床自身創(chuàng)新發(fā)展也成為新時(shí)代的重要課題。

除政策等外部因素的助推，在“以設(shè)計(jì)為中心” 的機(jī)床制造商（OEM）和“以生產(chǎn)為中心”的機(jī)床使用者（最終用戶）雙維度下，新的需求變化已經(jīng)顯現(xiàn)。這種變化主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：最為明顯的是，機(jī)床制造商面對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)迫切希望縮短機(jī)床的設(shè)計(jì)、研發(fā)、驗(yàn)證時(shí)間，減少試錯(cuò)成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，并能夠快速將機(jī)床交付到市場(chǎng)；在機(jī)床本身的制造過程中，機(jī)床制造商同時(shí)也作為機(jī)床的使用者，需要獲得加工過程相應(yīng)數(shù)據(jù)的可追溯及透明性，以確保機(jī)床零部件的質(zhì)量；在推廣和銷售階段，傳統(tǒng)的實(shí)體機(jī)床展示或者印刷關(guān)鍵參數(shù)樣本的模式早已不能滿足機(jī)床使用者的要求；最后，當(dāng)機(jī)床進(jìn)入應(yīng)用環(huán)節(jié)，機(jī)床設(shè)備制造商希望獲取機(jī)床的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并借助大數(shù)據(jù)分析來(lái)優(yōu)化機(jī)床的設(shè)計(jì)，從而形成持續(xù)優(yōu)化的閉環(huán)。

面對(duì)機(jī)床行業(yè)的挑戰(zhàn)，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)提升高端機(jī)床的正向設(shè)計(jì)、研發(fā)水平，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的快速迭代，成為共識(shí)。

虛擬調(diào)試技術(shù)突破機(jī)床創(chuàng)新瓶頸

高端機(jī)床的設(shè)計(jì)、研發(fā)是一項(xiàng)高投入、低成功率的工作，加之回報(bào)周期長(zhǎng)，技術(shù)與工藝需要多年積累以及長(zhǎng)期的驗(yàn)證、試錯(cuò)漸進(jìn)式迭代，成為制約機(jī)床創(chuàng)新的主要瓶頸。

借助虛擬調(diào)試技術(shù)，機(jī)床廠在機(jī)床研發(fā)生產(chǎn)過程中，可以將原來(lái)需要依次順序完成的研發(fā)制造流程/步驟，改為并行執(zhí)行。當(dāng)新機(jī)床的3D模型設(shè)計(jì)完成之后，即可使用機(jī)電一體化概念設(shè)計(jì)軟件和數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建虛擬設(shè)計(jì)和調(diào)試軟件環(huán)境，進(jìn)行機(jī)床的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、調(diào)試、驗(yàn)證，在不具備物理樣機(jī)的情況下，輕松仿真檢測(cè)和糾正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，以及測(cè)試所有功能。

虛擬調(diào)試技術(shù)帶來(lái)的價(jià)值在中國(guó)落地的項(xiàng)目中已經(jīng)得到印證。上海機(jī)床廠有限公司作為中國(guó)知名的精密磨床制造企業(yè)，在公司改制并亟待數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，選擇了西門子基于SINUMERIK 840Dsl + MCD 的機(jī)床數(shù)字化設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和虛擬調(diào)試數(shù)字化雙胞胎解決方案，用以優(yōu)化機(jī)床設(shè)計(jì)流程，規(guī)避機(jī)械設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，并成功地將整體設(shè)計(jì)周期縮短30% ，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間縮短70%，加速產(chǎn)品上市。這是西門子最近在中國(guó)又一個(gè)落地實(shí)際銷售和實(shí)施的機(jī)床行業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)項(xiàng)目，也是虛擬調(diào)試技術(shù)的典型應(yīng)用。

虛擬機(jī)床技術(shù)加速生產(chǎn)數(shù)字化驗(yàn)證

對(duì)于機(jī)床使用者來(lái)說，高效、高精度加工是他們追求的永恒目標(biāo)。而從醫(yī)療設(shè)備，模具加工的精密零部件，到航空航天、風(fēng)電領(lǐng)域大型結(jié)構(gòu)件，隨著加工計(jì)劃和加工過程的復(fù)雜度越來(lái)越高，機(jī)床加工過程往往會(huì)發(fā)生銜接錯(cuò)誤。這個(gè)階段，數(shù)字化技術(shù)可以在物理世界進(jìn)行真實(shí)加工之前，就在虛擬世界中進(jìn)行產(chǎn)品仿真驗(yàn)證，支持保障后續(xù)實(shí)際生產(chǎn)。

針對(duì)機(jī)床使用者的金屬切削數(shù)字化驗(yàn)證平臺(tái)虛擬機(jī)床，可以在軟件環(huán)境中打造一個(gè)和實(shí)際機(jī)床近乎100%一致的“投影”，在這樣的軟件環(huán)境下，無(wú)需使用實(shí)際機(jī)床、夾具、刀具、毛坯等實(shí)際物料，即可實(shí)現(xiàn)和實(shí)際機(jī)床近乎 100% 相同的試切仿真驗(yàn)證，并能保證仿真之后的代碼程序在客戶實(shí)際機(jī)床上一次性正確執(zhí)行，而不用二次調(diào)整，從而可以大幅縮減試切時(shí)間，試切成本，并且可以規(guī)避碰撞。此外，虛擬機(jī)床是基于控制器級(jí)別的仿真驗(yàn)證，擁有眾多強(qiáng)大的功能，以及可以達(dá)到和實(shí)際機(jī)床近乎相同精確度的速度、加速度、節(jié)拍時(shí)間等，這些天然優(yōu)勢(shì)是當(dāng)前機(jī)床制造企業(yè)所采用的傳統(tǒng)CAM仿真驗(yàn)證軟件所無(wú)法比擬的。

目前，該技術(shù)已在西門子中國(guó)眾多客戶項(xiàng)目中得到了應(yīng)用：例如沈陽(yáng)機(jī)床、南京寧慶、深圳創(chuàng)世紀(jì)、友佳等。

數(shù)字化賦能機(jī)床全價(jià)值鏈

除關(guān)鍵環(huán)節(jié)的助力，數(shù)字化已經(jīng)涵蓋機(jī)床整個(gè)產(chǎn)品生命周期。當(dāng)機(jī)床的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)在虛擬世界中得到驗(yàn)證和優(yōu)化后，數(shù)字化技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的性能評(píng)估和改進(jìn)。例如，在西門子技術(shù)支持中心網(wǎng)站上有一款備受關(guān)注的“網(wǎng)紅” —— 自適應(yīng)控制及監(jiān)控系統(tǒng)ACM，它通過實(shí)時(shí)監(jiān)控切削狀態(tài)，優(yōu)化進(jìn)給倍率，可縮短30%以上的金屬切削時(shí)間，同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸保護(hù)、刀具磨損監(jiān)測(cè)、主軸驅(qū)動(dòng)保護(hù)等多項(xiàng)功能。更重要的是，借助數(shù)字化技術(shù)當(dāng)機(jī)床進(jìn)行真實(shí)的生產(chǎn)加工之后，實(shí)際生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)將會(huì)反饋到虛擬世界中，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)行持續(xù)地優(yōu)化改進(jìn)。

數(shù)字化也正在催生新的銷售和服務(wù)模式。例如，在機(jī)床銷售招投標(biāo)階段，虛擬調(diào)試和虛擬機(jī)床可以作為數(shù)字化銷售工具，向客戶“眼見為實(shí)”地詮釋機(jī)床功能及加工效果，提高方案中標(biāo)率。在實(shí)際機(jī)床銷售階段，還可以搭配銷售一套虛擬機(jī)床，獲得更多的機(jī)床銷售的附加值。此外，在機(jī)床售后培訓(xùn)階段或教育培訓(xùn)領(lǐng)域，使用虛擬機(jī)床，可以對(duì)經(jīng)驗(yàn)不足的操作編程人員進(jìn)行培訓(xùn)，避免操作人員因經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致的機(jī)床碰撞、設(shè)備損壞和經(jīng)濟(jì)損失，大幅節(jié)省培訓(xùn)投入實(shí)際機(jī)床所需的成本。

促進(jìn)關(guān)鍵能力提升，助力機(jī)床未來(lái)發(fā)展

隨著數(shù)字化技術(shù)的深度融入、制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，機(jī)床也不再是純粹的單機(jī)設(shè)備和“執(zhí)行者”。機(jī)床加工行業(yè)早已從單一零件單一工序的單機(jī)設(shè)備制造向復(fù)雜零件、多道工序的集成制造平臺(tái)轉(zhuǎn)變。生產(chǎn)過程中，機(jī)床越來(lái)越多參與通用設(shè)備及特殊設(shè)備之間的協(xié)同合作，以滿足產(chǎn)品解決方案的實(shí)施，全集成自動(dòng)化能力將成為提升中國(guó)制造水平的決定因素。

在執(zhí)行過程中，機(jī)床產(chǎn)生了大量關(guān)于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)以及產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和信息。如何有效地采集、分析這些數(shù)據(jù)，用于生產(chǎn)效率的提高，也成為未來(lái)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提升的重要支撐點(diǎn)。

中國(guó)機(jī)床工業(yè)一路伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，經(jīng)歷過巔峰，也觸達(dá)過低谷。如今，站在高質(zhì)量發(fā)展的時(shí)代命題下，數(shù)字化技術(shù)將加速中國(guó)機(jī)床工業(yè)進(jìn)入創(chuàng)新發(fā)展的新時(shí)期。西門子憑借60余年深耕機(jī)床數(shù)控行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，以及覆蓋機(jī)床制造業(yè)全生命周期的一站式解決方案，將攜手各方合作伙伴，助推“工業(yè)母機(jī)”向高端制造更進(jìn)一步，開啟中國(guó)機(jī)床市場(chǎng)數(shù)字化制造的黃金十年。

—————————————————————————————

西門子數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)（DI）是自動(dòng)化和數(shù)字化領(lǐng)域的創(chuàng)新領(lǐng)袖。數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)與合作伙伴和客戶一起，推動(dòng)過程與離散行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過數(shù)字化企業(yè)業(yè)務(wù)組合，數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)為各類規(guī)模的企業(yè)提供可以集成在整個(gè)價(jià)值鏈的端到端產(chǎn)品、解決方案和服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。針對(duì)各行業(yè)的不同需求，數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)不斷優(yōu)化其獨(dú)特的業(yè)務(wù)組合，幫助客戶提升生產(chǎn)力和靈活性。數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)持續(xù)創(chuàng)新，將前沿科技不斷融入產(chǎn)品系列。西門子數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)總部在德國(guó)紐倫堡，在全球擁有大約7.6萬(wàn)名員工。

關(guān)于西門子在中國(guó)：

西門子股份公司（總部位于柏林和慕尼黑）是全球領(lǐng)先的技術(shù)企業(yè)，成立170余年來(lái)，始終以卓越的工程技術(shù)、不懈的創(chuàng)新追求、優(yōu)良的品質(zhì)、出眾的可靠性及廣泛的國(guó)際性在業(yè)界獨(dú)樹一幟。西門子業(yè)務(wù)遍及全球，專注于服務(wù)樓宇和分布式能源系統(tǒng)的智能基礎(chǔ)設(shè)施，以及針對(duì)過程工業(yè)和制造業(yè)的自動(dòng)化和數(shù)字化等領(lǐng)域。西門子致力于促進(jìn)數(shù)字化世界和物理世界的融合，讓廣大客戶乃至全社會(huì)受益。通過其交通業(yè)務(wù)，西門子正幫助塑造全球客運(yùn)和貨運(yùn)服務(wù)市場(chǎng)。西門子交通業(yè)務(wù)是軌道和道路交通領(lǐng)域領(lǐng)先的智能交通解決方案供應(yīng)商。憑借在上市公司西門子醫(yī)療的多數(shù)股權(quán)，西門子也是醫(yī)療科技和數(shù)字化醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域全球領(lǐng)先的供應(yīng)商。此外，西門子持有西門子能源的少數(shù)股權(quán)，西門子能源是全球輸電和發(fā)電領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，自2020年9月28日起在證券交易所上市。西門子自1872年進(jìn)入中國(guó)，近150年來(lái)始終以創(chuàng)新的技術(shù)、卓越的解決方案和產(chǎn)品堅(jiān)持不懈地對(duì)中國(guó)的發(fā)展提供全面支持。2020財(cái)年（2019年10月1日至2020年9月30日），西門子在中國(guó)的總營(yíng)收達(dá)到73億歐元，擁有超過3萬(wàn)名員工。西門子已經(jīng)發(fā)展成為中國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)不可分割的一部分，并竭誠(chéng)與中國(guó)攜手合作，共同致力于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。如需了解詳細(xì)信息，請(qǐng)?jiān)L問www.siemens.com.cn。