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        基于西門子機(jī)床制造業(yè)數(shù)字化的工件研發(fā)和生產(chǎn)

        2018-07-31 03:20:06西門子中國有限公司數(shù)字化工廠集團(tuán)運(yùn)動控制部周繁榮
        關(guān)鍵詞:西門子刀具機(jī)床

        西門子(中國)有限公司數(shù)字化工廠集團(tuán)運(yùn)動控制部 周繁榮

        一個工件如何由構(gòu)思到合格的產(chǎn)品?西門子可提供涵蓋整個產(chǎn)品生命周期的全數(shù)字化方案,實現(xiàn)靈活地定制產(chǎn)品,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,縮短產(chǎn)品上市時間。

        機(jī)床工業(yè)是制造業(yè)中的基礎(chǔ)工業(yè),其水平和質(zhì)量對于制造業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。西門子長期致力于機(jī)床制造業(yè)的發(fā)展,針對市場需求可提供整體解決方案:機(jī)床制造業(yè)的數(shù)字化。設(shè)計制造一臺機(jī)床和使用一臺機(jī)床有著不同的需求,為此,針對機(jī)床用戶和機(jī)床制造商,西門子可提供定制化的數(shù)字化解決方案,如下圖所示:

        本文就一個樣例工件 - 葉輪的研發(fā)和生產(chǎn)為例,對西門子針對機(jī)床用戶的整體數(shù)字化解決方案進(jìn)行一定的探討。

        機(jī)床用戶使用機(jī)床生產(chǎn)工件,一個工件如何由需求、構(gòu)思到合格的產(chǎn)品,西門子可提供涵蓋整個產(chǎn)品生命周期的全數(shù)字化方案:產(chǎn)品設(shè)計,生產(chǎn)規(guī)劃,生產(chǎn)工程,生產(chǎn)執(zhí)行,服務(wù)。所有環(huán)節(jié)基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺Teamcenter共享數(shù)據(jù),互相支持和校驗,實現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)品和實際產(chǎn)品的高度一致,數(shù)字化雙胞胎在整個過程中發(fā)揮著重要作用。

        1. 產(chǎn)品設(shè)計

        當(dāng)工件葉輪的需求明確后,首先需要進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。NX CAD可以協(xié)助我們高效地完成葉輪的3D設(shè)計。

        2. 生產(chǎn)規(guī)劃

        當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計完成之后,如何規(guī)劃后續(xù)的生產(chǎn)和確保質(zhì)量,Teamcenter工件工藝規(guī)劃模塊Part Planner可以協(xié)助我們進(jìn)行科學(xué)、透明可追溯的規(guī)劃,如圖1所示:

        圖 1

        一個工件從構(gòu)思到一個合格的產(chǎn)品,需要科學(xué)合理透明的規(guī)劃,涵蓋從軟件虛擬世界的工藝規(guī)劃,3D設(shè)計,切削策略,測量策略,以及機(jī)床設(shè)備、工裝夾具、切削刀具等生產(chǎn)資源規(guī)劃;到物理世界的生產(chǎn)資源的透明度,生產(chǎn)資源準(zhǔn)備,工件在機(jī)床設(shè)備的實際切削和成品的質(zhì)量檢測和質(zhì)量控制。全過程的所有數(shù)據(jù)都由Teamcenter統(tǒng)一管理,很好地保證了數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)一致性。

        3. 生產(chǎn)工程

        在這個階段可以通過軟件的幫助,在物理世界進(jìn)行實際產(chǎn)品生產(chǎn)之前,在軟件虛擬世界進(jìn)行產(chǎn)品仿真驗證,支持保障后續(xù)實際生產(chǎn)。

        葉輪工件使用NX CAD進(jìn)行3D設(shè)計之后,使用NX CAM結(jié)合Teamcenter制造資源庫中豐富的刀具數(shù)據(jù)制定加工策略,之后可以生成NC程序、刀具清單和作業(yè)指導(dǎo)書用于后續(xù)的實際機(jī)床生產(chǎn)使用。

        NC程序有沒有語法錯誤?葉輪工件在機(jī)床的加工過程中有沒有機(jī)械干涉和碰撞?加工節(jié)拍多長時間?虛擬機(jī)床可以在工件的實際機(jī)床生產(chǎn)驗證之前回答諸如此類的問題,是工件加工仿真的理想環(huán)境,如圖2所示。

        圖 2

        虛擬機(jī)床可集成于NX CAM環(huán)境中,基于真實的包括工裝夾具、工件和刀具的機(jī)床3D數(shù)據(jù)和西門子軟件數(shù)控系統(tǒng)Sinumerik VNCK,使用和實際物理機(jī)床相同的CNC數(shù)據(jù)確保一致的控制特性,實現(xiàn)和物理機(jī)床近乎相同的測試環(huán)境。VNCK和Sinumerik硬件數(shù)控系統(tǒng)具備相同的控制內(nèi)核,虛擬工件在由VNCK驅(qū)動的虛擬機(jī)床上進(jìn)行切削加工仿真,整個仿真加工過程和實際工件在物理機(jī)床的加工過程近乎一致。

        NC程序經(jīng)過虛擬機(jī)床的加工過程的仿真,驗證了NC程序的正確性,提前發(fā)現(xiàn)并且規(guī)避可能的機(jī)械干涉和碰撞,精確預(yù)知了生產(chǎn)節(jié)拍,為后續(xù)生產(chǎn)執(zhí)行階段的實際工件在物理機(jī)床的加工提供了安全保障,縮短試制時間。

        4. 生產(chǎn)執(zhí)行

        自此工件從軟件世界進(jìn)入現(xiàn)實物理世界的生產(chǎn)階段,進(jìn)入生產(chǎn)車間。生產(chǎn)管理非常復(fù)雜,涉及資源管理,生產(chǎn)安排等,本文僅就資源管理做一定的探討,如圖3所示:

        圖 3

        (1) 機(jī)床管理。生產(chǎn)安排需要機(jī)床設(shè)備的實時狀態(tài)和設(shè)備效率,機(jī)床績效分析軟件AMP (Analyze MyPerformance)可以實時采集機(jī)床狀態(tài),分析機(jī)床的整體設(shè)備效率 (OEE)、可用性、生產(chǎn)力等,并且可以將這些數(shù)據(jù)上傳到制造執(zhí)行系統(tǒng)MES用于生產(chǎn)安排。

        (2)NC程序管理。在生產(chǎn)工程階段,經(jīng)過虛擬機(jī)床仿真驗證的NC程序由NX CAM上傳至Teamcenter,然后根據(jù)生產(chǎn)安排把N C程序通過程序管理軟件MMP (Manage MyPrograms)釋放到目標(biāo)機(jī)床。MMP還可以標(biāo)注程序版本和屬性,管理使能,集中有效透明地管理NC程序。

        (3)切削刀具管理。切削刀具的管理是一項重要但復(fù)雜的工作,需要清楚每臺機(jī)床上刀具的品類、數(shù)量和壽命等的透明度,需要清楚刀具庫房的刀具部件和成品刀具的透明度,需要清楚對刀站的透明度,需要清楚所需采購刀具的技術(shù)數(shù)據(jù),更重要的是所有這些透明高度需要一個高效、透明的數(shù)字化管理平臺。車間資源管理軟件SFI RM (Shopfloor Integrate Resource Management) + 刀具管理軟件MMT (Manage MyTools)就是可以執(zhí)行此項任務(wù)的理想平臺。

        和NC程序一樣,在生產(chǎn)工程階段經(jīng)過虛擬機(jī)床仿真驗證的刀具清單由NX CAM上傳至Teamcenter,然后釋放到SFI RM + MMT。刀具清單中的刀具是否都存在于目標(biāo)機(jī)床?缺失刀具是否在刀具成品庫?缺失刀具是否需要組裝?組裝需要的刀具部件存放于刀具部件庫的什么位置?如何組裝?哪些刀具需要在對刀站進(jìn)行測量?測量之后數(shù)據(jù)如何傳輸?shù)侥繕?biāo)機(jī)床?新刀具如何安裝到目標(biāo)機(jī)床?SFI RM + MMT可以透明的管理、指導(dǎo)操作人員準(zhǔn)備好需要的刀具和數(shù)據(jù),并且在目標(biāo)機(jī)床上安裝好所需要的刀具,全程數(shù)據(jù)基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行透明可追溯的管理。

        (4)工件生產(chǎn)和產(chǎn)品檢驗。生產(chǎn)資源就緒后,操作人員按照來自于生產(chǎn)工程階段的作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行工件準(zhǔn)備、試切,之后進(jìn)入質(zhì)量檢測,質(zhì)量檢測的數(shù)據(jù)可用于產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃和生產(chǎn)工程階段必要的改進(jìn),所有這些工作都通過Teamcenter統(tǒng)一管理,確保數(shù)據(jù)一致性。

        5. 服務(wù)

        如何減少機(jī)床停機(jī)時間,提高設(shè)備使用效率?設(shè)備的維護(hù)是重要的服務(wù)內(nèi)容之一。

        機(jī)床狀態(tài)分析軟件A M C(Analyze MyCondition)可以協(xié)助用戶掌握透明的機(jī)床狀態(tài),定期進(jìn)行設(shè)備的性能測試,提供維護(hù)建議,進(jìn)行有效的預(yù)防性設(shè)備維護(hù)。

        除此之外,基于開放物聯(lián)網(wǎng)IoT操作系統(tǒng)的西門子工業(yè)云MindSphere的機(jī)床管理軟件MMM(Manage MyMachines),可以實時采集設(shè)備狀態(tài)和用戶定制的設(shè)備數(shù)據(jù),生成設(shè)備看板和設(shè)備狀態(tài)透明度,協(xié)助用戶科學(xué)地規(guī)劃設(shè)備使用和維護(hù)。

        6. 結(jié)語

        西門子針對機(jī)床用戶的整體數(shù)字化解決方案可以協(xié)助用戶進(jìn)行透明科學(xué)的產(chǎn)品全生命周期管理,從工件需求構(gòu)思開始,到產(chǎn)品設(shè)計、規(guī)劃、仿真、生產(chǎn),到產(chǎn)品成品,到后續(xù)的產(chǎn)品改進(jìn)和服務(wù)。

        從中我們可以體驗到數(shù)字化雙胞胎的重要作用。軟件虛擬世界的3D設(shè)計工件,和物理現(xiàn)實世界的實際工件,是一對產(chǎn)品數(shù)字化雙胞胎;與此類同,軟件虛擬世界的虛擬機(jī)床,和物理現(xiàn)實世界的實際機(jī)床,是一對設(shè)備數(shù)字化雙胞胎。

        全程數(shù)據(jù)基于Teamcenter進(jìn)行管理,確保數(shù)據(jù)統(tǒng)一和一致,加上數(shù)字化雙胞胎的成功應(yīng)用,可以靈活地定制產(chǎn)品,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,縮短產(chǎn)品上市時間。 □

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