機床工業(yè)是制造業(yè)中的基礎工業(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(mén)子長(cháng)期致力于機床制造業(yè)的發(fā)展，針對市場(chǎng)需求可提供整體解決方案:機床制造業(yè)的數字化。設計制造一臺機床，和使用一臺機床有著(zhù)不同的需求，為此，針對機床用戶(hù)和機床制造商，西門(mén)子可提供定制化的數字化解決方案。

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

機床用戶(hù)使用機床生產(chǎn)工件，一個(gè)工件如何由需求、構思到合格的產(chǎn)品，西門(mén)子可提供涵蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期的全數字化方案:產(chǎn)品設計，生產(chǎn)規劃，生產(chǎn)工程，生產(chǎn)執行，服務(wù)。所有環(huán)節基于統一的數據管理平臺Teamcenter共享數據，互相支持和校驗，實(shí)現設計產(chǎn)品和實(shí)際產(chǎn)品的高度一致，數字化雙胞胎在整個(gè)過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要作用。

1.   產(chǎn)品設計

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

2.   生產(chǎn)規劃

當產(chǎn)品設計完成之后，如何規劃后續的生產(chǎn)和確保質(zhì)量，Teamcenter工件工藝規劃模塊Part Planner可以協(xié)助我們進(jìn)行科學(xué)、透明可追溯的規劃，如下圖所示:

一個(gè)工件從構思到一個(gè)合格的產(chǎn)品，需要科學(xué)合理透明的規劃，涵蓋從軟件虛擬世界的工藝規劃，3D設計，切削策略，測量策略，以及機床設備、工裝夾具、切削刀具等生產(chǎn)資源規劃;到物理世界的生產(chǎn)資源的透明度，生產(chǎn)資源準備，工件在機床設備的實(shí)際切削和成品的質(zhì)量檢測和質(zhì)量控制。全過(guò)程的所有數據都由Teamcenter統一管理，很好的保證了數據共享和數據一致性。

3.   生產(chǎn)工程

在這個(gè)階段可以通過(guò)軟件的幫助，在物理世界進(jìn)行實(shí)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，支持保障后續實(shí)際生產(chǎn)。

葉輪工件使用NX CAD進(jìn)行3D設計之后，使用NX CAM結合Teamcenter制造資源庫中豐富的刀具數據制定加工策略，之后可以生成NC程序、刀具清單和作業(yè)指導書(shū)用于后續的實(shí)際機床生產(chǎn)使用。

NC程序有沒(méi)有語(yǔ)法錯誤？葉輪工件在機床的加工過(guò)程中有沒(méi)有機械干涉和碰撞？加工節拍多長(cháng)時(shí)間？虛擬機床可以在工件的實(shí)際機床生產(chǎn)驗證之前回答諸如此類(lèi)的問(wèn)題，是工件加工仿真的理想環(huán)境，如下圖所示:

虛擬機床可集成于NX CAM環(huán)境中，基于真實(shí)的包括工裝夾具、工件和刀具的機床3D數據和西門(mén)子軟件數控系統Sinumerik VNCK，使用和實(shí)際物理機床相同的CNC數據確保一致的控制特性，實(shí)現和物理機床近乎相同的測試環(huán)境。VNCK和Sinumerik硬件數控系統具備相同的控制內核，虛擬工件在由VNCK驅動(dòng)的虛擬機床上進(jìn)行切削加工仿真，整個(gè)仿真加工過(guò)程和實(shí)際工件在物理機床的加工過(guò)程近乎一致。

NC程序經(jīng)過(guò)虛擬機床的加工過(guò)程的仿真，驗證了NC程序的正確性，提前發(fā)現并且規避可能的機械干涉和碰撞，精確預知了生產(chǎn)節拍，為后續生產(chǎn)執行階段的實(shí)際工件在物理機床的加工提供了安全保障，縮短試制時(shí)間。

4.   生產(chǎn)執行

自此工件從軟件世界進(jìn)入現實(shí)物理世界的生產(chǎn)階段，進(jìn)入生產(chǎn)車(chē)間。生產(chǎn)管理非常復雜，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，如下圖所示:

4.1 機床管理

生產(chǎn)安排需要機床設備的實(shí)時(shí)狀態(tài)和設備效率，機床績(jì)效分析軟件AMP (Analyze MyPerformance)可以實(shí)時(shí)采集機床狀態(tài)，分析機床的整體設備效率 (OEE)、可用性、生產(chǎn)力等，并且可以將這些數據上傳到制造執行系統MES用于生產(chǎn)安排。

4.2 NC程序管理

在生產(chǎn)工程階段經(jīng)過(guò)虛擬機床仿真驗證的NC程序由NX CAM上傳至Teamcenter, 然后根據生產(chǎn)安排把NC程序通過(guò)程序管理軟件MMP (Manage MyPrograms)釋放到目標機床。MMP還可以標注程序版本和屬性，管理使能，集中有效透明地管理NC程序。

4.3 切削刀具管理

切削刀具的管理是一項重要但復雜的工作，需要清楚每臺機床上刀具的品類(lèi)、數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)數據，更重要的是所有這些透明高度需要一個(gè)高效、透明的數字化管理平臺。車(chē)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(guò)虛擬機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機床？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？測量之后數據如何傳輸到目標機床？新刀具如何安裝到目標機床？SFI RM + MMT可以透明的管理、指導操作人員準備好需要的刀具和數據，并且在目標機床上安裝好所需要的刀具，全程數據基于網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行透明可追溯的管理。

4.4 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(lái)自于生產(chǎn)工程階段的作業(yè)指導書(shū)進(jìn)行工件準備、試切，之后進(jìn)入質(zhì)量檢測，質(zhì)量檢測的數據可用于產(chǎn)品設計、生產(chǎn)規劃和生產(chǎn)工程階段必要的改進(jìn)，所有這些工作都通過(guò)Teamcenter統一管理，確保數據一致性。

5. 服務(wù)

如何減少機床停機時(shí)間，提高設備使用效率？設備的維護是重要的服務(wù)內容之一。

機床狀態(tài)分析軟件AMC (Analyze MyCondition)可以協(xié)助用戶(hù)掌握透明的機床狀態(tài)，定期進(jìn)行設備的性能測試，提供維護建議，進(jìn)行有效的預防性設備維護。

除此之外，基于開(kāi)放物聯(lián)網(wǎng)IoT操作系統的西門(mén)子工業(yè)云MindSphere的機床管理軟件MMM (Manage MyMachines)，可以實(shí)時(shí)采集設備狀態(tài)和用戶(hù)定制的設備數據，生成設備看板和設備狀態(tài)透明度，協(xié)助用戶(hù)科學(xué)地規劃設備使用和維護。

6. 結語(yǔ)

西門(mén)子針對機床用戶(hù)的整體數字化解決方案可以協(xié)助用戶(hù)進(jìn)行透明科學(xué)的產(chǎn)品全生命周期管理，從工件需求構思開(kāi)始，到產(chǎn)品設計、規劃、仿真、生產(chǎn)，到產(chǎn)品成品，到后續的產(chǎn)品改進(jìn)和服務(wù)。

從中我們可以體驗到數字化雙胞胎的重要作用。軟件虛擬世界的3D設計工件，和物理現實(shí)世界的實(shí)際工件，是一對產(chǎn)品數字化雙胞胎;與此類(lèi)同，軟件虛擬世界的虛擬機床，和物理現實(shí)世界的實(shí)際機床，是一對設備數字化雙胞胎。

全程數據基于Teamcenter進(jìn)行管理，確保數據統一和一致，加上數字化雙胞胎的成功應用，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(shí)間。