王懿蓀

西門子（中國）有限公司數(shù)字化集團(tuán)

運動控制事業(yè)部機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)

業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)

古語有云：工欲善其事,，必先利其器。對于制造業(yè)來說,，這個“器”毫無疑問就是機(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)展也成為新時代的重要課題。

除政策等外部因素的助推,，在“以設(shè)計為中心”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)在四個方面：最為明顯的是,，機(jī)床制造商面對激烈的競爭迫切希望縮短機(jī)床的設(shè)計,、研發(fā)、驗證時間,，減少試錯成本,，提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率，并能夠快速將機(jī)床交付到市場,；在機(jī)床本身的制造過程中,，機(jī)床制造商同時也作為機(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)床的運行數(shù)據(jù),，并借助大數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化機(jī)床的設(shè)計,，從而形成持續(xù)優(yōu)化的閉環(huán),。

面對機(jī)床行業(yè)的挑戰(zhàn),，運用數(shù)字化技術(shù)提升高端機(jī)床的正向設(shè)計,、研發(fā)水平，實現(xiàn)技術(shù)的快速迭代,，成為共識,。

高端機(jī)床的設(shè)計、研發(fā)是一項高投入,、低成功率的工作,，加之回報周期長，技術(shù)與工藝需要多年積累以及長期的驗證,、試錯漸進(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)計完成之后,，即可使用機(jī)電一體化概念設(shè)計軟件和數(shù)控系統(tǒng)構(gòu)建虛擬設(shè)計和調(diào)試軟件環(huán)境，進(jìn)行機(jī)床的動態(tài)設(shè)計,、調(diào)試,、驗證，在不具備物理樣機(jī)的情況下,，輕松仿真檢測和糾正設(shè)計錯誤,，以及測試所有功能。

虛擬調(diào)試技術(shù)帶來的價值在中國落地的項目中已經(jīng)得到印證,。上海機(jī)床廠有限公司作為中國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，選擇了西門子基于SINUMERIK 840Dsl + MCD 的機(jī)床數(shù)字化設(shè)計,、驗證和虛擬調(diào)試數(shù)字化雙胞胎解決方案,，用以優(yōu)化機(jī)床設(shè)計流程，規(guī)避機(jī)械設(shè)計錯誤,，并成功地將整體設(shè)計周期縮短30% ,，現(xiàn)場調(diào)試時間縮短70%，加速產(chǎn)品上市,。這是西門子最近在中國又一個落地實際銷售和實施的機(jī)床行業(yè)數(shù)字化設(shè)計平臺項目,，也是虛擬調(diào)試技術(shù)的典型應(yīng)用。

對于機(jī)床使用者來說,，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，隨著加工計劃和加工過程的復(fù)雜度越來越高,，機(jī)床加工過程往往會發(fā)生銜接錯誤,。這個階段，數(shù)字化技術(shù)可以在物理世界進(jìn)行真實加工之前,，就在虛擬世界中進(jìn)行產(chǎn)品仿真驗證,，支持保障后續(xù)實際生產(chǎn)。

針對機(jī)床使用者的金屬切削數(shù)字化驗證平臺虛擬機(jī)床,，可以在軟件環(huán)境中打造一個和實際機(jī)床近乎100%一致的“投影”,，在這樣的軟件環(huán)境下，無需使用實際機(jī)床,、夾具,、刀具、毛坯等實際物料,，即可實現(xiàn)和實際機(jī)床近乎 100% 相同的試切仿真驗證,，并能保證仿真之后的代碼程序在客戶實際機(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)床是基于控制器級別的仿真驗證，擁有眾多強(qiáng)大的功能,，以及可以達(dá)到和實際機(jī)床近乎相同精確度的速度,、加速度、節(jié)拍時間等,，這些天然優(yōu)勢是當(dāng)前機(jī)床制造企業(yè)所采用的傳統(tǒng)CAM仿真驗證軟件所無法比擬的,。

目前，該技術(shù)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(jī)床,、南京寧慶,、深圳創(chuàng)世紀(jì)、友佳等,。

除關(guān)鍵環(huán)節(jié)的助力,，數(shù)字化已經(jīng)涵蓋機(jī)床整個產(chǎn)品生命周期。當(dāng)機(jī)床的設(shè)計,、生產(chǎn)環(huán)節(jié)在虛擬世界中得到驗證和優(yōu)化后,，數(shù)字化技術(shù)可以幫助實現(xiàn)產(chǎn)品的性能評估和改進(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,，它通過實時監(jiān)控切削狀態(tài),，優(yōu)化進(jìn)給倍率，可縮短30%以上的金屬切削時間,，同時實現(xiàn)機(jī)床主軸保護(hù)、刀具磨損監(jiān)測,、主軸驅(qū)動保護(hù)等多項功能,。更重要的是，借助數(shù)字化技術(shù)當(dāng)機(jī)床進(jìn)行真實的生產(chǎn)加工之后,，實際生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)將會反饋到虛擬世界中,，對產(chǎn)品的設(shè)計進(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”地詮釋機(jī)床功能及加工效果,，提高方案中標(biāo)率。在實際機(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，可以對經(jīng)驗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)投入實際機(jī)床所需的成本,。

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轉(zhuǎn)變,。生產(chǎn)過程中,，機(jī)床越來越多參與通用設(shè)備及特殊設(shè)備之間的協(xié)同合作，以滿足產(chǎn)品解決方案的實施,，全集成自動化能力將成為提升中國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、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,，也成為未來企業(yè)競爭力提升的重要支撐點,。

中國機(jī)床工業(yè)一路伴隨著中國經(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)展的時代命題下,，數(shù)字化技術(shù)將加速中國機(jī)床工業(yè)進(jìn)入創(chuàng)新發(fā)展的新時期,。西門子憑借60余年深耕機(jī)床數(shù)控行業(yè)的經(jīng)驗，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，開啟中國機(jī)床市場數(shù)字化制造的黃金十年,。