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CIMT2023看機床行業數字化實踐的方向
2023-03-02 15:23:37

  本文根據CIMT2023展會部分展商的展品資料,結合美國制造技術展覽會、日本國際機床展覽會、歐洲機床展覽會的展品,梳理歸納了當前世界機床工具行業在數字互聯、工業軟件、綠色技術、增材制造、集成復合以及創新技術等方面的進步與發展動態,供大家鑒析。

一、數字互聯日新月異

  數字化制造技術是全球制造業面對未來定制化用戶需求日益顯著的必然選擇。制造模式的變革迫切需要得到新技術、新產品、新的解決方案的支持。面對全球制造業新的需求,機床工具企業不管是主動的還是被動的,不斷推出具有鮮明的數字化特色的新技術和新產品,以及數字化解決方案,幫助用戶實現向數字化、智能化制造的變革。

  近10年來,數字化制造技術以及互聯互通技術日新月異,成為發展最快的技術之一。

  數字化制造技術涵蓋了產品設計、產品制造、生產管理各個層面,貫穿了從產品規劃、設計、制造、銷售到售后服務等全壽命周期各個環節。根據研究的進展不同,以及重點研究的方向差異,機床工具企業推出的數字化技術與裝備也各有亮點,有工藝過程數字化技術、有產線(設備)管理數字化技術,還有車間管理數字化技術。

  華中數控的云管家(iNC-Cloud)能夠實時監控設備的生產狀態,提供開機時間、無故障運行時間、開機率、加工件數等設備生產數據統計功能,故障信息發送,實現產線管理的數字化。

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  北京發那科(FANUC)的自動化、數字化、智能化解決方案,覆蓋數字化工廠規劃、產線規劃與實施、設備物聯、工廠運營管理、效能管理、業務分析、智能決策等需求與應用。

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  西門子公司的數字原生數控系統Sinumerick ONE,借助其數字雙胞胎,可對機床整個生命周期內的各個過程在一個虛擬的環境中進行仿真和優化。機床用戶可以利用數字雙胞胎模擬加工程序編程、對機床進行設置和操作,并可用其對員工進行操作培訓,提高生產效率,避免發生危險。機床制造商可以應用數字雙胞胎,實現產品開發規劃、機床調試,優化新產品的結構和功能,縮短新產品的開發和上市時間。

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  德國巨浪(CHIRON)公司的數字化解決方案SmartLine是一個多模塊軟件組合系統,包含了ConditionLine(自動狀態監測)、DataLine(可視化機床和進程)、ProcessLine(預先模擬和優化工藝)、ProtectLine(防撞保護)、RemoteLine(遠程診斷和維護)、TouchLine(可視化操作)模塊,實現工藝過程的數字化和設備管理的數字化,提高生產效率,提升開機率和優化加工工藝。

  為幫助用戶更輕松進入數字化生產,埃馬克(EMAG)向用戶新交付的VL系列機床在出廠時都配置了ENDA IoT Ready套件,方便接入物聯網;采用全新的操作面板EDNA HMI Lite,為在機床上實現各類數據的可視化奠定基礎。其數字化解決方案還包括EDNA Health Check、EDNA Visualize、EDNA Edge Cloud套件,分析和評估機床的狀態,采集和處理各類數據,可視化顯示和分析生產流程,實現設備管理和工藝過程的數字化。

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  聯合磨削集團的CORE操作系統,不僅賦予聯合磨削集團各個品牌機床統一的操作界面,聯合磨削集團旗下各品牌機床之間可輕松實現數據交換,集成的umati接口還可與第三方系統進行通信,為用戶實現數字化制造奠定技術基礎。CORE操作系統還預裝了聯合磨削集團的數字化解決方案UNITED GRINDING Digital Solutions?,具有監視設備狀態、保養提醒、遠程服務等數字化工具,只要激活聯合磨削數字化解決方案功能,就可獲取這些數字化服務,實現設備管理數字化功能。

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  KAPP NILES(卡帕耐爾斯)公司的數字化解決方案,由GDE導入/導出、KN鏈接、閉環、生產監控、刀具管理、狀態監控、流程監控、工件追溯、維護管理、遠程服務等10個模塊組成,可以實現設備的便捷聯網、產品數據的交換、工藝流程的優化、設備狀態的監控以及設備保養提示。

 

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  GROB(格勞博)公司的數字化解決方案GROB-NET4Industry,由GROB4Line、GROB4Analyze、GROB4Simulate、GROB4Coach、GROB4Interface、GROB4Connect、GROB4Pilot、GROB4Automation、GROB4Track、GROB4Care、GROB4Portal、GROB4Optimization-MSP等10個模塊組成,實現從生產規劃、復雜編程、加工仿真、設備監控與分析、加工過程可視化到維修保養的工藝過程數字化以及設備管理的數字化解決方案。

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  DMG MORI(德馬吉森精機)的基于CELOS平臺的集成數字化制造解決方案,涵蓋了生產計劃、生產準備、加工生產、過程監控、服務等五個階段。通過集成在CELOS平臺中的CAD/CAM軟件、仿真程序、數字化工具軟件以及加工、監控、通訊等27個應用程序,實現產品從計劃、編程、加工到售后服務的工藝過程和設備管理的數字化。

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  生產計劃階段的5個App,Job Manager、Job Scheduler、Organizer、Tech Calculator、Production Planning,用來控制和制定生產指令。

  生產準備階段的6個App,Application Connector、Job Assistant、Documents、Tulip Player、Robo2Go、3D Part Analyzer,為作業計劃人員和機床操作員提供直接可用的作業數據并直接訪問CELOS。

  加工生產階段的7個App,Control、Energy Saving、Pallet Manager、Tool Handling、Production Feedback、Surface Analyzer 、Power Probe,為機床操作員提供支持。

  過程監控階段的5個App,Status Monitor、Messenger、Performance Monitor、Condition Analyzer、Production Cockpit,可以對生產過程進行連續的數字分析,提供有關當前生產狀態的信息,分析和可視化機器傳感器數據,并能夠及早發現可能的機器故障。

  服務階段的4個App,my DMG MORI、WERKBLiQ、NETservice、Service Agent,支持持續服務和維護過程。

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  OKUMA(大隈)的數字化工廠(Okuma Smart Factory)由Smart Manufacturing(智能化制造)和Smart Machines(智能化機床)構成,通過OKUMA的Connect Plan物聯網技術將他們連接在一起。數字化工廠按照確定時間生產所需產品的機制,供應鏈管理(SCM)向制造鏈下發作業計劃,工程鏈管理(ECM)向制造鏈下發加工信息,并通過可視化監控管理加工設備的狀態,以及工廠的運行情況,及早發現并消除設備故障,最大限度發揮工廠的制造能力,實現多品種、短交期,靈活應對需求變動,高生產效率的生產。

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  MAZAK(馬扎克)的SPS(Smooth Process Support)智能化工廠管理系統,能夠幫助用戶提升工廠管理水平,實現智能化制造。SPS智能化工廠管理系統將信息技術用于產品設計、制造以及管理等全生命周期中,使得工藝、程序、計劃等生產準備提前展開。作業人員只需要讀懂信息,配合機床即可完成任務,達到提高制造效率和質量、降低制造成本、實現快速響應市場的目的。

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  SPS智能化工廠管理系統包含Smooth CAM RS(編程管理)、Smooth Scheduler(日程管理)、Smooth Tool Management(刀具管理)、Smooth Monitor(監控管理)、Smooth PMC(FMS管理軟件)等模塊組成。其中,Smooth CAM RS可以將客戶的3D-CAD圖紙轉化為生產所需的加工程序,提高編程效率和編程準確性,同時還可以對加工程序進行分析和優化,以助加工問題的早期解決。Smooth Scheduler可以提取Smooth編程軟件中程序的加工工時,然后根據每臺設備的產能及訂單緊急程度進行自動排產,準確計算訂單完成時間,將準確的生產計劃、加工程序及工藝、作業指示等信息下發給機床,作業人員只需按照機床提供的信息即可輕松完成生產工作,作業負擔大幅降低,同時,任務完成情況可被實時掌控。Smooth Tool Management用來檢查每臺設備的刀庫狀態,提前配置生產所用的刀具,并對刀具壽命進行監控。Smooth Monitor對機床的運轉信息、開動狀態、維護情況,進行實時管理和數據采集分析;無論管理者身在何處,都可以通過軟件查看機床信息,掌握生產計劃的真實執行情況,從而發現生產過程中存在的問題,有針對性地進行解決。這樣,就可以充分激發設備潛能,提高生產效率。

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  分析比較這些企業的數字化解決方案可以看出,多數企業的數字化解決方案聚焦于設備管理數字化和工藝過程數字化。有的企業的數字化解決方案可以向上兼容ERP(企業資源計劃)/PPS(生產計劃與控制系統)/PDM(產品數據管理)/MES制造執行系統和CAD/CAM軟件,為用戶實現全面數字化制造提供良好支撐和基礎。馬扎克的SPS和大隈的Smart Factory數字化解決方案整合了生產計劃系統以及CAD/CAM軟件,基本實現了工廠運營的數字化管理。

  另外,這些企業的數字化解決方案都基于企業自身的機床產品,網絡連接相對方便。但是對于用戶來說,各種設備來自不同的企業,聯網接口多種多樣,實現各種設備之間以及設備和管理系統之間的聯網通信會更耗時耗力。降低用戶實現互聯互通的時間成本和經濟成本,制定標準化的數控設備互聯互通協議勢在必行。目前,有3個針對數控設備之間的互聯互通協議。

  中國機床工具工業協會牽頭,聯合部分高校、研究院所、企業研制的“數控設備互聯通訊協議標準(NC-Link)”,采用先進的通訊技術,確保來自不同控制系統的機床數據,通過開放的、標準化的連接進行快捷網絡傳輸。如華中數控、i5、廣州數控、科德數控、西門子數控、發那科數控和倍福數控系統。

  美國制造技術協會(AMT)牽頭研制的數據交換標準協議MTConnect,用于數控機床、PLC、工業機器人、測量設備在內的數控設備之間的數據交換。該協議已經正式批準為美國國家標準(ANSI/MTC 1.4),并已經推出了MTConnect 2.0版。

  德國umati數控設備互聯標準,由德國機床制造商協會(VDW)和德國機械與設備工程協會(VDMA)聯合德馬吉森精機、埃馬克、巨浪、恒輪、格勞博、利勃海爾、通快、+GF+、聯合磨削等德國、瑞士的主要機床工具制造商,并邀請了西門子、海德漢、發那科、博世力士樂、倍福、發格、三菱電機等全球主要數控系統制造商共同研發。

  數字化技術能改善制造企業的業務流程基礎框架,是市場競爭以及改進業務的必要條件。實施數字化轉型是全球制造業無法回避的必然選擇。

 

二、工業軟件眾彩紛呈

  長期以來,提高機床的性能,硬件一直是行業的研究焦點。但是一項技術的提升在趨于極限階段,要取得突破性進步更為艱難。機械技術發展到今天,單純通過機械技術的提高來提升機床的精度和性能,難度越來越大。隨著數字技術的發展,以及用戶加工需求日益復雜化,工業軟件成為豐富和完善數控機床功能,提高企業管理水平和效率,提升企業競爭力的關鍵。工業軟件封裝了工業知識,建立了數據流動規則體系,打造了制造鏈的大腦和神經,使智造鏈變得更加聰明,功能可以隨時調整。工業軟件描述、集成、模擬、加速、放大、優化和創新了傳統制造過程,形成一種新的工業智能模式。工業軟件開發已成為軟件開發企業以及機床工具企業研究的重點,包括CAD/CAM軟件、控制軟件、仿真軟件、檢測軟件、補償軟件、管理軟件等發展快速,眾彩紛呈。

  CAD/CAM軟件曾經只是作為繪圖和編程的輔助工具,隨著數字技術的發展,CAD/CAM這些軟件已經成為了產品設計、加工生產必不可少的數字化工具。CAD/CAM軟件提供商不斷豐富軟件的功能,提高其性能,以滿足當今數字化制造發展的需要。

  MasterCAM具有強勁的曲面粗加工以及靈活的曲面精加工能力,400多種后置處理文件以匹配各種類型的數控系統。最新版MasterCAM 2023新增了多項功能,如B軸外形車削、支持多個中心架、將部分多軸加工策略合并為“智能綜合”,用于管理機床群組的新工作流和界面。

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  Vericut加工仿真、程序驗證軟件,是基于實體、基于特征的并記錄歷史的仿真??梢苑奖?、準確、快速地分析尺寸,檢查錯誤。新發布的Vericut 9.3版本,具有工具管理器增強功能、新的工具界面、增強的處理速度,改進了包括碰撞檢查、子系統軸限制等核心功能,新增的“受力優化”功能,可以分析和優化數控程序加工過程中的切削條件,根據工件材料、刀具、機床參數來生成高效數控程序,可減少25%以上的加工時間,刀具壽命延長2倍以上。新增了“增材制造”功能,支持減材加工和增材制造在同一界面完成。

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  Cimtron是模具制造行業應用最廣泛的CAD/CAM集成式專業工模具解決方案,用于型腔模具設計與制造、沖壓模具設計與制造、電極設計與制造、數控編程等模塊,涵蓋了工模具制造的全過程——從報價計劃到模具設計、工程變更,以及數控編程。新發布的Cimtron 16版本引入了新的和增強的功能,使各種模具制造商能夠更快、更輕松地交付高質量的模具,如頂桿定位、分型面相切延伸等新功能。

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  Hyperrmill是一款CAD/CAM集成化軟件,提供從2.5軸到5軸的系列模塊,具有自動干涉檢查、獨立五軸聯動、動態變化刀軸等功能,在五軸聯動加工方面獨具特色。其新發布的Hypermill 2023版本增加或增強了許多功能,如輪廓銑斷邊功能、型腔銑刀具補償功能,自動搜索合適區域以適應高性能路徑布局的3D平面加工等,能加快編程速度,改進加工質量,提高效率;HyperMILL CONNECTED Machining 模塊將刀具數據(長度、半徑、角部半徑以及刀具編號和名稱等)直接從 hyperMILL?傳輸到數控系統;改進了搖籃式五軸聯動加工中心的“虛擬機床優化器”的鏈接邏輯,將各個零件程序與平順、安全聯系在一起。

  TopSolid-CAD/CAM/PDM原生一體化協同平臺,以三維數模(MBD)為數據源,集設計、工藝、仿真、制造、管理于一體。一個系統可以解決產品設計、數控加工、產品數據管理等需求;沒有系統集成和數據轉換,易于保證數據的完整性、正確性和時效性;利于企業進行產品模組化、模組標準化、標準參數化設計。

  畢孚自動化(上海)有限公司的TwinCAT 3 Machine Learning 軟件將機器學習(ML)集成到整個控制系統中。需要學習的模型可以在如MATLAB?、TensorFlow、PyTorch、SciKit-learn 等成熟的機器學習框架中進行訓練,然后通過開放式神經網絡交換(ONNX)格式導入到 TwinCAT 中運行。這樣可以為包括預測性維護、過程控制以及全自動質量控制在內的許多領域開辟新的可能性和優化潛力。

  WattPilote加工過程監測系統能夠根據原材料、刀具、加工狀態的不同準確判斷刀具的實時磨損狀態,在優化刀具的同時,大幅降低由刀具磨損引起的產品問題,從而達到提升無人化干預、降低質檢頻率的目的。

  上海航天壹亙智能iMCS智能總控系統,通過智能采集與互聯、設備控制、大數據深度學習及數字雙胞胎等技術實現對車間生產過程的全生命周期的管控,包括智能排產、自適應調度、狀態監控、質量預測、加工優化、智能決策等功能??偪叵到y在架構上采用工廠、車間、產線、單元的多級管控模式,一套系統可支持多個工廠、多個車間、多條產線、多個單元進行同時管控,達到提升加工效率、降低加工成本、提高加工質量及提升加工過程管理水平的效果。

  上海微茗的LMS產線智能管理系統,通過管理軟件實現生產智能化,具有產線數據統計分析、程序傳輸管理、刀具管理、生產計劃管理、生產可視看板、生產數據追溯、質量管理、能耗管理等功能,實現產線管理的數字化。

  軟件的開發不僅限于那些軟件提供商,機床制造商也愈加重視軟件的開發應用。機床制造商不斷豐富機床內置軟件,以提升機床的性能。

  牧野在A800Z五軸臥式加工中心上配置了其特有的超級幾何智能控制(SGI.4)軟件,用于復雜的三維模型中微小的程序段的處理加工,確保加工運行速度比標準CNC系統更快,同時保證更高的精度。與大多數其他控制技術相比,SGI.4可將復雜型腔和型芯模具以及航空航天零件的加工周期時間減少多達40%,從而有確保了更低的循環時間和成本。

  INDEX(因代克斯)的虛擬機床(Virtual Line)軟件,是在西門子軟件原有數據、INDEX控制系統和機床稽核數據的基礎上開發的,包含了INDEX機床所擁有的全部功能,可以在機床上或者CAM系統中進行精確的加工模擬。INDEX還有豐富的工藝技術包可供選裝,如直接加載和打開STEP 格式 3D 文件的3D-STEP Import、用于復雜輪廓去毛刺的EntgratenPRO,以及流線銑、擺線銑、雕刻等工藝技術軟件包。這些工藝技術包能夠進行額外的工藝技術編輯,并輸出加工程序,以進一步處理,簡化編程。

  很多機床制造商向用戶提供這種工藝技術包,方便用戶發揮機床的最大潛能。

  DMG MORI匯聚了公司幾十年的專有應用技術,開發了42種特有的技術循環,幫助用戶簡化編程,提高編程速度,提高生產力和安全性。這些技術循環按照功能分類,歸納為操作循環、測量循環、加工循環、監測循環,供用戶選擇使用。如DMU 50 3rd可配置3D quickset、gearMill、Easy Tool Monitoring 2.0、W-Setter等技術循環,分別用于檢查和修正四軸和五軸加工中心的運動特性和精度、齒輪銑削、避免刀具破塤和刀具過載導致的故障、刀具長度的手動測量和工件定心。

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  OKUMA銑車復合加工中心Multus U3000的齒輪加工軟件包,只需通過3步編程,選擇齒輪種類、輸入加工條件、自動生成并執行程序,即可在五軸加工中心上完成過去只能在齒輪機床上完成的工作。

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  聯合磨削集團的J600平面成形磨床,配置新的多邊形磨削軟件,在一次裝夾下,可實現磨削360°輪廓,縮短加工時間。用戶僅通過CAD生成工件的二維輪廓圖并將其導入程序即可實現磨削加工,磨削程序可以自動將數據轉換為三維數據,操作人員無需任何編程知識,僅需選擇技術參數即可。

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  北京精雕的JDGR500精密高速五軸加工中心,搭載了其自主開發的專用五軸聯動加工CAM軟件Surmill,具有多種五軸編程策略,滿足多場景五軸編程需要,支持多種格式文件,可以實現加工過程的數字化仿真,輔助優化工藝要素,提升工藝過程安全性。

  北平機床的磨床產品都配有專用的應用軟件。如T6五軸數控工具磨床,配有自主研發的3D模擬磨削工藝軟件,讓操作編程更加便捷化。BP8數控外圓磨床,配有專用的磨削軟件,操作界面友好,人機交互性強,大幅簡化編程等操作過程,降低磨削加工對人的依賴性。

  瑞士阿格頓的四軸磨削中心Evo Combi,用于可轉位刀片的周邊磨,配備有專門針對超硬磨削的軟件——力監測系統,可實時采集主軸的負載變化,通過自適應進給功能自動調節砂輪主軸的進給率至最佳值,提高磨削效率。

  江蘇合泰機械的全自動三維數控彎管機CNC65XE-9A,配置其自主開發的彎管指令數控軟件,用戶可以對系統通過彎管工藝參數自動生成的彎管指令進行編輯修改,輸入坐標值即可以3D圖形顯示,以及干涉仿真,機械干涉位置由計算機自動計算,無需人工測量或設定。

  南京二機床的七軸五聯動數控內齒珩磨強力珩齒機Y4830CNC,配置的自主知識產權應用軟件,可自動實現強力珩磨工藝以及余量補償。工作臺進給軸采用直驅技術,智能化夾持力控制及自動熱變形補償技術,確保高精度齒輪的珩削要求。


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