基于西门子机床制造业数字化的工件研发和生产

文章来源:MM《现代制造》 点击数:486 发布时间:2018-06-22
一个工件如何由构思到成为合格的产品?西门子可提供涵盖整个产品生命周期的全数字化方案,实现灵活的定制产品,提高生产效率和产品质量,缩短产品上市时间。
基于西门子机床制造业数字化的工件研发和生产

机床工业是制造业中的基础工业,其水平和质量对于制造业的发展至关重要。西门子长期致力于机床制造业的发展,针对市场需求可提供整体解决方案:机床制造业的数字化。设计制造一台机床,和使用一台机床有着不同的需求,为此针对机床用户和机床制造商,西门子可提供定制化的数字化解决方案,如图1所示。

图1 针对机床用户和机床制造商,西门子可提供定制化的数字化解决方案

图1 针对机床用户和机床制造商,西门子可提供定制化的数字化解决方案

本文以叶轮的研发和生产为例,对西门子针对机床用户的整体数字化解决方案进行一定的探讨。

机床用户使用机床生产工件,一个工件如何由需求、构思到成为合格的产品,西门子可提供涵盖整个产品生命周期的全数字化方案:产品设计、生产规划、生产工程、生产执行及服务。所有环节基于统一的数据管理平台Teamcenter共享数据,互相支持和校验,实现设计产品和实际产品的高度一致,数字化双胞胎在整个过程中发挥着重要作用。

在产品设计方面,当工件叶轮的需求明确后,首先需要进行产品设计,NX CAD可以协助我们高效地完成叶轮的3D设计。在生产规划方面,当产品设计完成之后,如何规划后续的生产和确保质量,Teamcenter工件工艺规划模块Part Planner可以协助我们进行科学、透明可追溯的规划,如图2所示。

图2 Teamcenter工件工艺规划模块Part Planner可以协助进行科学、透明可追溯的规划

图2 Teamcenter工件工艺规划模块Part Planner可以协助进行科学、透明可追溯的规划

一个工件从构思到一个合格的产品,需要科学、合理且透明的规划,涵盖从软件虚拟世界的工艺规划、3D设计、切削策略、测量策略以及机床设备、工装夹具、切削刀具等生产资源规划;到物理世界的生产资源的透明度、生产资源准备、工件在机床设备的实际切削和成品的质量检测和质量控制。全过程的所有数据都由Teamcenter统一管理,很好地保证了数据共享和数据一致性。

在生产工程阶段,可以通过软件的帮助,在物理世界进行实际产品生产之前,在软件虚拟世界进行产品仿真验证,支持保障后续实际生产。

叶轮工件使用NX CAD进行3D设计之后,使用NX CAM结合Teamcenter制造资源库中丰富的刀具数据制定加工策略,之后可以生成NC程序、刀具清单和作业指导书用于后续的实际机床生产使用。

NC程序会不会出现语法错误?叶轮工件在机床的加工过程中有没有机械干涉和碰撞?加工节拍多长时间?虚拟机床可以在工件的实际机床生产验证之前回答诸如此类的问题,这是工件加工仿真的理想环境。

虚拟机床可集成于NX CAM环境中,基于真实的包括工装夹具、工件和刀具的机床3D数据和西门子软件数控系统Sinumerik VNCK,使用和实际物理机床相同的CNC数据确保一致的控制特性,实现和物理机床近乎相同的测试环境。VNCK和Sinumerik硬件数控系统具备相同的控制内核,虚拟工件在由VNCK驱动的虚拟机床上进行切削加工仿真,整个仿真加工过程和实际工件在物理机床的加工过程近乎一致。

NC程序经过虚拟机床的加工过程的仿真,验证了NC程序的正确性,提前发现并且规避可能的机械干涉和碰撞,精确预知了生产节拍,为后续生产执行阶段的实际工件在物理机床的加工提供了安全保障,缩短试制时间。

在进入到生产执行阶段,工件已经从软件世界进入现实物理世界的生产阶段,进入生产车间。生产管理非常复杂,涉及资源管理和生产安排等,本文仅就资源管理做一定的探讨。

生产安排需要机床设备的实时状态和设备效率,机床绩效分析软件AMP(Analyze MyPerformance)可以实时采集机床状态,分析机床的整体设备效率(OEE)、可用性及生产力等,并且可以将这些数据上传到制造执行系统MES用于生产安排。

在生产工程阶段,经过虚拟机床仿真验证的NC程序由NX CAM上传至Teamcenter, 然后根据生产安排把NC程序通过程序管理软件MMP(Manage MyPrograms)释放到目标机床。MMP还可以标注程序版本和属性,管理使能,集中有效透明地管理NC程序。

切削刀具的管理是一项重要但复杂的工作,需要清楚每台机床上刀具的品类、数量和寿命等的透明度,需要清楚刀具库房的刀具部件和成品刀具的透明度,需要清楚对刀站的透明度,需要清楚所需采购刀具的技术数据,更重要的是所有这些透明高度需要一个高效、透明的数字化管理平台。

车间资源管理软件SFI RM(Shopfloor Integrate Resource Management)+刀具管理软件MMT(Manage MyTools),就是可以执行此项任务的理想平台。

和NC程序一样,在生产工程阶段经过虚拟机床仿真验证的刀具清单由NX CAM上传至Teamcenter,然后释放到SFI RM + MMT。刀具清单中的刀具是否都存在于目标机床?缺失刀具是否在刀具成品库?缺失刀具是否需要组装?组装需要的刀具部件存放于刀具部件库的什么位置?如何组装?哪些刀具需要在对刀站进行测量?测量之后数据如何传输到目标机床?新刀具如何安装到目标机床?SFI RM + MMT可以透明地管理、指导操作人员准备好需要的刀具和数据,并且在目标机床上安装好所需要的刀具,全程数据基于网络进行透明可追溯的管理。

生产资源就绪后,操作人员按照来自于生产工程阶段的作业指导书进行工件准备、试切,之后进入质量检测,质量检测的数据可用于产品设计、生产规划和生产工程阶段必要的改进,所有这些工作都通过Teamcenter统一管理,确保数据的一致性。

如何减少机床停机时间,提高设备使用效率?设备的维护是重要的服务内容之一。

机床状态分析软件AMC(Analyze MyCondition)可以协助用户掌握透明的机床状态,定期进行设备的性能测试,提供维护建议,进行有效的预防性设备维护。

除此之外,基于开放物联网IoT操作系统的西门子工业云MindSphere的机床管理软件MMM(Manage MyMachines),可以实时采集设备状态和用户定制的设备数据,生成设备看板和设备状态透明度,协助用户科学地规划设备使用和维护。

西门子针对机床用户的整体数字化解决方案,可以协助用户进行透明科学的产品全生命周期管理:从工件需求构思开始,到产品设计、规划、仿真、生产,到产品成品,再到后续的产品改进和服务。

我们可以体验到数字化双胞胎的重要作用,软件虚拟世界的3D设计工件,和物理现实世界的实际工件,是一对产品数字化双胞胎;与此类同,软件虚拟世界的虚拟机床,和物理现实世界的实际机床,是一对设备数字化双胞胎。全程数据基于Teamcenter进行管理,确保数据统一和一致,加上数字化双胞胎的成功应用,可以灵活地定制产品,提高生产效率和产品质量,缩短产品上市时间。