西門子面向機(jī)床行業(yè)的虛擬調(diào)試新技術(shù)應(yīng)用
機(jī)床在設(shè)計過程包括多種獨(dú)立的學(xué)科和部門。因此當(dāng)銷售團(tuán)隊，結(jié)構(gòu)設(shè)計團(tuán)隊，電子電氣設(shè)計團(tuán)隊和自動化設(shè)計團(tuán)隊試圖在一起工作時，他們面臨著大量的挑戰(zhàn)。最主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
協(xié)作受限，很多部門常常只在主要會議和項目的最后階段才與其他部門進(jìn)行交流，后期需要消耗更多的時間和經(jīng)費(fèi)。
為了在設(shè)計初期盡早發(fā)現(xiàn)問題，機(jī)床應(yīng)該提前進(jìn)行模擬仿真。然而，根據(jù)機(jī)床的復(fù)雜程度，這個過程可能非常困難，結(jié)果導(dǎo)致設(shè)計方案往往是在沒有經(jīng)過嚴(yán)格的論證的情況下來決定的。
傳統(tǒng)的驗證需要一個完整的實物原型；然而，這是昂貴的并且常常只有在非常后期的階段才能實施。
機(jī)床的產(chǎn)品變型和選項復(fù)雜，需要快速實現(xiàn)設(shè)計選型，而不生產(chǎn)實物原型。
02
西門子面向機(jī)床行業(yè)的MCD虛擬調(diào)試解決方案就是一個非常完美的技術(shù)方案，推向市場以來，很快得到客戶的應(yīng)用和認(rèn)可?，F(xiàn)階段西門子面向機(jī)床行業(yè)的虛擬調(diào)試解決方案如下圖所示。
圖1 西門子面向機(jī)床行業(yè)的虛擬調(diào)試解決方案
在機(jī)床虛擬調(diào)試的過程中，現(xiàn)階段主要是采用MCD+Sinumerik 840D SL的方式，將MCD和西門子數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行虛實連接，完成機(jī)床的虛擬調(diào)試，可以調(diào)試的內(nèi)容和實現(xiàn)的功能包括：
仿真的功能：干涉、剛體、加速度等；
驗證的功能：操作順序、NC代碼、PLC代碼等；
定義的功能：功能模型、需求、驅(qū)動和傳感器等；
虛擬調(diào)試的功能：數(shù)字孿生（數(shù)字雙胞胎）驗證、校驗機(jī)電概念設(shè)計、可視化呈現(xiàn)等。
圖2.現(xiàn)階段面向機(jī)床行業(yè)的虛擬調(diào)試功能
03
3.1
CreateMyVirtual Machine技術(shù)簡介
隨著新技術(shù)的發(fā)展，西門子以“機(jī)床數(shù)字化制造——思考工業(yè)未來！”為主題，在2019年漢諾威國際機(jī)床展（EMO）上展示了面向機(jī)床行業(yè)的數(shù)字化企業(yè)解決方案。其中新推出數(shù)控系統(tǒng) —— SINUMERIK ONE將虛擬世界和現(xiàn)實世界無縫銜接， SINUMERIK ONE 不僅僅是硬件上的創(chuàng)新，其數(shù)字化雙胞胎可幫助客戶在一個虛擬環(huán)境中對工作流程進(jìn)行完整的仿真和測試，從而成為數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵要素。也就是說SINUMERIK ONE將提供一套虛擬的840D數(shù)控系統(tǒng)，用于虛擬調(diào)試的應(yīng)用，這是一個全新的技術(shù)，可以搭建一個虛擬模型+虛擬數(shù)控系統(tǒng)的全虛擬環(huán)境。
使用SINUMERIK ONE "軟件在環(huán)"虛擬調(diào)試仿真解決方案，基于虛擬 SINUMERIK 控制器 Create MyVirtual Machine中的計算機(jī)配置，鏈接到仿真模型，而仿真模型使用 SIMIT 和NX MCD軟件工具實現(xiàn)。
圖3.CreateMyVirtual Machine技術(shù)簡介
3.2
MCD+CreateMyVirtual Machine的
虛擬調(diào)試新技術(shù)
MCD+CreateMyVirtual Machine的虛擬調(diào)試新技術(shù)主要的技術(shù)架構(gòu)如下圖所示，采用Create MyVirtualMachine /Operate + Create MyVirtual Machine /SIMIT Connector + SIMIT + NX MCD的方式來實現(xiàn)。
圖4.MCD+CreateMyVirtual Machine技術(shù)架構(gòu)
在NXMCD這一端已經(jīng)完全實現(xiàn)了與Create MyVirtual Machine的集成。在MCD的界面中可以直接看到Create MyVirtual Machine的菜單，通過點(diǎn)擊就能完成MCD和數(shù)控系統(tǒng)的連接。見下圖示意。
圖5.MCD+CreateMyVirtual Machine 軟件界面示意
連接完成后就可以進(jìn)行機(jī)床的虛擬調(diào)試。虛擬調(diào)試的場景如下圖示所示。
圖6.MCD+CreateMyVirtual Machine 虛擬調(diào)試場景
CreateMyVirtual Machine /Operate + Create MyVirtual Machine /SIMIT Connector + SIMIT + NX MCD的原理流程和步驟如下圖所示。Create MyVirtual Machine /Operate通過CreateMyVirtual Machine /SIMIT Connector接口與SIMIT進(jìn)行直接耦合，將NCK的位置、速度、機(jī)床配置等信息和PLC的信息以及其余信息傳遞給MCD軟件，MCD軟件則直接讀取和匹配信號，最終快速完成機(jī)床的虛擬調(diào)試閉環(huán)。
圖7.MCD+CreateMyVirtual Machine 流程和步驟
04
圖8.MCD+CreateMyVirtual Machine虛擬調(diào)試技術(shù)價值總結(jié)
MCD+CreateMyVirtual Machine MCD 虛擬調(diào)試是一個新技術(shù)應(yīng)用，在原有的解決方案基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了全虛擬環(huán)境的仿真調(diào)試，實現(xiàn)了虛擬調(diào)試閉環(huán)，是一個值得嘗試的解決方案，其價值總結(jié)如下：
支持機(jī)床的集成設(shè)計流程，從概念設(shè)計階段貫穿詳細(xì)設(shè)計和虛擬調(diào)試，這有助于降低機(jī)床研發(fā)的時間和成本，KPI大于 33%。
MCD概念設(shè)計功能支持機(jī)床研發(fā)的多方案比選，幫助技術(shù)人員實行早期設(shè)計決策。
多學(xué)科工程使工程師能夠在機(jī)械、電氣和自動化領(lǐng)域之間進(jìn)行協(xié)同，加速機(jī)床研發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
虛擬調(diào)試在制造真實機(jī)床之前，很早就可以開始進(jìn)行自動化編程，減少實物調(diào)試驗證的次數(shù)，提前預(yù)知設(shè)計錯誤和缺陷，最終消除過程中的風(fēng)險。
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