工業(yè)4.0意義上的生產(chǎn)與信息及交換技術(shù)的緊密連接對(duì)于有些人來(lái)說(shuō)還是一件遙遠(yuǎn)的未來(lái)的事。現(xiàn)在，機(jī)加工生產(chǎn)廠家已經(jīng)在使用他們綜合性的計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制(CNC)機(jī)床來(lái)應(yīng)對(duì)生產(chǎn)制造中的連貫的數(shù)字化挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，客戶專門需求訂單的份額在加大，這便要求機(jī)加工生產(chǎn)廠家必須提供生產(chǎn)制造中的靈活性。與此同時(shí)，企業(yè)一方面處在生產(chǎn)成本不斷升高的壓力之下，另一方面又處在競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇的壓力之下。
圖1 機(jī)器的設(shè)智能、具有高轉(zhuǎn)換能力、可簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)規(guī)劃和投入運(yùn)行，在未來(lái)的生產(chǎn)中，全部聯(lián)網(wǎng)；現(xiàn)實(shí)和虛擬的世界的連接
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)支持的結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)化數(shù)字控制機(jī)床(CNC)在生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程存在障礙，而且現(xiàn)在這樣的障礙表現(xiàn)得越來(lái)越明顯：
● 在利用計(jì)算機(jī)制造(CAM)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成的程序必須首先手工進(jìn)行語(yǔ)法錯(cuò)誤檢驗(yàn)和更正，而這要求多種連貫性。
● 必須為機(jī)床操作人員提供文字的使用說(shuō)明書。此外，當(dāng)機(jī)器在生產(chǎn)中出現(xiàn)故障停機(jī)時(shí)，裝備機(jī)器的流程本身就需要占用多個(gè)小時(shí)甚至是幾天的時(shí)間。
● 刀具損壞會(huì)產(chǎn)生令人可怕的生產(chǎn)成本的升高，為了避免刀具損壞，在進(jìn)行機(jī)床試車時(shí)，人們只能控制作業(yè)速度。
因?yàn)闄C(jī)器的調(diào)試人員看不到在封閉的機(jī)器設(shè)備內(nèi)的加工生產(chǎn)流程，所以通過(guò)控制作業(yè)速度也無(wú)法完全排除機(jī)床試車時(shí)可能會(huì)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。
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Festo公司以工業(yè)4.0意義的工廠和生產(chǎn)流程自動(dòng)化的智能應(yīng)用為目標(biāo)，并且該公司還考慮到同樣的技術(shù)、人和培訓(xùn)" src="http://img.vogel.com.cn/2017/12/14/5a320ff869b93.jpg"/>
圖2 Festo公司以工業(yè)4.0意義的工廠和生產(chǎn)流程自動(dòng)化的智能應(yīng)用為目標(biāo)，并且該公司還考慮到同樣的技術(shù)、人和培訓(xùn)
位于St. Ingbert的Festo公司的全球IT生產(chǎn)負(fù)責(zé)人Marco Merche非常了解這個(gè)問(wèn)題。他說(shuō)，一個(gè)工件夾緊裝置從4個(gè)加工作業(yè)面將工件夾緊。而夾緊裝置每個(gè)加工作業(yè)面都有5個(gè)夾緊結(jié)構(gòu)件，這樣每個(gè)夾緊裝置便能夠夾緊20個(gè)加工工件。在加工作業(yè)中，可不設(shè)機(jī)床操作人員在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)跟隨著作業(yè)流程。”現(xiàn)在，“Festo公司每年大約為客戶量身定制提供并實(shí)施15000個(gè)的自動(dòng)化機(jī)加工作業(yè)技術(shù)解決方案。當(dāng)前正在測(cè)試位于Scharnhausen的一家工業(yè)4.0意義上的技術(shù)工廠。早在8年前，這家位于Scharnhausen的技術(shù)工廠便已經(jīng)開(kāi)始在生產(chǎn)制造中實(shí)施“數(shù)字化生產(chǎn)”項(xiàng)目。
為了保持自己的競(jìng)爭(zhēng)力，數(shù)字控制(NC)生產(chǎn)廠家需要連貫的連網(wǎng)作業(yè)流程，并致力于在虛擬結(jié)構(gòu)中取得程序化和模擬以及實(shí)際生產(chǎn)制造的進(jìn)步。
在虛擬機(jī)床上進(jìn)行模擬
模擬軟件的提供方如Spring Technologies公司提供的Ncsimul機(jī)床符合在可虛擬機(jī)床上進(jìn)行模擬的要求。現(xiàn)在，隨著該公司的軟件迅速且深入的進(jìn)一步發(fā)展，近年來(lái)Spring Technologies公司已經(jīng)步入工業(yè)4.0意義上的智能化生產(chǎn)的道路。
圖3 通過(guò)對(duì)虛擬機(jī)器的模擬可在正確輸入刀（工）具數(shù)據(jù)的情況下在準(zhǔn)備階段便消除了機(jī)器設(shè)備的矛盾沖突
這首先關(guān)系到，能夠可靠的避免機(jī)器設(shè)備的矛盾沖突，并且要將機(jī)器設(shè)備的裝備時(shí)間降至最低。通過(guò)在一臺(tái)虛擬機(jī)床上進(jìn)行模擬，在具體輸入刀具數(shù)據(jù)時(shí)便可在準(zhǔn)備階段排除矛盾沖突。與此同時(shí)，可使加工程序達(dá)到最佳化。此外，這樣還能夠縮短工件的加工時(shí)間。正如Marco Merche所介紹的那樣，在大批量的工件加工生產(chǎn)中，一些客戶加工的工件各有不同。工業(yè)4.0意義上的智能化生產(chǎn)的道路首先是能夠確保快速且靈活的落實(shí)客戶具有專門要求的合同訂單的生產(chǎn)。在此，排除了機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間的裝備時(shí)間，同時(shí)也不需要在紙上用文字書寫客戶的合同訂單，同時(shí)不需要人工驗(yàn)證和校正數(shù)字控制(NC)代碼(Code)。模擬加工程序自動(dòng)生成3D影像。程序員和機(jī)床操作人員可在電子計(jì)算機(jī)前或是通過(guò)觸摸平板跟蹤3D模擬中的整個(gè)加工作業(yè)流程，包括跟蹤用人的肉眼無(wú)法看到機(jī)床內(nèi)部機(jī)床刀具的所有加工作業(yè)流程。
除了節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用成本外，在設(shè)置機(jī)器設(shè)備時(shí)，作業(yè)的舒適性也是設(shè)置網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的一個(gè)前提條件。過(guò)去單一生產(chǎn)程序形式的知識(shí)和建立在機(jī)床操作人員工作經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的技術(shù)訣竅，也能夠以數(shù)字化的形式作為整個(gè)企業(yè)的技術(shù)訣竅加以儲(chǔ)存和分享。Spring Technologies公司負(fù)責(zé)(DACH)DACH領(lǐng)域的總經(jīng)理Herbert Schoenle說(shuō)：“自動(dòng)化生成的數(shù)字控制(NC)程序可方便的發(fā)送到其他生產(chǎn)場(chǎng)地，也可發(fā)送給供貨商。這樣便生成一個(gè)數(shù)字化數(shù)據(jù)升級(jí)，可跨企業(yè)的進(jìn)行傳輸和應(yīng)用。”
最近，作為對(duì)模擬的補(bǔ)充，Spring Technologies公司將“Ncsmul 4 CAM”模塊投放市場(chǎng)。采用該模塊，工作人員只需點(diǎn)擊一下鼠標(biāo)，便可實(shí)現(xiàn)機(jī)床更換。在此，可以閱讀來(lái)自各種不同的利用計(jì)算機(jī)制造(CAM)系統(tǒng)、數(shù)字控制(NC)代碼以及APT和CL數(shù)據(jù)。Herbert Schoenle解釋說(shuō)：“在此，我們的軟件發(fā)揮著一個(gè)如同轉(zhuǎn)換器的功能。”他說(shuō)，“老的數(shù)字控制(NC)程序能夠自動(dòng)化的且在沒(méi)有外部后處理器的情況下轉(zhuǎn)換給新機(jī)型的機(jī)器。”在靈活制造的意義上，將對(duì)單機(jī)最佳應(yīng)用的關(guān)注，推進(jìn)到對(duì)將整個(gè)數(shù)字控制(NC)各機(jī)器生產(chǎn)單元作為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的最佳應(yīng)用的關(guān)注。而接下來(lái)是實(shí)現(xiàn)各個(gè)機(jī)器的相互自主組織。而現(xiàn)在距離這一步還有很長(zhǎng)的一段路要走。在Festo公司，人們?cè)诰唧w定義的框架內(nèi)，在兩種類型的機(jī)器上進(jìn)行替代性單件產(chǎn)品的加工制造，并且已經(jīng)開(kāi)始了上一級(jí)控制和名為“飛行中的”(“on the flight”)程序化生產(chǎn)制造的測(cè)試。
