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“數(shù)字孿生”技術(shù)最早由美國國防部提出，主要用于航空航天飛行器的健康維護(hù)與保障。通過“數(shù)字孿生”技術(shù)，我們可以在虛擬空間構(gòu)建數(shù)字制造現(xiàn)場，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)相對應(yīng)的“雙胞胎”。相較于以往的一般模擬，“數(shù)字孿生”的模擬實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)實(shí)聯(lián)動的實(shí)時性。
進(jìn)入21世紀(jì)，美國和德國均提出了 Cyber-Physical System（CPS），也就是“信息-物理系統(tǒng)”，作為先進(jìn)制造業(yè)的核心支撐技術(shù)。近年來，隨著IoT技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)實(shí)世界的信息獲取變得更加精準(zhǔn)、實(shí)時，這為實(shí)現(xiàn)更高水平的模擬提供了基礎(chǔ)，“數(shù)字孿生”技術(shù)的應(yīng)用也愈發(fā)得到重視。
以飛機(jī)產(chǎn)業(yè)為例，通過應(yīng)用“數(shù)字孿生”技術(shù)，可以提高噴氣發(fā)動機(jī)的安全性和維護(hù)效率。
從安裝在飛機(jī)各處的傳感器，實(shí)時收集飛行數(shù)據(jù)和引擎運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等各種數(shù)據(jù)。通過在虛擬空間中復(fù)制飛行中的引擎狀況，進(jìn)行高精度的模擬，實(shí)現(xiàn)了預(yù)防重大事故于未然的高度運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)視和預(yù)防保全。另外，在機(jī)體的開發(fā)工藝中，也使用了“數(shù)字孿生”技術(shù)。
所有的零件、單元都被數(shù)據(jù)化，并在虛擬空間上完全設(shè)計(jì)模擬出試制樣機(jī)。通過利用這個虛擬的試制樣機(jī)進(jìn)行各種條件的試飛，就能夠在試制前找到需要改善的問題，以此減少試制次數(shù)，縮短開發(fā)周期。
除了飛機(jī)產(chǎn)業(yè)之外，開發(fā)、制造、服務(wù)等各種產(chǎn)業(yè)和行業(yè)正在考慮應(yīng)用這一技術(shù)。
在制造業(yè)中，“數(shù)字孿生”技術(shù)可以解決勞動人口減少和熟練工不足等問題。同時在提高生產(chǎn)率方面，對“數(shù)字孿生”技術(shù)所能發(fā)揮的作用也寄予了很大的期待。
“數(shù)字孿生”在機(jī)床加工中有哪些應(yīng)用場景？
馬扎克最新CNC裝置“MAZATROL SmoothAi”融合了利用AI技術(shù)的編程功能和高度的自動化功能。同時，基于“數(shù)字孿生”技術(shù)的“MAZATROL TWINS”軟件群，也被集合在這種最新的CNC設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)字制造方案。
MAZATROL TWINS軟件可以在辦公電腦上構(gòu)建虛擬的工廠和機(jī)床，從而為生產(chǎn)提供多種可能。例如：
- Smooth Tool Management，能夠收集制造現(xiàn)場的刀具信息并進(jìn)行統(tǒng)一化管理，并支持在辦公PC上進(jìn)行高效程序編制和加工模擬。 -
- Smooth CAM Ai，可以使用虛擬模型進(jìn)行高精度的加工模擬，實(shí)現(xiàn)了在辦公PC上完成加工編程等，在現(xiàn)場進(jìn)行的生產(chǎn)工序準(zhǔn)備工作。
這樣，以前單獨(dú)管理的各種數(shù)據(jù)，通過“MAZATROL TWINS”的軟件，被正確且實(shí)時地集中在辦公PC上的虛擬數(shù)字空間中。這樣，在辦公室就可以進(jìn)行工廠整體的運(yùn)轉(zhuǎn)分析和模擬，實(shí)現(xiàn)最理想的工廠運(yùn)轉(zhuǎn)。
馬扎克的“數(shù)字孿生”解決方案具體是如何運(yùn)行的？
利用虛擬機(jī)床實(shí)現(xiàn)數(shù)字工序準(zhǔn)備
MAZATROL TWINS之一的“Smooth CAM Ai”是在辦公PC上構(gòu)建虛擬機(jī)床的CAM軟件。這個軟件上的虛擬機(jī)床，通過網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)實(shí)車間中的機(jī)床共享的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地復(fù)制了車間機(jī)床。因此，即使在辦公室，也可以像機(jī)床在眼前一樣，進(jìn)行加工程序編制等工序準(zhǔn)備。馬扎克把這個叫做“數(shù)字工序準(zhǔn)備”。
在Smooth CAM Ai中，共享了在裝有CNC裝置“MAZATROL SmoothAi”的車間機(jī)床中注冊的刀具數(shù)據(jù)和坐標(biāo)數(shù)據(jù)等。通過使用這些數(shù)據(jù)，可以在辦公電腦上高效編制加工程序。此外，通過工件的CAD數(shù)據(jù)自動編制對話式程序的加工工序，從而大幅削減編程工時。
然后，制作的加工程序通過利用“數(shù)字孿生”的高級模擬可進(jìn)行優(yōu)化。例如，通過分析每把刀具的加工時間，從加工時長較長刀具入手，優(yōu)化加工工序，從而可以提高效率，縮短加工時間。另外，通過在辦公PC上的3D模型可完整復(fù)制實(shí)際加工的動作，可以事先確定機(jī)械干涉，防止機(jī)床在運(yùn)轉(zhuǎn)中的干涉。
像這樣在辦公電腦上進(jìn)行數(shù)字工序準(zhǔn)備，事先預(yù)測問題并采取對策，可以大幅度削減現(xiàn)場的工序準(zhǔn)備時間和試制次數(shù)。
量產(chǎn)加工開始后，將機(jī)床的實(shí)時數(shù)據(jù)反饋給辦公PC上的Smooth CAM Ai，用于進(jìn)一步的加工改善。例如，將實(shí)際加工時的切削負(fù)荷和刀具長度的實(shí)測值等傳送到Smooth CAM Ai。通過分析收集的數(shù)據(jù)，優(yōu)化切削量和進(jìn)給速度等加工條件，可以縮短加工時間。
這樣，通過Smooth CAM Ai，將加工模擬和實(shí)際的加工數(shù)據(jù)在加工現(xiàn)場和辦公室之間相互反饋，實(shí)現(xiàn)加工改善的持續(xù)循環(huán)。
MAZATROL TWINS通過數(shù)字工序準(zhǔn)備，在縮短切削時間和提高加工面品質(zhì)的同時，也有助于包括工序準(zhǔn)備在內(nèi)的整個制造流程的高效運(yùn)行。
今后，山崎馬扎克將以實(shí)現(xiàn)數(shù)字制造的解決方案為目標(biāo)，進(jìn)一步提升MAZATROL TWINS，通過活用“數(shù)字孿生”技術(shù)，為客戶工廠的生產(chǎn)效率提高做出貢獻(xiàn)。
查詢進(jìn)一步信息，請?jiān)L問官方網(wǎng)站 http://www.mazak.com.cn/news-events/company-news。（robin zhang, 張底剪報）
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