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節(jié)約能源和資源是機床行業(yè)的大勢所趨。機床制造商和機床用戶分別從自身的角度看待機床的可持續(xù)發(fā)展：自身的制造過程和客戶的運營效率。西門子數(shù)控 SINUMERIK ONE 和軟件解決方案針對這兩個方面推出了豐富的助力可持續(xù)發(fā)展的功能。

伴隨著能源價格不斷上漲，同時為了實現(xiàn)節(jié)能減排目標，機床能否節(jié)約能源和資源對于機床行業(yè)非常重要。機床是否能夠提高能耗透明度或直接實現(xiàn)節(jié)能目的，正成為機床產(chǎn)品占領(lǐng)市場的關(guān)鍵。因此，SINUMERIK ONE 及其數(shù)字化軟件解決方案在機床制造方面提供的眾多助力可持續(xù)發(fā)展的功能受到廣泛關(guān)注，這些功能可以惠及機床制造商 (OEM) 及其最終用戶。

我們先從 OEM 的角度出發(fā)，探討如何在機床的開發(fā)、生產(chǎn)、調(diào)試和操作過程中實現(xiàn)節(jié)能減排目標。機床數(shù)字孿生是在各個環(huán)節(jié)中實現(xiàn)降低成本和提高效率的基礎(chǔ)。“Create MyVirtual Machine（簡稱CMVM）”在設(shè)計流程引入了完整功能和組件的數(shù)字孿生，無需使用實際的硬件就可以完成機床的數(shù)字化調(diào)試。此外，通過數(shù)字孿生還可以同步執(zhí)行多項任務(wù)，在設(shè)計過程中不必嚴格按照先后順序執(zhí)行每一道工序，從而進一步節(jié)省時間和成本。

可實現(xiàn)仿真功能的數(shù)字展示平臺

除了“Create MyVirtual Machine ”，我們還進一步推出了“Run MyVirtual Machine（簡稱RMVM）”。機床制造商可以從兩方面獲益：首先，可以將Run MyVirtual Machine作為機床虛擬展示平臺，展示尚未實際生產(chǎn)的機床原型機。潛在買家可以看到如何通過數(shù)字孿生制造特定機床組件。其次，機床制造商可以將 Run MyVirtual Machine 作為虛擬編程平臺提供給客戶，幫助客戶做好生產(chǎn)準備工作。這一功能可以利用數(shù)字孿生技術(shù)，實現(xiàn)真實且無風(fēng)險的仿真。它涵蓋了工作空間、軸位置值，并兼顧空閑時間。通過數(shù)字孿生及 Run MyVirtual Machine 進行編程、試運行、坐標偏移值校正和點動模式，每個執(zhí)行的數(shù)控程序預(yù)計可以實現(xiàn)超過 80% 的能耗下降（圖 1）。

圖說：使用Run MyVirtual Machine，每執(zhí)行一個數(shù)控程序可節(jié)省超過80%的能源

能耗透明度

Ctrl-E 是 SINUMERIK 的一個典型功能，便于用戶掌握能耗情況，這一功能需要機床制造商在機床上提供必要的訪問權(quán)限。當滿足訪問此功能的條件時，按下 Ctrl + E 快捷鍵就可以清晰顯示包括主設(shè)備和輔助設(shè)備在內(nèi)的整臺機床的能耗情況。基于這些信息，就可以評估并推算出如何在空閑時間降低能耗。以一臺示例機床為例，一年內(nèi)總計節(jié)省的能源達到 920千瓦時，這大致相當于機床基礎(chǔ)負載產(chǎn)生能耗的 5%。該示例直觀展示了該功能作為機床制造商銷售賣點的價值所在。

加工速度更快、能耗更低

節(jié)能并不意味著在某些方面造成損失。相反，通過自適應(yīng)加工控制“Optimize MyMachining /Adaptive Control自適應(yīng)加工控制” 功能，在硬件不發(fā)生改變的條件下就可以創(chuàng)造更多價值。這不僅可以加快加工過程，還可以節(jié)省能源。在維也納工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與光子技術(shù)研究所 (IFT) 的一項研究資助項目中，清晰展示了這個功能的與眾不同之處。

僅通過在特定實驗設(shè)置中對工件進行自適應(yīng)加工控制，便可以節(jié)省 20% 至 25% 的加工周期時間和能源。圖片中是來自機床制造商 WFL 的一臺機床（圖 2）對鋁制工件進行不同深度型腔的粗加工（圖 3）。該機床配備了測量設(shè)備，記錄了整臺機床以及各個組件（如軸和冷卻系統(tǒng)）的功耗。此外，SINUMERIK 的跟蹤模塊還測量了軸和主軸的有功功率。

圖說：通過使用自適應(yīng)加工控制技術(shù)，在 WFL機床加工測試中，可節(jié)省 20% 到 25% 的加工周期時間和能源。

來源：維也納工業(yè)大學(xué)

圖說： 在測試機床中，在鋁制工件上粗加工出不同深度的型腔。

“我們專門挑選切削速度和進給量等行業(yè)常用的加工參數(shù)。我們對采用自適應(yīng)進給控制和不采用自適應(yīng)進給控制情況的工件粗加工進行對比，并評估了不同軸向切削深度對組件的影響。”負責實驗的維也納工業(yè)大學(xué)研究助理 Peter Weissenböck 對此解釋道。“我們給與 ‘Optimize MyMachining / Adaptive Control 自適應(yīng)加工控制’最大的自由度，進給量最大值增加到 150%。節(jié)省的周期時間和能源非常振奮人心。”毫無疑問，控制層面的優(yōu)化可以實現(xiàn)的節(jié)省效果因機床和工件的不同而有所差異。但值得關(guān)注的是，該粗加工采用了行業(yè)的典型設(shè)置，其中涉及到機床、工件和加工參數(shù)。

維也納工業(yè)大學(xué) IFT 控制工程與集成系統(tǒng)研究小組負責人、助理教授 Thomas Trautner 博士對此結(jié)果感慨道：“相對于節(jié)能 20% 或 25% 或者僅僅15% 或 10%，更重要的是，我們開辟了一種全新的方式，可以在現(xiàn)有硬件的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)更多目標。通過運行軟件就能大幅提升生產(chǎn)力，這在以前是難以想象的。”

通過使用 “Optimize MyMachining /Adaptive Control 自適應(yīng)加工控制”功能，在提高加工速度的同時還可以降低能耗，實現(xiàn)了生產(chǎn)力和可持續(xù)發(fā)展的雙重目標。實現(xiàn)加快生產(chǎn)速度同時降低能耗的秘訣在于縮短周期時間，進而降低基礎(chǔ)負載。如果縮短制造過程的時間取得顯著成果，最終能夠以更快的速度和更低的綜合能耗生產(chǎn)同等質(zhì)量的零件。

西門子的機床產(chǎn)品組合中提供了多種可以實現(xiàn)節(jié)能降耗的功能，涵蓋了機床自身及使用機床完成的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在此并未一一例舉。無論是提高自身生產(chǎn)優(yōu)勢還是成為機床的賣點，生產(chǎn)過程中實現(xiàn)節(jié)能降耗可以惠及所有人。