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節(jié)約能源和資源是機(jī)床行業(yè)的大勢(shì)所趨。機(jī)床制造商和機(jī)床用戶分別從自身的角度看待機(jī)床的可持續(xù)發(fā)展：自身的制造過程和客戶的運(yùn)營(yíng)效率。西門子數(shù)控 SINUMERIK ONE 和軟件解決方案針對(duì)這兩個(gè)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(jià)格不斷上漲，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，機(jī)床能否節(jié)約能源和資源對(duì)于機(jī)床行業(yè)非常重要。機(jī)床是否能夠提高能耗透明度或直接實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，正成為機(jī)床產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵。因此，SINUMERIK ONE 及其數(shù)字化軟件解決方案在機(jī)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(jī)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(jī)床的開發(fā)、生產(chǎn)、調(diào)試和操作過程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。機(jī)床數(shù)字孿生是在各個(gè)環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)降低成本和提高效率的基礎(chǔ)。“Create MyVirtual Machine（簡(jiǎn)稱CMVM）”在設(shè)計(jì)流程引入了完整功能和組件的數(shù)字孿生，無需使用實(shí)際的硬件就可以完成機(jī)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(xiàng)任務(wù)，在設(shè)計(jì)過程中不必嚴(yán)格按照先后順序執(zhí)行每一道工序，從而進(jìn)一步節(jié)省時(shí)間和成本。

可實(shí)現(xiàn)仿真功能的數(shù)字展示平臺(tái)

除了“Create MyVirtual Machine ”，我們還進(jìn)一步推出了“Run MyVirtual Machine（簡(jiǎn)稱RMVM）”。機(jī)床制造商可以從兩方面獲益：首先，可以將Run MyVirtual Machine作為機(jī)床虛擬展示平臺(tái)，展示尚未實(shí)際生產(chǎn)的機(jī)床原型機(jī)。潛在買家可以看到如何通過數(shù)字孿生制造特定機(jī)床組件。其次，機(jī)床制造商可以將 Run MyVirtual Machine 作為虛擬編程平臺(tái)提供給客戶，幫助客戶做好生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。這一功能可以利用數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)且無風(fēng)險(xiǎn)的仿真。它涵蓋了工作空間、軸位置值，并兼顧空閑時(shí)間。通過數(shù)字孿生及 Run MyVirtual Machine 進(jìn)行編程、試運(yùn)行、坐標(biāo)偏移值校正和點(diǎn)動(dòng)模式，每個(gè)執(zhí)行的數(shù)控程序預(yù)計(jì)可以實(shí)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(gè)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(gè)典型功能，便于用戶掌握能耗情況，這一功能需要機(jī)床制造商在機(jī)床上提供必要的訪問權(quán)限。當(dāng)滿足訪問此功能的條件時(shí)，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(tái)機(jī)床的能耗情況。基于這些信息，就可以評(píng)估并推算出如何在空閑時(shí)間降低能耗。以一臺(tái)示例機(jī)床為例，一年內(nèi)總計(jì)節(jié)省的能源達(dá)到 920千瓦時(shí)，這大致相當(dāng)于機(jī)床基礎(chǔ)負(fù)載產(chǎn)生能耗的 5%。該示例直觀展示了該功能作為機(jī)床制造商銷售賣點(diǎn)的價(jià)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(jià)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(xiàng)研究資助項(xiàng)目中，清晰展示了這個(gè)功能的與眾不同之處。

僅通過在特定實(shí)驗(yàn)設(shè)置中對(duì)工件進(jìn)行自適應(yīng)加工控制，便可以節(jié)省 20% 至 25% 的加工周期時(shí)間和能源。圖片中是來自機(jī)床制造商 WFL 的一臺(tái)機(jī)床（圖 2）對(duì)鋁制工件進(jìn)行不同深度型腔的粗加工（圖 3）。該機(jī)床配備了測(cè)量設(shè)備，記錄了整臺(tái)機(jī)床以及各個(gè)組件（如軸和冷卻系統(tǒng)）的功耗。此外，SINUMERIK 的跟蹤模塊還測(cè)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(jī)床加工測(cè)試中，可節(jié)省 20% 到 25% 的加工周期時(shí)間和能源。

來源：維也納工業(yè)大學(xué)

圖說： 在測(cè)試機(jī)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(jìn)給量等行業(yè)常用的加工參數(shù)。我們對(duì)采用自適應(yīng)進(jìn)給控制和不采用自適應(yīng)進(jìn)給控制情況的工件粗加工進(jìn)行對(duì)比，并評(píng)估了不同軸向切削深度對(duì)組件的影響。”負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的維也納工業(yè)大學(xué)研究助理 Peter Weissenböck 對(duì)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(jìn)給量最大值增加到 150%。節(jié)省的周期時(shí)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(shí)現(xiàn)的節(jié)省效果因機(jī)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(jī)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(fù)責(zé)人、助理教授 Thomas Trautner 博士對(duì)此結(jié)果感慨道：“相對(duì)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(shí)現(xiàn)更多目標(biāo)。通過運(yùn)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(shí)還可以降低能耗，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)力和可持續(xù)發(fā)展的雙重目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)加快生產(chǎn)速度同時(shí)降低能耗的秘訣在于縮短周期時(shí)間，進(jìn)而降低基礎(chǔ)負(fù)載。如果縮短制造過程的時(shí)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(jī)床產(chǎn)品組合中提供了多種可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的功能，涵蓋了機(jī)床自身及使用機(jī)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(shì)還是成為機(jī)床的賣點(diǎn)，生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗可以惠及所有人。