西门子面向机床行业的虚拟调试新技术应用

机床行业在产品研发过程中面临的挑战

 

机床在设计过程包括多种独立的学科和部门。因此当销售团队，结构设计团队，电子电气设计团队和自动化设计团队试图在一起工作时，他们面临着大量的挑战。最主要体现在以下几个方面：

  

协作受限，很多部门常常只在主要会议和项目的最后阶段才与其他部门进行交流，后期需要消耗更多的时间和经费。

 

为了在设计初期尽早发现问题，机床应该提前进行模拟仿真。然而，根据机床的复杂程度，这个过程可能非常困难，结果导致设计方案往往是在没有经过严格的论证的情况下来决定的。

 

传统的验证需要一个完整的实物原型；然而，这是昂贵的并且常常只有在非常后期的阶段才能实施。

 

机床的产品变型和选项复杂，需要快速实现设计选型，而不生产实物原型。

 

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西门子面向机床行业的虚拟调试

解决方案概述

西门子面向机床行业的MCD虚拟调试解决方案就是一个非常完美的技术方案，推向市场以来，很快得到客户的应用和认可。现阶段西门子面向机床行业的虚拟调试解决方案如下图所示。

图1 西门子面向机床行业的虚拟调试解决方案

在机床虚拟调试的过程中，现阶段主要是采用MCD+Sinumerik 840D SL的方式，将MCD和西门子数控系统进行虚实连接，完成机床的虚拟调试，可以调试的内容和实现的功能包括：

仿真的功能：干涉、刚体、加速度等；

验证的功能：操作顺序、NC代码、PLC代码等；

定义的功能：功能模型、需求、驱动和传感器等；

虚拟调试的功能：数字孪生（数字双胞胎）验证、校验机电概念设计、可视化呈现等。

 图2.现阶段面向机床行业的虚拟调试功能

 

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MCD+Create MyVirtualMachine 

的虚拟调试新技术介绍

 

3.1

CreateMyVirtual Machine技术简介

随着新技术的发展，西门子以“机床数字化制造——思考工业未来！”为主题，在2019年汉诺威国际机床展（EMO）上展示了面向机床行业的数字化企业解决方案。其中新推出数控系统 —— SINUMERIK ONE将虚拟世界和现实世界无缝衔接， SINUMERIK ONE 不仅仅是硬件上的创新，其数字化双胞胎可帮助客户在一个虚拟环境中对工作流程进行完整的仿真和测试，从而成为数字化转型的关键要素。也就是说SINUMERIK ONE将提供一套虚拟的840D数控系统，用于虚拟调试的应用，这是一个全新的技术，可以搭建一个虚拟模型+虚拟数控系统的全虚拟环境。

 

使用SINUMERIK ONE "软件在环"虚拟调试仿真解决方案，基于虚拟 SINUMERIK 控制器 Create MyVirtual Machine中的计算机配置，链接到仿真模型，而仿真模型使用 SIMIT 和NX MCD软件工具实现。

图3.CreateMyVirtual Machine技术简介

 

3.2

MCD+CreateMyVirtual Machine的

虚拟调试新技术

MCD+CreateMyVirtual Machine的虚拟调试新技术主要的技术架构如下图所示，采用Create MyVirtualMachine /Operate + Create MyVirtual Machine /SIMIT Connector + SIMIT + NX MCD的方式来实现。

图4.MCD+CreateMyVirtual Machine技术架构

在NXMCD这一端已经完全实现了与Create MyVirtual Machine的集成。在MCD的界面中可以直接看到Create MyVirtual Machine的菜单，通过点击就能完成MCD和数控系统的连接。见下图示意。

 

图5.MCD+CreateMyVirtual Machine 软件界面示意

连接完成后就可以进行机床的虚拟调试。虚拟调试的场景如下图示所示。

图6.MCD+CreateMyVirtual Machine 虚拟调试场景

CreateMyVirtual Machine /Operate + Create MyVirtual Machine /SIMIT Connector + SIMIT + NX MCD的原理流程和步骤如下图所示。Create MyVirtual Machine /Operate通过CreateMyVirtual Machine /SIMIT Connector接口与SIMIT进行直接耦合，将NCK的位置、速度、机床配置等信息和PLC的信息以及其余信息传递给MCD软件，MCD软件则直接读取和匹配信号，最终快速完成机床的虚拟调试闭环。

 

 图7.MCD+CreateMyVirtual Machine 流程和步骤

 

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MCD+Create MyVirtualMachine 

虚拟调试技术价值总结

 

图8.MCD+CreateMyVirtual Machine虚拟调试技术价值总结

MCD+CreateMyVirtual Machine MCD 虚拟调试是一个新技术应用，在原有的解决方案基础上，实现了全虚拟环境的仿真调试，实现了虚拟调试闭环，是一个值得尝试的解决方案，其价值总结如下：

 

支持机床的集成设计流程，从概念设计阶段贯穿详细设计和虚拟调试，这有助于降低机床研发的时间和成本，KPI大于 33%。

 

MCD概念设计功能支持机床研发的多方案比选，帮助技术人员实行早期设计决策。

 

多学科工程使工程师能够在机械、电气和自动化领域之间进行协同，加速机床研发周期，提高产品质量。

 

虚拟调试在制造真实机床之前，很早就可以开始进行自动化编程，减少实物调试验证的次数，提前预知设计错误和缺陷，最终消除过程中的风险。