從夢(mèng)想到現(xiàn)實(shí) | 虛擬制造與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)有機(jī)融合，“數(shù)字化雙胞胎”推動(dòng)“金屬加工4.0”
在奧地利恩斯多夫Salvagnini Maschinenbau GmbH工廠，金屬板彎曲機(jī)整齊地排列著。而在世界各地每天開(kāi)發(fā)和制造無(wú)數(shù)機(jī)器進(jìn)行精密工作的工廠中，不斷涌現(xiàn)新的技術(shù)，使金屬板彎曲更簡(jiǎn)單、更。
而這一切因“數(shù)字化雙胞胎”發(fā)生著改變，它指現(xiàn)實(shí)世界以及利用數(shù)字化技術(shù)營(yíng)造的與現(xiàn)實(shí)世界對(duì)稱的數(shù)字化鏡像。“數(shù)字化雙胞胎”將現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜的產(chǎn)品研發(fā)，生產(chǎn)制造和運(yùn)營(yíng)維護(hù)，轉(zhuǎn)換成在虛擬世界相對(duì)低成本的數(shù)字化信息，進(jìn)行協(xié)同及模型優(yōu)化，并給予現(xiàn)實(shí)世界多種方案和選擇。
將簡(jiǎn)單的金屬板制成成品前，必須考慮到過(guò)程中各種不同的影響。“在彎曲金屬板時(shí)，有兩個(gè)關(guān)鍵因素，” Salvagnini技術(shù)官 (CTO) Wolfgang Kunze說(shuō)：“采用的材料和機(jī)器本身，都是決定彎曲效果的關(guān)鍵。” 重要的是每塊金屬板特殊的材料特性：“每種材料的特性不同——例如鋁、鋼和不銹鋼，它們具有不同的拉伸和彎曲強(qiáng)度，” Kunze解釋道。根據(jù)不同的金屬、批次和工件強(qiáng)度，還必須考慮到回彈的影響，否則彎曲效果可能會(huì)有很大差異。 “這意味著，當(dāng)不再有任何外力作用在上面時(shí)，制成的金屬板總會(huì)略微變形回原來(lái)的形狀。” 他這樣補(bǔ)充道。
傳統(tǒng)的彎曲機(jī)通常需要手動(dòng)校正，來(lái)確保始終如一的高品質(zhì)。“這樣，增加的工作量就耗費(fèi)了公司寶貴的生產(chǎn)時(shí)間和資源，”Kunze說(shuō)。
Linz機(jī)電一體化中心（LCM）有限公司銷售主管Manfred Reiter對(duì)此表示贊同：“若機(jī)器進(jìn)行重新參數(shù)化，這些額外的工廠停機(jī)時(shí)間其實(shí)是非常昂貴的。” Linz開(kāi)發(fā)人員經(jīng)常與Salvagnini等公司合作，后者也遇到了類似的制造問(wèn)題。
此外，許多金屬加工公司除了生產(chǎn)大批量產(chǎn)品外，還生產(chǎn)小批量產(chǎn)品，他們希望能夠在世界的各個(gè)角落都控制其生產(chǎn)活動(dòng)。“作為機(jī)器制造商，每天都會(huì)遇到全新的挑戰(zhàn)，” Kunze承認(rèn)，“這就是為什么我們不斷為客戶提供創(chuàng)新的解決方案，并將LCM等合作伙伴公司共同納入機(jī)電一體化領(lǐng)域中的原因。”
當(dāng)夢(mèng)想成為現(xiàn)實(shí)
為了滿足面板加工的要求，Salvagnini開(kāi)發(fā)了一種LCM解決方案，這不僅僅是為了實(shí)現(xiàn)面板彎曲，更標(biāo)志著一場(chǎng)革命。這是一種全新的技術(shù)，有助于將共同的愿景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)：實(shí)時(shí)材料檢測(cè)技術(shù)MAC 2.0（材料狀態(tài)校正的簡(jiǎn)稱）。
“數(shù)字化雙胞胎” 應(yīng)用實(shí)踐
新技術(shù)究竟是如何發(fā)展的呢？“使用有限元法（FiniteElement Method，F(xiàn)EM），我們已經(jīng)模擬了機(jī)器本身和各種面板屬性，包括在彎曲過(guò)程中作用于材料上的成形力，”Reiter解釋道。“通過(guò)這種方式，我們創(chuàng)造了一個(gè)材料和機(jī)器的數(shù)字化雙胞胎，模擬映射了整個(gè)彎曲過(guò)程。” LCM的開(kāi)發(fā)人員利用所有這些信息通過(guò)模型簡(jiǎn)化生成有效的仿真模型，然后將其集成到MAC 2.0軟件中。“通過(guò)MAC 2.0，我們可以將高度復(fù)雜的仿真模型，實(shí)時(shí)傳輸?shù)揭粋€(gè)自動(dòng)控制整個(gè)彎曲過(guò)程的軟件，” Reiter自豪地解釋道。利用這些信息，機(jī)器可以根據(jù)材料特性實(shí)時(shí)模擬彎曲過(guò)程，將其與有限元結(jié)果進(jìn)行比較，并彌補(bǔ)出現(xiàn)的任何變化。這樣，機(jī)器在彎曲面板時(shí)就能有很好的表現(xiàn)，而不會(huì)造成材料浪費(fèi)。
所有這些步驟都在一個(gè)*自動(dòng)化的過(guò)程中完成。通過(guò)使用各種倍加福傳感器，進(jìn)行定位和面板厚度檢測(cè)等任務(wù)，可以記錄每個(gè)彎曲過(guò)程中的所有重要參數(shù)。
為了確定成形力，初機(jī)器彎曲比通常稍慢。根據(jù)確定的值，自動(dòng)重新調(diào)整機(jī)器中所有執(zhí)行器的參數(shù)。一旦確定材料和機(jī)器的特性，就以正常速度進(jìn)行彎曲。結(jié)果表明：無(wú)論面板的數(shù)量、厚度或材質(zhì)如何，彎曲成形的精度都是±0.9°。“這個(gè)數(shù)值只有市場(chǎng)上典型偏差的一半，”Reiter這樣說(shuō)道，“只需要預(yù)先設(shè)定面板的類型和厚度，并且面板的測(cè)量彎曲程度必須達(dá)到40度以上 —— 對(duì)于其他所有的面板彎曲，還需要確定校正的工具路徑，并且可以使用Salvagnini控制系統(tǒng)。”
公司將從其工廠的數(shù)字化比對(duì)中獲得許多優(yōu)勢(shì)。該軟件在早期階段可以檢測(cè)磨損，并且始終為用戶提供機(jī)器狀態(tài)的概述，意味著無(wú)法預(yù)見(jiàn)的參數(shù)化和后續(xù)工作現(xiàn)已成為過(guò)去 —— 這是預(yù)測(cè)性維護(hù)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)真實(shí)示例。“隨著數(shù)字化雙胞胎的發(fā)展，現(xiàn)在客戶可以在避免浪費(fèi)的情況下進(jìn)行生產(chǎn)，無(wú)論是單個(gè)生產(chǎn)還是批量生產(chǎn)，”Reiter說(shuō)道，“許多應(yīng)用難題因此迎刃而解。”
基于專業(yè)知識(shí)的共享，LCM和Neoception將網(wǎng)絡(luò)化、化的生產(chǎn)更推進(jìn)一步。這家新成立的公司是倍加福的子公司，是云網(wǎng)絡(luò)連接和物聯(lián)網(wǎng)方面的專家，開(kāi)發(fā)了一個(gè)能夠在機(jī)器和數(shù)字化雙胞胎之間建立通信的接口：“為了確保連續(xù)的、跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，我們與Neoception共同開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)云解決方案，來(lái)實(shí)現(xiàn)安全可靠地傳輸訂單和處理數(shù)據(jù)，”倍加福物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Benedikt Rauscher說(shuō)。
從訂單記錄到機(jī)器與其對(duì)應(yīng)的數(shù)字化設(shè)備間的安全數(shù)據(jù)交換，Neoception可實(shí)現(xiàn)所用。
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