從CIMT2023看智能制造技術(shù)在高端機(jī)床上的應(yīng)用

作者：中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)機(jī)器人分會(huì)　姜雪崑

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編者按：CIMT2023（第十八屆中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)）已于4月15日?qǐng)A滿(mǎn)落幕。展會(huì)期間，主辦方中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)有關(guān)分會(huì)組織人員針對(duì)本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域展品進(jìn)行評(píng)述，現(xiàn)編發(fā)部分文章，供業(yè)界參考。文章觀(guān)點(diǎn)僅代表作者本人。

CIMT2023是“疫情后”國(guó)內(nèi)首次舉辦的大型國(guó)際機(jī)床工具和先進(jìn)制造技術(shù)盛會(huì)。展會(huì)期間，境內(nèi)外展商云集，知名企業(yè)攜新產(chǎn)品、新技術(shù)競(jìng)相展示，為用戶(hù)及專(zhuān)業(yè)觀(guān)眾呈現(xiàn)了一場(chǎng)囊括機(jī)床主機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、量具量?jī)x、機(jī)床電器以及刃具、附件等產(chǎn)品的精彩盛宴。

通過(guò)參觀(guān)本次展會(huì)，對(duì)各展商推出的智能化技術(shù)與裝備進(jìn)行深入了解和技術(shù)交流，發(fā)現(xiàn)機(jī)床企業(yè)在智能制造技術(shù)的研究進(jìn)展和研究方向上雖有所差異，但主要發(fā)力點(diǎn)集中在工藝過(guò)程數(shù)字化技術(shù)、產(chǎn)線(xiàn)（設(shè)備）管理數(shù)字化技術(shù)以及車(chē)間管理數(shù)字化技術(shù)上，同時(shí)，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立起數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)線(xiàn)（設(shè)備）數(shù)據(jù)的采集、分析和存儲(chǔ)。筆者對(duì)相關(guān)情況概況總結(jié)出以下幾點(diǎn)：

1　智能化管理系統(tǒng)大放異彩

在提升機(jī)床的精度和性能方面，要取得突破性進(jìn)步的難度越來(lái)越大。隨著加工需求日益復(fù)雜化以及智能化技術(shù)的發(fā)展，智能化管理系統(tǒng)成為豐富和完善數(shù)控機(jī)床功能、提高企業(yè)管理水平和效率，以及提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。從本屆展會(huì)來(lái)看，智能化管理系統(tǒng)已經(jīng)成為機(jī)床企業(yè)及軟件開(kāi)發(fā)企業(yè)研究的重點(diǎn)，其主要體現(xiàn)在對(duì)CAD/CAM、控制、仿真、檢測(cè)、補(bǔ)償、管理等軟件的互聯(lián)互通和集成上。

上海交大智邦科技有限公司展出的智慧工廠(chǎng)及智能產(chǎn)線(xiàn)整體解決方案，通過(guò)管理系統(tǒng)與高端數(shù)控機(jī)床的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、數(shù)字化“雙胞胎”等智能化產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程的全生命周期的管控，包括智能排產(chǎn)、自適應(yīng)調(diào)度、狀態(tài)監(jiān)控、質(zhì)量預(yù)測(cè)、加工優(yōu)化、智能決策等功能。達(dá)到提升加工效率、降低加工成本、提高加工質(zhì)量及提升加工過(guò)程管理水平的效果。

HEIDENHAIN（海德漢）公司推出“數(shù)字車(chē)間”解決方案，幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)360°全景監(jiān)測(cè)生產(chǎn)車(chē)間。包括采集機(jī)床數(shù)據(jù)的“狀態(tài)監(jiān)控”軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CNC數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)不同車(chē)間或不同生產(chǎn)基地的機(jī)床網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)時(shí)分析多個(gè)“狀態(tài)監(jiān)控”實(shí)例提供的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。其新推出的TNC 7數(shù)控系統(tǒng)成功地將數(shù)字孿生技術(shù)集成到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，可用3D圖形顯示整個(gè)加工區(qū)內(nèi)的實(shí)際情況，機(jī)床裝卡期間為操作員直觀(guān)顯示機(jī)床的整個(gè)加工區(qū)，包括機(jī)床部件、夾具、刀具和工件。機(jī)床的仿真數(shù)字模型，可在海德漢編程站上使用，并提供與車(chē)間實(shí)際機(jī)床相同的運(yùn)動(dòng)特性、參數(shù)和功能，可在辦公室內(nèi)用數(shù)字孿生系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、編程、仿真，節(jié)省在機(jī)床上設(shè)置、仿真和調(diào)試的時(shí)間，提高過(guò)程可靠性和生產(chǎn)效率。

MAZAK（馬扎克）公司的SPS（Smooth Process Support）智能化工廠(chǎng)管理系統(tǒng)，將信息技術(shù)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造以及管理等全生命周期中，使得工藝、程序、計(jì)劃等生產(chǎn)準(zhǔn)備提前展開(kāi)，能夠幫助用戶(hù)提升工廠(chǎng)管理水平，實(shí)現(xiàn)智能化制造。其中Smooth Scheduler模塊可以提取Smooth編程軟件中程序的加工工時(shí)，然后根據(jù)每臺(tái)設(shè)備的產(chǎn)能及訂單緊急程度進(jìn)行自動(dòng)排產(chǎn)，準(zhǔn)確計(jì)算訂單完成時(shí)間，將準(zhǔn)確的生產(chǎn)計(jì)劃、加工程序及工藝、作業(yè)指示等信息下發(fā)給機(jī)床，作業(yè)人員只需按照機(jī)床提供的信息即可輕松完成生產(chǎn)工作，達(dá)到提高制造效率和質(zhì)量、降低制造成本、實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)市場(chǎng)的目的。

西門(mén)子公司的數(shù)字孿生整體解決方案Sinumerick ONE，借助NX軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生，可在設(shè)計(jì)過(guò)程、加工過(guò)程等對(duì)機(jī)床進(jìn)行環(huán)境虛擬并進(jìn)行仿真和優(yōu)化。機(jī)床用戶(hù)可以利用數(shù)字雙胞胎模擬加工程序編程，對(duì)機(jī)床進(jìn)行設(shè)置和操作，優(yōu)化加工工藝，提高生產(chǎn)效率。也可以應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)規(guī)劃、機(jī)床調(diào)試，優(yōu)化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。

北京發(fā)那科（FANUC）推出了IoT數(shù)字化車(chē)間和MT-LINKⅰ運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，包含設(shè)備可視、程序管理、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)采集等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)可視化，機(jī)床加工程序管控，并打通了生產(chǎn)信息通道，使設(shè)備信息在各系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)共享。滿(mǎn)足了智能化解決方案，數(shù)字化工廠(chǎng)規(guī)劃，產(chǎn)線(xiàn)規(guī)劃與實(shí)施，設(shè)備物聯(lián)、智能決策等需求與應(yīng)用。

廣州數(shù)控和華中數(shù)控也推出了自己的設(shè)備管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)，提供開(kāi)機(jī)時(shí)間、無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間、開(kāi)機(jī)率、加工件數(shù)等設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，故障信息發(fā)送功能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線(xiàn)管理的數(shù)字化。

從本屆展會(huì)可以看出，各企業(yè)的智能化管理系統(tǒng)集成了工業(yè)管理、生產(chǎn)等?識(shí)，建立了數(shù)據(jù)流動(dòng)規(guī)則體系，打造了制造鏈的大腦和神經(jīng)。智能制造使生產(chǎn)變得更加靈活，功能可以及時(shí)調(diào)整，模擬、加速、優(yōu)化和創(chuàng)新了傳統(tǒng)制造過(guò)程。智能化技術(shù)改善了制造業(yè)的業(yè)務(wù)流程基?框架，是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)以及改進(jìn)業(yè)務(wù)的必要條件。

2　智能一體化解決方案爭(zhēng)芳奪艷

越來(lái)越多的企業(yè)都在關(guān)注靈活的自動(dòng)化生產(chǎn)流程，只有追求高生產(chǎn)力和高效率，才能在市場(chǎng)上保持強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。生產(chǎn)設(shè)備利用率越高、柔性化加工程度越高，其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性也越高。本屆CIMT展出的自動(dòng)化解決方案在智能化技術(shù)與創(chuàng)新解決方案的整合上有了極大提高，為傳統(tǒng)生產(chǎn)的智能化轉(zhuǎn)型提供了便利。

通用技術(shù)集團(tuán)展出的新能源汽車(chē)解決方案，對(duì)新能源汽車(chē)典型零件的加工難點(diǎn)和痛點(diǎn)進(jìn)行了分析和解讀，并通過(guò)“成形+切削+自動(dòng)化”的集成產(chǎn)品，為客戶(hù)提供了效率與效益兼具的行業(yè)全鏈條解決方案，充分展現(xiàn)了在車(chē)身結(jié)構(gòu)、底盤(pán)系統(tǒng)、電池及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等核心零件加工領(lǐng)域的技術(shù)成果和深厚底蘊(yùn)，為新能源汽車(chē)在制造技術(shù)和工藝，如電池電驅(qū)系統(tǒng)、車(chē)身輕量化等方面的重大變革，提供了新的制造技術(shù)，有效支撐和助力了新能源汽車(chē)行業(yè)在“雙碳”目標(biāo)下的轉(zhuǎn)型升級(jí)，并有效助推了機(jī)床產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

DMG MORI（德馬吉森精機(jī)）公司基于CELOS平臺(tái)開(kāi)發(fā)了集成數(shù)字化制造解決方案，包含生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工生產(chǎn)、過(guò)程監(jiān)控、產(chǎn)品服務(wù)等五個(gè)階段。通過(guò)在CELOS平臺(tái)中集成CAD/CAM軟件、仿真程序、數(shù)字化工具軟件以及加工、監(jiān)控、通訊等應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從計(jì)劃、編程、加工到售后服務(wù)的工藝過(guò)程和設(shè)備管理的數(shù)字化。其展出的MATRIS light機(jī)器人自動(dòng)化系統(tǒng)搭配N(xiāo)LX 2500車(chē)削中心和RPS托盤(pán)交換系統(tǒng)，又搭配N(xiāo)HC 5000臥式加工中心。目前可提供來(lái)自13條產(chǎn)品線(xiàn)的57款工件或托盤(pán)運(yùn)送的自動(dòng)化解決方案，包括全面的硬件和軟件解決方案。此外，也可提供AGV和AMR無(wú)人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)。

寧波海天智聯(lián)科技有限公司推出的專(zhuān)注于金屬加工行業(yè)的智能制造一站式解決方案，把關(guān)節(jié)機(jī)器人集成應(yīng)用、桁架機(jī)械手上下料系統(tǒng)、智能倉(cāng)儲(chǔ)、智能檢測(cè)系統(tǒng)和柔性換產(chǎn)等，通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)與智慧工廠(chǎng)管理系統(tǒng)、供應(yīng)協(xié)同、信息化單元等產(chǎn)業(yè)配套連接，實(shí)現(xiàn)融合。

宇環(huán)數(shù)控機(jī)床股份有限公司展出的精密零件雙端面加工智能化生產(chǎn)線(xiàn)，由YHDM580H磨床、YHMM300A磨床、YH2M8470高速研磨機(jī)及上下料輸送線(xiàn)、多關(guān)節(jié)機(jī)器人及控制系統(tǒng)等組成，經(jīng)過(guò)粗磨、精磨、研磨實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從來(lái)料到成品的全自動(dòng)智能化磨削研磨加工。該生產(chǎn)線(xiàn)預(yù)留有MES接口，可由MES下生產(chǎn)訂單，還可接入INC-Cloud企業(yè)私有云服務(wù)器，提供實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，具備設(shè)備監(jiān)控、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、故障報(bào)修及維護(hù)等功能，同時(shí)可以為使用外網(wǎng)特有功能提供數(shù)據(jù)支撐。

此外，還有上海錸鈉克數(shù)控科技有限公司推出的精密五軸激光切割解決方案，浙江日發(fā)精密機(jī)械股份有限公司推出的臥式加工中心柔性生產(chǎn)線(xiàn)，以及合肥合鍛智能制造股份有限公司展出的復(fù)合材料成形液壓機(jī)及生產(chǎn)線(xiàn)等。

通過(guò)CIMT2023展會(huì)可以看出，各企業(yè)以專(zhuān)有的技術(shù)特長(zhǎng)為用戶(hù)開(kāi)發(fā)個(gè)性化的生產(chǎn)解決方案，并以豐富的創(chuàng)新產(chǎn)品為用戶(hù)提供連續(xù)的工藝鏈條。智能化解決方案可以向上兼容ERP（企業(yè)資源計(jì)劃）、APS（高級(jí)排產(chǎn)）、PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）和CAD/CAM軟件，為用戶(hù)實(shí)現(xiàn)全面智能制造提供良好支撐和基礎(chǔ)。

3　高端機(jī)床在智能制造技術(shù)發(fā)展上面臨的問(wèn)題

各企業(yè)在進(jìn)行數(shù)字化解決方案集成創(chuàng)新時(shí)，都是基于企業(yè)自身的機(jī)床產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)連接和通訊相對(duì)容易。但是對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，各種設(shè)備來(lái)自不同的企業(yè)，聯(lián)網(wǎng)接口和通訊協(xié)議多種多樣，實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備之間以及設(shè)備和管理系統(tǒng)之間的聯(lián)網(wǎng)通信會(huì)非常耗時(shí)耗力。因此，降低用戶(hù)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本，制定標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)控設(shè)備互聯(lián)互通協(xié)議迫在眉睫。

由中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)牽頭，聯(lián)合高校、研究院所和企業(yè)研制的“數(shù)控設(shè)備互聯(lián)通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（NC-Link）”，采用先進(jìn)的通訊技術(shù)，確保來(lái)自不同控制系統(tǒng)的機(jī)床數(shù)據(jù)，通過(guò)開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化的連接進(jìn)行快捷網(wǎng)絡(luò)傳輸。攜匯智聯(lián)公司已經(jīng)針對(duì)NC-Link標(biāo)準(zhǔn)形成成套技術(shù)和產(chǎn)品，讓機(jī)床裝備兼容使用標(biāo)準(zhǔn)變得簡(jiǎn)單。同時(shí)，正在探索建立商業(yè)模式，為使用NC-Link協(xié)議的機(jī)床企業(yè)、用戶(hù)企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值，并在市場(chǎng)上形成了一定影響力。目前，很多機(jī)床企業(yè)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)組織，正在洽談加入NC-Link生態(tài)和應(yīng)用推廣，如華中數(shù)控、i5、廣州數(shù)控、科德數(shù)控、西門(mén)子數(shù)控、發(fā)那科數(shù)控和倍福數(shù)控系統(tǒng)等。

NC-Link的實(shí)施，在機(jī)床裝備層面，能幫助機(jī)床實(shí)現(xiàn)從物理空間到數(shù)字空間的映射；在產(chǎn)業(yè)層面，能為數(shù)據(jù)應(yīng)用的規(guī)則化、資產(chǎn)化、價(jià)值化提供通用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)裝備之間、裝備與控制系統(tǒng)之間，以及企業(yè)之間的相互連接和信息交換，推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)在機(jī)床產(chǎn)業(yè)以及相關(guān)制造領(lǐng)域的實(shí)施，從而進(jìn)一步推動(dòng)和促進(jìn)大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)與裝備技術(shù)的融合。

4　總結(jié)

2023年2月27日，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《數(shù)字中國(guó)建設(shè)整體布局規(guī)劃》，指出建設(shè)數(shù)字中國(guó)是數(shù)字時(shí)代推進(jìn)中國(guó)式現(xiàn)代化的重要引擎，是構(gòu)筑國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)新?勢(shì)的有力支撐。在產(chǎn)業(yè)數(shù)字化飛速發(fā)展的當(dāng)下，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能等新一代信息技術(shù)加速突破，與制造業(yè)深度融合創(chuàng)新，推動(dòng)制造業(yè)生產(chǎn)方式、發(fā)展模式和企業(yè)形態(tài)發(fā)生根本性變革。

本屆展會(huì)的主題為“融合創(chuàng)新數(shù)智未來(lái)”，這一主題準(zhǔn)確反映了市場(chǎng)需求的發(fā)展趨勢(shì)，共同邁向智能制造。CIMT的展品涵蓋了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、生產(chǎn)管理等各個(gè)層面，貫穿了從產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、銷(xiāo)售到售后服務(wù)等全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)。從智能制造技術(shù)在高端機(jī)床上的應(yīng)用情況來(lái)看，把傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與新一代信息化技術(shù)深度融合，需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的廣泛聯(lián)盟，進(jìn)行跨領(lǐng)域、跨行業(yè)的協(xié)作，限度實(shí)現(xiàn)資源共享、資源互配、資源互補(bǔ)。機(jī)床產(chǎn)品是加工技術(shù)和工藝的載體，數(shù)字化的屬性越來(lái)越清晰，機(jī)床數(shù)字化是邁向智能化實(shí)現(xiàn)智能制造的必要條件。打造數(shù)智機(jī)床，構(gòu)建機(jī)床產(chǎn)業(yè)數(shù)智化新生態(tài)，以數(shù)智機(jī)床推動(dòng)智能制造領(lǐng)域的技術(shù)突破，賦能中國(guó)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展是我們共同努力的方向。