智能制造裝備創(chuàng)新設計 課件 第七章 數(shù)字孿生驅(qū)動的數(shù)字化生產(chǎn)-智能制造裝備創(chuàng)新設計

武漢華工智云科技有限公司第七章數(shù)字孿生驅(qū)動的數(shù)字化生產(chǎn)機械工業(yè)出版社《智能制造裝備創(chuàng)新設計》

主要內(nèi)容23智能檢測單元生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化12生產(chǎn)工程數(shù)字化3智能檢測單元生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化34數(shù)控機床服務數(shù)字化一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化3

機械加工工藝相關的基本概念機械加工工藝過程：是機械產(chǎn)品生產(chǎn)過程的一部分，是直接生產(chǎn)過程，其原意指采用金屬切削刀具或磨具來加工工件，使之達到所要求的形狀、尺寸、表面粗糙度和力學/物理性能，成為合格零件的生產(chǎn)過程。機械加工工藝過程工序安裝工位工步走刀一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化4

機械加工工藝相關的基本概念工序：一個（或一組）工人在一個工作地點對一個（或同時對幾個）工件

連續(xù)完成的那一部分工藝過程。安裝：如果在一個工序中需要對工件進行幾次裝夾，則每次裝夾下完成的那部分工序內(nèi)容稱為一個安裝。工位：在工件的一次安裝中，通過分度（或移位）裝置，使工件相對于機床床身變換加工位置，則把每一個加工位置上的安裝內(nèi)容稱為工位。工步：加工表面、切削刀具、切削速度和進給量都不變的情況下所完成的工位內(nèi)容。走刀：車削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步內(nèi)容。一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化53閱讀裝配圖和零件圖熟悉或確定毛坯確定各主要工序的技術(shù)要求和檢驗方法工藝審查擬訂機械加工工藝路線2451機械加工工藝規(guī)劃的步驟和內(nèi)容6確定滿足各工序要求的工藝裝備（包括機床、夾具、刀具和量具等）對需要改裝或重新設計的專用工藝裝備應提出具體設計任務書97810確定各工序的加工余量、計算工序尺寸和公差確定切削用量確定時間定額填寫工藝文件一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化6工藝規(guī)劃的數(shù)字化TecnomatixProcessDesigner（PD）：在三維環(huán)境中進行制造過程規(guī)劃ProcessSimulate（PS）：制造過程的虛擬驗證、優(yōu)化和調(diào)試PlantSimulation（PS）：工廠和生產(chǎn)線物流過程仿真一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化7PD的四個基本要素及其關系一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化83創(chuàng)建新項目或?qū)腠椖磕０澹盒马椖磕夸浵聞?chuàng)建子目錄，子目錄創(chuàng)建分別對應資源數(shù)據(jù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)等工序初步規(guī)劃：在工藝規(guī)劃操作樹庫目錄下同時建立工藝操作樹和資源樹產(chǎn)品資源分配：將產(chǎn)品拖拽到相應的操作中；將資源樹上每個工序的設備根據(jù)生產(chǎn)線二維布局方案擺放到位；將每個工序所需的工裝按照工藝要求擺放到位，完成資源擺放導入產(chǎn)品及數(shù)據(jù)：PD只支持輕量化的三維模型格式.cojt定義工藝順序：利用PertViewer工具定義各工序的操作順序（前后順序或并行）2451PD提供標準工藝流程的步驟6甘特圖檢查：打開GanttViewer工具，檢查各工序工步順序確定后的時間甘特圖，判斷工藝順序與各工序工步時間安排的合理性一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化9

切削策略工藝操作樹中的工序及其工步如何定義或選取即切削策略。在Tecnomatrix中，可以提前建立工藝操作庫，存放切削策略。加工路線：數(shù)控加工中刀具相對于工件的運動軌跡（切入切出、順銑逆銑、深度優(yōu)先層優(yōu)先）。常用切削用量：切削用量三要素包括切削速度、背吃刀量和進給量。其他切削參數(shù)：切削余量、換刀點、刀具選擇、冷卻控制等。一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化10

測量策略測量工具類型：根據(jù)被測零件的數(shù)量、材質(zhì)、公差值的大小及外形、部位、尺寸大小等特點，選擇測量工具（游標卡尺、千分尺、塞規(guī)、R規(guī)、三坐標測量機等）。量具的技術(shù)性能指標：量具的標稱值、分度值、測量范圍、測量力、示值誤差等，要滿足零件測量要求。一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化11

測量策略測量方式離線測量在線測量接觸式測量非接觸式測量在線測量的優(yōu)點：可反復大量穩(wěn)定進行；可實時監(jiān)測；一次裝夾即可，省時省力；可盡早發(fā)現(xiàn)廢品，降低廢品率；速度快、精度高，實現(xiàn)數(shù)字化。一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化12生產(chǎn)資源規(guī)劃建立資源庫添加資源屬性工藝規(guī)劃時建立資源樹（資源與工藝連接）資源甘特分析注：資源樹中，每個節(jié)點都是資源庫中資源原型的實例對象。資源樹的創(chuàng)建，可以將實際生產(chǎn)環(huán)境完全復現(xiàn)到虛擬生產(chǎn)環(huán)境。一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化13

質(zhì)量檢測控制預一、生產(chǎn)規(guī)劃的數(shù)字化14基于數(shù)字孿生的工藝設計評估ProcessDesigner可以用甘特圖對產(chǎn)品生產(chǎn)線每個工位的工作量進行規(guī)劃和平衡ProcessSimulate（PS）數(shù)字化仿真驗證干涉檢查可達性檢查可視性檢查二、生產(chǎn)工程數(shù)字化15生產(chǎn)作業(yè)指導書根據(jù)機械加工工藝規(guī)程進行生產(chǎn)準備機械加工工藝規(guī)程是生產(chǎn)計劃、調(diào)度，工人的操作、質(zhì)量檢查等的依據(jù)

機械加工工藝規(guī)程是新建或擴建車間或工段的原始依據(jù)。規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件稱為工藝規(guī)程。也叫做生產(chǎn)作業(yè)指導書，俗稱工藝卡。生產(chǎn)作業(yè)指導書的作用如下：二、生產(chǎn)工程數(shù)字化16機械加工工藝規(guī)程格式普通的工序卡應包含以下幾方面的內(nèi)容：工序、工步內(nèi)容、切削用量、工藝裝備、工時等。工藝文件的格式機械加工工藝過程卡機械加工工藝卡片機械加工工序卡片二、生產(chǎn)工程數(shù)字化17機械加工工藝過程卡二、生產(chǎn)工程數(shù)字化18機械加工工藝卡片二、生產(chǎn)工程數(shù)字化19機械加工工序卡片二、生產(chǎn)工程數(shù)字化20生產(chǎn)過程的虛擬仿真在虛擬機床上模擬運行編寫的加工程序。虛擬環(huán)境包含機床、刀具、夾具、工件等的3D模型。西門子仿真軟件：SinuTrain二、生產(chǎn)工程數(shù)字化21仿真加工流程圖編寫加工程序修改加工程序模擬運行程序報錯或加工不符合要求模擬完成檢查錯誤二、生產(chǎn)工程數(shù)字化22選擇要使用的機床（或新建機床），啟動機床設置毛坯輪廓對所編程序進行仿真加工建立刀庫編寫加工輪廓SinuTrain編程仿真的步驟調(diào)用輪廓進行加工設置和編程仿真加工的零件與設計的零件比較或局部剖切，查看加工效果是否合格。二、生產(chǎn)工程數(shù)字化23生產(chǎn)過程的質(zhì)量評價在金屬加工過程中，影響加工質(zhì)量的因素很多，如機床的機械特性、刀具的質(zhì)量及穩(wěn)定性、數(shù)控系統(tǒng)的處理能力、夾具的狀態(tài)以及加工程序等。AnalyzeMyWorkpiece/Toolpath（以下簡稱AMWT）軟件可用來分析工件的加工模型，加工程序，理論位置和實際位置。CAD輸出加工模型分析CAM輸出加工程序分析CNC插補理論位置分析伺服傳動后實際位置跟蹤分析AMWT覆蓋數(shù)控機床加工過程的四個主要環(huán)節(jié)三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化車間制造過程三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化25資源和生產(chǎn)的關系三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化26車間資源的構(gòu)成三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化27完成硬件組態(tài)和網(wǎng)絡連接車間資源管理及其數(shù)字化技術(shù)和管理是制造系統(tǒng)的兩個輪子，在當前智能化的制造系統(tǒng)中，管理是其中的重要組成部分。車間資源的管理包括任務的管理、設備的管理、工具的管理、工藝信息的管理等。資源管理的數(shù)字化必須對車間資源的相關數(shù)據(jù)進行收集并進行聯(lián)網(wǎng)。西門子為車間資源管理信息化提供了一個平臺：SINUMERIKIntegrate（SI）數(shù)字化平臺。三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化28SI平臺的連接及模塊NC程序管理（MMP，ManageMyPrograms）機床刀具管理（MMT，ManageMyTools）機床遠程訪問（AMM，AccessMyMachine）機床生產(chǎn)性能評估（AMP，AnalyzeMyPerformance）機床狀態(tài)監(jiān)控（AMC，AnalyzeMyCondition）三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化29SI平臺的模塊集成三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化30機床管理在生產(chǎn)加工過程中，機床處于什么狀態(tài)？機床的利用率是多少？機床有沒有故障？什么原因造成停機？機床當前加工的是什么零件？三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化31AMP模塊分析機床生產(chǎn)數(shù)據(jù)的軟件模塊機床狀態(tài)信息的獲取機床狀態(tài)評估OEE數(shù)據(jù)采集機床之間可用性對比三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化32機器狀態(tài)信息的獲取3即插即用獲取已存在的默認CNC數(shù)據(jù)給不同工件分配狀態(tài)信息來提升分析質(zhì)量在服務器上進行數(shù)據(jù)的中央存儲機床廠家可自行配置額外的CNC數(shù)據(jù)自動存儲狀態(tài)數(shù)據(jù)24516機床本地的數(shù)據(jù)備份7以EXCEL表格形式導出操作日志、機床狀態(tài)日志、報警日志、零件類型列表、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化33評估機床狀態(tài)車間機床狀態(tài)圖機床日志分析機床日志頻率分析機床狀態(tài)評估機床停機原因分析報警統(tǒng)計分析加工統(tǒng)計分析統(tǒng)計分析單個機床內(nèi)某零件類型的循環(huán)時間三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化34采集OEE數(shù)據(jù)設備綜合效率OEE：OverallEquipmentEfficiency三個關鍵要素：可用率、性能指數(shù)、質(zhì)量指數(shù)OEE=可用率*性能指數(shù)*質(zhì)量指數(shù)可用率=操作時間/計劃工作時間性能指數(shù)=理想周期時間/實際周期時間質(zhì)量指數(shù)=良品數(shù)/總產(chǎn)量數(shù)三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化35NC程序管理現(xiàn)在要生產(chǎn)的訂單的加工程序在哪里？什么時候、為什么、誰修改了加工程序？在加工程序中修改了什么，最新的版本是什么？如何快速可靠地調(diào)整到下一個訂單的數(shù)控程序？三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化36ManageMyPrograms（MMP）模塊Integrate服務器安裝有程序管理客戶端的操作站

安裝有程序管理客戶端的操作站三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化37MMP的功能輕松進行中央CNC程序的電子化管理、存檔以及導入和導出，更快地設置新生產(chǎn)批次，整個生產(chǎn)區(qū)域中的機床都能隨時使用最新的CNC程序。程序和其它產(chǎn)品信息（例如圖紙）以附件方式從生產(chǎn)計劃部簡單地發(fā)送給機床?？梢怨芾戆l(fā)布ID和其它文件，為生產(chǎn)環(huán)境中的機床分配角色，機床操作員只能查看與生產(chǎn)本身有關的信息，通過鼠標點擊，操作員即可訪問加工指令，啟動機械加工過程、編輯程序和添加備注，所做更改也可發(fā)回生產(chǎn)計劃部門。三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化38MMP的優(yōu)點降低CNC數(shù)據(jù)管理的成本提高程序下傳效率過程安全可靠用戶友好三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化39切削刀具管理刀具管理包括采購、儲存、組裝、調(diào)試、重磨、重涂等環(huán)節(jié)。先進刀具管理要求刀具物流管理刀具準備刀具的保養(yǎng)和維護刀具庫存透明三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化40ManageMyTools（MMT刀具管理）三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化41MMT軟件功能3刀具在線概覽對刀儀標準接口遠程刀具管理功能刀具需求分析刀具統(tǒng)計24516與高層系統(tǒng)接口7安全引導刀具裝載三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化42MMT的主要優(yōu)點透明可靠快速、高效三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化43MMT刀具管理步驟三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化44產(chǎn)品生產(chǎn)驗證過的程序、生產(chǎn)資源工件準備、試切數(shù)字雙胞胎技術(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)控、仿真、推送質(zhì)量檢測產(chǎn)品設計工藝規(guī)劃改進改進三、生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字化45技術(shù)文檔數(shù)字化工作記錄、工藝設計書、切削方案、測量方案、生產(chǎn)資源規(guī)劃書、工藝設計評估報告、加工程序、生產(chǎn)作業(yè)指導書、生產(chǎn)過程的經(jīng)濟性評價報告、機床狀態(tài)報告、NC程序清單、切削刀具清單、產(chǎn)品完工文件服務器Teamcenter四、數(shù)控機床服務數(shù)字化46數(shù)字化服務設計人員服務人員數(shù)字孿生體客戶主動服務產(chǎn)品性能收集主動、及時乃至提前的維護服務云平臺產(chǎn)品設計生產(chǎn)制造售后服務四、數(shù)控機床服務數(shù)字化47數(shù)控機床的預防性維護傳統(tǒng)的糾正性維修：在機床發(fā)生故障時進行維修，將數(shù)控機床的工作狀態(tài)恢復到正常。預防性維護：在數(shù)控機床運行過程中對數(shù)控機床進行維護，對數(shù)控機床的各個系統(tǒng)進行檢測和預防性維修，避免產(chǎn)生故障，使整個數(shù)控機床系統(tǒng)在規(guī)定的條件下完成規(guī)定的操作。預防性維護包括預防性檢查和預防性維修。四、數(shù)控機床服務數(shù)字化48預防性維護措施設備前期設備狀態(tài)維修期設備正常使用期數(shù)據(jù)采集、必要準備狀態(tài)監(jiān)測、分次項修計劃執(zhí)行、制度堅持四、數(shù)控機床服務數(shù)字化49云平臺和機床狀態(tài)監(jiān)控開放式工業(yè)云平臺----機床云管理----獲取機床數(shù)據(jù)----預防性維護。西門子工業(yè)云MindSphere----機床管理軟件MMM----隨時隨地采集機床數(shù)據(jù)。SI平臺----機床狀態(tài)分析軟件AMC（AnalyzeMyCondition）。四、數(shù)控機床服務數(shù)字化50AMC的功能狀態(tài)監(jiān)控功能制定維護計劃維護狀態(tài)管理四、數(shù)控機床服務數(shù)字化51AMC的優(yōu)點允許對在大范圍分布的機床運行進行集中管理與執(zhí)行基于機床實際狀態(tài)的維護-----遠程維護功能的基礎。精準的狀態(tài)監(jiān)控，可靈活設計基于事件觸發(fā)的或者基于時間觸發(fā)的測試和診斷，使基于機床狀態(tài)的維護通知與提示成為可能----自動化的維修和維護工作流程。利用IT平臺，通過集中分析機床狀況，有計劃的維護和服務?；?/p>