從夢想到現(xiàn)實 | 虛擬制造與現(xiàn)實生產(chǎn)有機融合，“數(shù)字化雙胞胎”推動“金屬加工4.0”
在奧地利恩斯多夫Salvagnini Maschinenbau GmbH工廠，金屬板彎曲機整齊地排列著。而在世界各地每天開發(fā)和制造無數(shù)機器進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)實世界以及利用數(shù)字化技術(shù)營造的與現(xiàn)實世界對稱的數(shù)字化鏡像。“數(shù)字化雙胞胎”將現(xiàn)實世界中復雜的產(chǎn)品研發(fā)，生產(chǎn)制造和運營維護，轉(zhuǎn)換成在虛擬世界相對低成本的數(shù)字化信息，進行協(xié)同及模型優(yōu)化，并給予現(xiàn)實世界多種方案和選擇。
將簡單的金屬板制成成品前，必須考慮到過程中各種不同的影響。“在彎曲金屬板時，有兩個關(guān)鍵因素，” Salvagnini技術(shù)官 (CTO) Wolfgang Kunze說：“采用的材料和機器本身，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度，” Kunze解釋道。根據(jù)不同的金屬、批次和工件強度，還必須考慮到回彈的影響，否則彎曲效果可能會有很大差異。 “這意味著，當不再有任何外力作用在上面時，制成的金屬板總會略微變形回原來的形狀。” 他這樣補充道。
傳統(tǒng)的彎曲機通常需要手動校正，來確保始終如一的高品質(zhì)。“這樣，增加的工作量就耗費了公司寶貴的生產(chǎn)時間和資源，”Kunze說。
Linz機電一體化中心（LCM）有限公司銷售主管Manfred Reiter對此表示贊同：“若機器進行重新參數(shù)化，這些額外的工廠停機時間其實是非常昂貴的。” Linz開發(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角落都控制其生產(chǎn)活動。“作為機器制造商，每天都會遇到全新的挑戰(zhàn)，” Kunze承認，“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電一體化領(lǐng)域中的原因。”
當夢想成為現(xiàn)實
為了滿足面板加工的要求，Salvagnini開發(fā)了一種LCM解決方案，這不僅僅是為了實現(xiàn)面板彎曲，更標志著一場革命。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：實時材料檢測技術(shù)MAC 2.0（材料狀態(tài)校正的簡稱）。
“數(shù)字化雙胞胎” 應(yīng)用實踐
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)模擬了機器本身和各種面板屬性，包括在彎曲過程中作用于材料上的成形力，”Reiter解釋道。“通過這種方式，我們創(chuàng)造了一個材料和機器的數(shù)字化雙胞胎，模擬映射了整個彎曲過程。” LCM的開發(fā)人員利用所有這些信息通過模型簡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MAC 2.0，我們可以將高度復雜的仿真模型，實時傳輸?shù)揭粋€自動控制整個彎曲過程的軟件，” Reiter自豪地解釋道。利用這些信息，機器可以根據(jù)材料特性實時模擬彎曲過程，將其與有限元結(jié)果進行比較，并彌補出現(xiàn)的任何變化。這樣，機器在彎曲面板時就能有很好的表現(xiàn)，而不會造成材料浪費。
所有這些步驟都在一個*自動化的過程中完成。通過使用各種倍加福傳感器，進行定位和面板厚度檢測等任務(wù)，可以記錄每個彎曲過程中的所有重要參數(shù)。
為了確定成形力，初機器彎曲比通常稍慢。根據(jù)確定的值，自動重新調(diào)整機器中所有執(zhí)行器的參數(shù)。一旦確定材料和機器的特性，就以正常速度進行彎曲。結(jié)果表明：無論面板的數(shù)量、厚度或材質(zhì)如何，彎曲成形的精度都是±0.9°。“這個數(shù)值只有市場上典型偏差的一半，”Reiter這樣說道，“只需要預(yù)先設(shè)定面板的類型和厚度，并且面板的測量彎曲程度必須達到40度以上 —— 對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)字化比對中獲得許多優(yōu)勢。該軟件在早期階段可以檢測磨損，并且始終為用戶提供機器狀態(tài)的概述，意味著無法預(yù)見的參數(shù)化和后續(xù)工作現(xiàn)已成為過去 —— 這是預(yù)測性維護優(yōu)勢的一個真實示例。“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的情況下進行生產(chǎn)，無論是單個生產(chǎn)還是批量生產(chǎn)，”Reiter說道，“許多應(yīng)用難題因此迎刃而解。”
基于專業(yè)知識的共享，LCM和Neoception將網(wǎng)絡(luò)化、化的生產(chǎn)更推進一步。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，開發(fā)了一個能夠在機器和數(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共同開發(fā)了一項云解決方案，來實現(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)項目負責人Benedikt Rauscher說。
從訂單記錄到機器與其對應(yīng)的數(shù)字化設(shè)備間的安全數(shù)據(jù)交換，Neoception可實現(xiàn)所用。
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