智能制造装备创新设计 课件 第七章 数字孪生驱动的数字化生产-智能制造装备创新设计

武汉华工智云科技有限公司第七章数字孪生驱动的数字化生产机械工业出版社《智能制造装备创新设计》

主要内容23智能检测单元生产规划的数字化12生产工程数字化3智能检测单元生产执行数字化34数控机床服务数字化一、生产规划的数字化3

机械加工工艺相关的基本概念机械加工工艺过程：是机械产品生产过程的一部分，是直接生产过程，其原意指采用金属切削刀具或磨具来加工工件，使之达到所要求的形状、尺寸、表面粗糙度和力学/物理性能，成为合格零件的生产过程。机械加工工艺过程工序安装工位工步走刀一、生产规划的数字化4

机械加工工艺相关的基本概念工序：一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件

连续完成的那一部分工艺过程。安装：如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那部分工序内容称为一个安装。工位：在工件的一次安装中，通过分度（或移位）装置，使工件相对于机床床身变换加工位置，则把每一个加工位置上的安装内容称为工位。工步：加工表面、切削刀具、切削速度和进给量都不变的情况下所完成的工位内容。走刀：车削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容。一、生产规划的数字化53阅读装配图和零件图熟悉或确定毛坯确定各主要工序的技术要求和检验方法工艺审查拟订机械加工工艺路线2451机械加工工艺规划的步骤和内容6确定满足各工序要求的工艺装备（包括机床、夹具、刀具和量具等）对需要改装或重新设计的专用工艺装备应提出具体设计任务书97810确定各工序的加工余量、计算工序尺寸和公差确定切削用量确定时间定额填写工艺文件一、生产规划的数字化6工艺规划的数字化TecnomatixProcessDesigner（PD）：在三维环境中进行制造过程规划ProcessSimulate（PS）：制造过程的虚拟验证、优化和调试PlantSimulation（PS）：工厂和生产线物流过程仿真一、生产规划的数字化7PD的四个基本要素及其关系一、生产规划的数字化83创建新项目或导入项目模板：新项目目录下创建子目录，子目录创建分别对应资源数据、产品数据、工艺数据等工序初步规划：在工艺规划操作树库目录下同时建立工艺操作树和资源树产品资源分配：将产品拖拽到相应的操作中；将资源树上每个工序的设备根据生产线二维布局方案摆放到位；将每个工序所需的工装按照工艺要求摆放到位，完成资源摆放导入产品及数据：PD只支持轻量化的三维模型格式.cojt定义工艺顺序：利用PertViewer工具定义各工序的操作顺序（前后顺序或并行）2451PD提供标准工艺流程的步骤6甘特图检查：打开GanttViewer工具，检查各工序工步顺序确定后的时间甘特图，判断工艺顺序与各工序工步时间安排的合理性一、生产规划的数字化9

切削策略工艺操作树中的工序及其工步如何定义或选取即切削策略。在Tecnomatrix中，可以提前建立工艺操作库，存放切削策略。加工路线：数控加工中刀具相对于工件的运动轨迹（切入切出、顺铣逆铣、深度优先层优先）。常用切削用量：切削用量三要素包括切削速度、背吃刀量和进给量。其他切削参数：切削余量、换刀点、刀具选择、冷却控制等。一、生产规划的数字化10

测量策略测量工具类型：根据被测零件的数量、材质、公差值的大小及外形、部位、尺寸大小等特点，选择测量工具（游标卡尺、千分尺、塞规、R规、三坐标测量机等）。量具的技术性能指标：量具的标称值、分度值、测量范围、测量力、示值误差等，要满足零件测量要求。一、生产规划的数字化11

测量策略测量方式离线测量在线测量接触式测量非接触式测量在线测量的优点：可反复大量稳定进行；可实时监测；一次装夹即可，省时省力；可尽早发现废品，降低废品率；速度快、精度高，实现数字化。一、生产规划的数字化12生产资源规划建立资源库添加资源属性工艺规划时建立资源树（资源与工艺连接）资源甘特分析注：资源树中，每个节点都是资源库中资源原型的实例对象。资源树的创建，可以将实际生产环境完全复现到虚拟生产环境。一、生产规划的数字化13

质量检测控制预一、生产规划的数字化14基于数字孪生的工艺设计评估ProcessDesigner可以用甘特图对产品生产线每个工位的工作量进行规划和平衡ProcessSimulate（PS）数字化仿真验证干涉检查可达性检查可视性检查二、生产工程数字化15生产作业指导书根据机械加工工艺规程进行生产准备机械加工工艺规程是生产计划、调度，工人的操作、质量检查等的依据

机械加工工艺规程是新建或扩建车间或工段的原始依据。规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为工艺规程。也叫做生产作业指导书，俗称工艺卡。生产作业指导书的作用如下：二、生产工程数字化16机械加工工艺规程格式普通的工序卡应包含以下几方面的内容：工序、工步内容、切削用量、工艺装备、工时等。工艺文件的格式机械加工工艺过程卡机械加工工艺卡片机械加工工序卡片二、生产工程数字化17机械加工工艺过程卡二、生产工程数字化18机械加工工艺卡片二、生产工程数字化19机械加工工序卡片二、生产工程数字化20生产过程的虚拟仿真在虚拟机床上模拟运行编写的加工程序。虚拟环境包含机床、刀具、夹具、工件等的3D模型。西门子仿真软件：SinuTrain二、生产工程数字化21仿真加工流程图编写加工程序修改加工程序模拟运行程序报错或加工不符合要求模拟完成检查错误二、生产工程数字化22选择要使用的机床（或新建机床），启动机床设置毛坯轮廓对所编程序进行仿真加工建立刀库编写加工轮廓SinuTrain编程仿真的步骤调用轮廓进行加工设置和编程仿真加工的零件与设计的零件比较或局部剖切，查看加工效果是否合格。二、生产工程数字化23生产过程的质量评价在金属加工过程中，影响加工质量的因素很多，如机床的机械特性、刀具的质量及稳定性、数控系统的处理能力、夹具的状态以及加工程序等。AnalyzeMyWorkpiece/Toolpath（以下简称AMWT）软件可用来分析工件的加工模型，加工程序，理论位置和实际位置。CAD输出加工模型分析CAM输出加工程序分析CNC插补理论位置分析伺服传动后实际位置跟踪分析AMWT覆盖数控机床加工过程的四个主要环节三、生产执行数字化车间制造过程三、生产执行数字化25资源和生产的关系三、生产执行数字化26车间资源的构成三、生产执行数字化27完成硬件组态和网络连接车间资源管理及其数字化技术和管理是制造系统的两个轮子，在当前智能化的制造系统中，管理是其中的重要组成部分。车间资源的管理包括任务的管理、设备的管理、工具的管理、工艺信息的管理等。资源管理的数字化必须对车间资源的相关数据进行收集并进行联网。西门子为车间资源管理信息化提供了一个平台：SINUMERIKIntegrate（SI）数字化平台。三、生产执行数字化28SI平台的连接及模块NC程序管理（MMP，ManageMyPrograms）机床刀具管理（MMT，ManageMyTools）机床远程访问（AMM，AccessMyMachine）机床生产性能评估（AMP，AnalyzeMyPerformance）机床状态监控（AMC，AnalyzeMyCondition）三、生产执行数字化29SI平台的模块集成三、生产执行数字化30机床管理在生产加工过程中，机床处于什么状态？机床的利用率是多少？机床有没有故障？什么原因造成停机？机床当前加工的是什么零件？三、生产执行数字化31AMP模块分析机床生产数据的软件模块机床状态信息的获取机床状态评估OEE数据采集机床之间可用性对比三、生产执行数字化32机器状态信息的获取3即插即用获取已存在的默认CNC数据给不同工件分配状态信息来提升分析质量在服务器上进行数据的中央存储机床厂家可自行配置额外的CNC数据自动存储状态数据24516机床本地的数据备份7以EXCEL表格形式导出操作日志、机床状态日志、报警日志、零件类型列表、统计数据等三、生产执行数字化33评估机床状态车间机床状态图机床日志分析机床日志频率分析机床状态评估机床停机原因分析报警统计分析加工统计分析统计分析单个机床内某零件类型的循环时间三、生产执行数字化34采集OEE数据设备综合效率OEE：OverallEquipmentEfficiency三个关键要素：可用率、性能指数、质量指数OEE=可用率*性能指数*质量指数可用率=操作时间/计划工作时间性能指数=理想周期时间/实际周期时间质量指数=良品数/总产量数三、生产执行数字化35NC程序管理现在要生产的订单的加工程序在哪里？什么时候、为什么、谁修改了加工程序？在加工程序中修改了什么，最新的版本是什么？如何快速可靠地调整到下一个订单的数控程序？三、生产执行数字化36ManageMyPrograms（MMP）模块Integrate服务器安装有程序管理客户端的操作站

安装有程序管理客户端的操作站三、生产执行数字化37MMP的功能轻松进行中央CNC程序的电子化管理、存档以及导入和导出，更快地设置新生产批次，整个生产区域中的机床都能随时使用最新的CNC程序。程序和其它产品信息（例如图纸）以附件方式从生产计划部简单地发送给机床。可以管理发布ID和其它文件，为生产环境中的机床分配角色，机床操作员只能查看与生产本身有关的信息，通过鼠标点击，操作员即可访问加工指令，启动机械加工过程、编辑程序和添加备注，所做更改也可发回生产计划部门。三、生产执行数字化38MMP的优点降低CNC数据管理的成本提高程序下传效率过程安全可靠用户友好三、生产执行数字化39切削刀具管理刀具管理包括采购、储存、组装、调试、重磨、重涂等环节。先进刀具管理要求刀具物流管理刀具准备刀具的保养和维护刀具库存透明三、生产执行数字化40ManageMyTools（MMT刀具管理）三、生产执行数字化41MMT软件功能3刀具在线概览对刀仪标准接口远程刀具管理功能刀具需求分析刀具统计24516与高层系统接口7安全引导刀具装载三、生产执行数字化42MMT的主要优点透明可靠快速、高效三、生产执行数字化43MMT刀具管理步骤三、生产执行数字化44产品生产验证过的程序、生产资源工件准备、试切数字双胞胎技术实现实时监控、仿真、推送质量检测产品设计工艺规划改进改进三、生产执行数字化45技术文档数字化工作记录、工艺设计书、切削方案、测量方案、生产资源规划书、工艺设计评估报告、加工程序、生产作业指导书、生产过程的经济性评价报告、机床状态报告、NC程序清单、切削刀具清单、产品完工文件服务器Teamcenter四、数控机床服务数字化46数字化服务设计人员服务人员数字孪生体客户主动服务产品性能收集主动、及时乃至提前的维护服务云平台产品设计生产制造售后服务四、数控机床服务数字化47数控机床的预防性维护传统的纠正性维修：在机床发生故障时进行维修，将数控机床的工作状态恢复到正常。预防性维护：在数控机床运行过程中对数控机床进行维护，对数控机床的各个系统进行检测和预防性维修，避免产生故障，使整个数控机床系统在规定的条件下完成规定的操作。预防性维护包括预防性检查和预防性维修。四、数控机床服务数字化48预防性维护措施设备前期设备状态维修期设备正常使用期数据采集、必要准备状态监测、分次项修计划执行、制度坚持四、数控机床服务数字化49云平台和机床状态监控开放式工业云平台----机床云管理----获取机床数据----预防性维护。西门子工业云MindSphere----机床管理软件MMM----随时随地采集机床数据。SI平台----机床状态分析软件AMC（AnalyzeMyCondition）。四、数控机床服务数字化50AMC的功能状态监控功能制定维护计划维护状态管理四、数控机床服务数字化51AMC的优点允许对在大范围分布的机床运行进行集中管理与执行基于机床实际状态的维护-----远程维护功能的基础。精准的状态监控，可灵活设计基于事件触发的或者基于时间触发的测试和诊断，使基于机床状态的维护通知与提示成为可能----自动化的维修和维护工作流程。利用IT平台，通过集中分析机床状况，有计划的维护和服务。基于