工業(yè)4.0意義上的生產與信息及交換技術的緊密連接對于有些人來說還是一件遙遠的未來的事。現(xiàn)在，機加工生產廠家已經(jīng)在使用他們綜合性的計算機化數(shù)字控制(CNC)機床來應對生產制造中的連貫的數(shù)字化挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，客戶專門需求訂單的份額在加大，這便要求機加工生產廠家必須提供生產制造中的靈活性。與此同時，企業(yè)一方面處在生產成本不斷升高的壓力之下，另一方面又處在競爭不斷加劇的壓力之下。
圖1 機器的設智能、具有高轉換能力、可簡單的設計規(guī)劃和投入運行，在未來的生產中，全部聯(lián)網(wǎng)；現(xiàn)實和虛擬的世界的連接
計算機輔助設計(CAD)支持的結構與計算機化數(shù)字控制機床(CNC)在生產中的生產流程存在障礙，而且現(xiàn)在這樣的障礙表現(xiàn)得越來越明顯：
● 在利用計算機制造(CAM)數(shù)據(jù)的基礎上生成的程序必須首先手工進行語法錯誤檢驗和更正，而這要求多種連貫性。
● 必須為機床操作人員提供文字的使用說明書。此外，當機器在生產中出現(xiàn)故障停機時，裝備機器的流程本身就需要占用多個小時甚至是幾天的時間。
● 刀具損壞會產生令人可怕的生產成本的升高，為了避免刀具損壞，在進行機床試車時，人們只能控制作業(yè)速度。
因為機器的調試人員看不到在封閉的機器設備內的加工生產流程，所以通過控制作業(yè)速度也無法完全排除機床試車時可能會發(fā)生風險。
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Festo公司以工業(yè)4.0意義的工廠和生產流程自動化的智能應用為目標，并且該公司還考慮到同樣的技術、人和培訓" src="http://img.vogel.com.cn/2017/12/14/5a320ff869b93.jpg"/>
圖2 Festo公司以工業(yè)4.0意義的工廠和生產流程自動化的智能應用為目標，并且該公司還考慮到同樣的技術、人和培訓
位于St. Ingbert的Festo公司的全球IT生產負責人Marco Merche非常了解這個問題。他說，一個工件夾緊裝置從4個加工作業(yè)面將工件夾緊。而夾緊裝置每個加工作業(yè)面都有5個夾緊結構件，這樣每個夾緊裝置便能夠夾緊20個加工工件。在加工作業(yè)中，可不設機床操作人員在作業(yè)現(xiàn)場跟隨著作業(yè)流程。”現(xiàn)在，“Festo公司每年大約為客戶量身定制提供并實施15000個的自動化機加工作業(yè)技術解決方案。當前正在測試位于Scharnhausen的一家工業(yè)4.0意義上的技術工廠。早在8年前，這家位于Scharnhausen的技術工廠便已經(jīng)開始在生產制造中實施“數(shù)字化生產”項目。
為了保持自己的競爭力，數(shù)字控制(NC)生產廠家需要連貫的連網(wǎng)作業(yè)流程，并致力于在虛擬結構中取得程序化和模擬以及實際生產制造的進步。
在虛擬機床上進行模擬
模擬軟件的提供方如Spring Technologies公司提供的Ncsimul機床符合在可虛擬機床上進行模擬的要求。現(xiàn)在，隨著該公司的軟件迅速且深入的進一步發(fā)展，近年來Spring Technologies公司已經(jīng)步入工業(yè)4.0意義上的智能化生產的道路。
圖3 通過對虛擬機器的模擬可在正確輸入刀（工）具數(shù)據(jù)的情況下在準備階段便消除了機器設備的矛盾沖突
這首先關系到，能夠可靠的避免機器設備的矛盾沖突，并且要將機器設備的裝備時間降至最低。通過在一臺虛擬機床上進行模擬，在具體輸入刀具數(shù)據(jù)時便可在準備階段排除矛盾沖突。與此同時，可使加工程序達到最佳化。此外，這樣還能夠縮短工件的加工時間。正如Marco Merche所介紹的那樣，在大批量的工件加工生產中，一些客戶加工的工件各有不同。工業(yè)4.0意義上的智能化生產的道路首先是能夠確保快速且靈活的落實客戶具有專門要求的合同訂單的生產。在此，排除了機器長時間的裝備時間，同時也不需要在紙上用文字書寫客戶的合同訂單，同時不需要人工驗證和校正數(shù)字控制(NC)代碼(Code)。模擬加工程序自動生成3D影像。程序員和機床操作人員可在電子計算機前或是通過觸摸平板跟蹤3D模擬中的整個加工作業(yè)流程，包括跟蹤用人的肉眼無法看到機床內部機床刀具的所有加工作業(yè)流程。
除了節(jié)省時間和費用成本外，在設置機器設備時，作業(yè)的舒適性也是設置網(wǎng)絡化生產的一個前提條件。過去單一生產程序形式的知識和建立在機床操作人員工作經(jīng)驗基礎上的技術訣竅，也能夠以數(shù)字化的形式作為整個企業(yè)的技術訣竅加以儲存和分享。Spring Technologies公司負責(DACH)DACH領域的總經(jīng)理Herbert Schoenle說：“自動化生成的數(shù)字控制(NC)程序可方便的發(fā)送到其他生產場地，也可發(fā)送給供貨商。這樣便生成一個數(shù)字化數(shù)據(jù)升級，可跨企業(yè)的進行傳輸和應用。”
最近，作為對模擬的補充，Spring Technologies公司將“Ncsmul 4 CAM”模塊投放市場。采用該模塊，工作人員只需點擊一下鼠標，便可實現(xiàn)機床更換。在此，可以閱讀來自各種不同的利用計算機制造(CAM)系統(tǒng)、數(shù)字控制(NC)代碼以及APT和CL數(shù)據(jù)。Herbert Schoenle解釋說：“在此，我們的軟件發(fā)揮著一個如同轉換器的功能。”他說，“老的數(shù)字控制(NC)程序能夠自動化的且在沒有外部后處理器的情況下轉換給新機型的機器。”在靈活制造的意義上，將對單機最佳應用的關注，推進到對將整個數(shù)字控制(NC)各機器生產單元作為一個相互關聯(lián)系統(tǒng)的最佳應用的關注。而接下來是實現(xiàn)各個機器的相互自主組織。而現(xiàn)在距離這一步還有很長的一段路要走。在Festo公司，人們在具體定義的框架內，在兩種類型的機器上進行替代性單件產品的加工制造，并且已經(jīng)開始了上一級控制和名為“飛行中的”(“on the flight”)程序化生產制造的測試。
