古語(yǔ)有云：工欲善其事，必先利其器。對于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，這個(gè)“器”毫無(wú)疑問(wèn)就是機床。作為“制造機械部件和機器的機器”，機床為千行百業(yè)的發(fā)展奠定根基。隨著(zhù)“十四五”規劃綱要明確了制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的主線(xiàn)，如何提高機床自身創(chuàng )新發(fā)展也成為新時(shí)代的重要課題。

除政策等外部因素的助推，在“以設計為中心” 的機床制造商（OEM）和“以生產(chǎn)為中心”的機床使用者（最終用戶(hù)）雙維度下，新的需求變化已經(jīng)顯現。這種變化主要體現在四個(gè)方面：最為明顯的是，機床制造商面對激烈的競爭迫切希望縮短機床的設計、研發(fā)、驗證時(shí)間，減少試錯成本，提高設計質(zhì)量和設計效率，并能夠快速將機床交付到市場(chǎng)；在機床本身的制造過(guò)程中，機床制造商同時(shí)也作為機床的使用者，需要獲得加工過(guò)程相應數據的可追溯及透明性，以確保機床零部件的質(zhì)量；在推廣和銷(xiāo)售階段，傳統的實(shí)體機床展示或者印刷關(guān)鍵參數樣本的模式早已不能滿(mǎn)足機床使用者的要求；最后，當機床進(jìn)入應用環(huán)節，機床設備制造商希望獲取機床的運行數據，并借助大數據分析來(lái)優(yōu)化機床的設計，從而形成持續優(yōu)化的閉環(huán)。

面對機床行業(yè)的挑戰，運用數字化技術(shù)提升高端機床的正向設計、研發(fā)水平，實(shí)現技術(shù)的快速迭代，成為共識。

虛擬調試技術(shù)突破機床創(chuàng )新瓶頸

高端機床的設計、研發(fā)是一項高投入、低成功率的工作，加之回報周期長(cháng)，技術(shù)與工藝需要多年積累以及長(cháng)期的驗證、試錯漸進(jìn)式迭代，成為制約機床創(chuàng )新的主要瓶頸。

借助虛擬調試技術(shù)，機床廠(chǎng)在機床研發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中，可以將原來(lái)需要依次順序完成的研發(fā)制造流程/步驟，改為并行執行。當新機床的3D模型設計完成之后，即可使用機電一體化概念設計軟件和數控系統構建虛擬設計和調試軟件環(huán)境，進(jìn)行機床的動(dòng)態(tài)設計、調試、驗證，在不具備物理樣機的情況下，輕松仿真檢測和糾正設計錯誤，以及測試所有功能。

虛擬調試技術(shù)帶來(lái)的價(jià)值在中國落地的項目中已經(jīng)得到印證。上海機床廠(chǎng)有限公司作為中國知名的精密磨床制造企業(yè)，在公司改制并亟待數字化轉型的關(guān)鍵節點(diǎn)，選擇了西門(mén)子基于SINUMERIK 840Dsl + MCD 的機床數字化設計、驗證和虛擬調試數字化雙胞胎解決方案，用以?xún)?yōu)化機床設計流程，規避機械設計錯誤，并成功地將整體設計周期縮短30% ，現場(chǎng)調試時(shí)間縮短70%，加速產(chǎn)品上市。這是西門(mén)子最近在中國又一個(gè)落地實(shí)際銷(xiāo)售和實(shí)施的機床行業(yè)數字化設計平臺項目，也是虛擬調試技術(shù)的典型應用。

虛擬機床技術(shù)加速生產(chǎn)數字化驗證

對于機床使用者來(lái)說(shuō)，高效、高精度加工是他們追求的永恒目標。而從醫療設備，模具加工的精密零部件，到航空航天、風(fēng)電領(lǐng)域大型結構件，隨著(zhù)加工計劃和加工過(guò)程的復雜度越來(lái)越高，機床加工過(guò)程往往會(huì )發(fā)生銜接錯誤。這個(gè)階段，數字化技術(shù)可以在物理世界進(jìn)行真實(shí)加工之前，就在虛擬世界中進(jìn)行產(chǎn)品仿真驗證，支持保障后續實(shí)際生產(chǎn)。

針對機床使用者的金屬切削數字化驗證平臺虛擬機床，可以在軟件環(huán)境中打造一個(gè)和實(shí)際機床近乎100%一致的“投影”，在這樣的軟件環(huán)境下，無(wú)需使用實(shí)際機床、夾具、刀具、毛坯等實(shí)際物料，即可實(shí)現和實(shí)際機床近乎 100% 相同的試切仿真驗證，并能保證仿真之后的代碼程序在客戶(hù)實(shí)際機床上一次性正確執行，而不用二次調整，從而可以大幅縮減試切時(shí)間，試切成本，并且可以規避碰撞。此外，虛擬機床是基于控制器級別的仿真驗證，擁有眾多強大的功能，以及可以達到和實(shí)際機床近乎相同精確度的速度、加速度、節拍時(shí)間等，這些天然優(yōu)勢是當前機床制造企業(yè)所采用的傳統CAM仿真驗證軟件所無(wú)法比擬的。

目前，該技術(shù)已在西門(mén)子中國眾多客戶(hù)項目中得到了應用：例如沈陽(yáng)機床、南京寧慶、深圳創(chuàng )世紀、友佳等。 

數字化賦能機床全價(jià)值鏈

除關(guān)鍵環(huán)節的助力，數字化已經(jīng)涵蓋機床整個(gè)產(chǎn)品生命周期。當機床的設計、生產(chǎn)環(huán)節在虛擬世界中得到驗證和優(yōu)化后，數字化技術(shù)可以幫助實(shí)現產(chǎn)品的性能評估和改進(jìn)。例如，在西門(mén)子技術(shù)支持中心網(wǎng)站上有一款備受關(guān)注的“網(wǎng)紅” —— 自適應控制及監控系統ACM，它通過(guò)實(shí)時(shí)監控切削狀態(tài)，優(yōu)化進(jìn)給倍率，可縮短30%以上的金屬切削時(shí)間，同時(shí)實(shí)現機床主軸保護、刀具磨損監測、主軸驅動(dòng)保護等多項功能。更重要的是，借助數字化技術(shù)當機床進(jìn)行真實(shí)的生產(chǎn)加工之后，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的數據將會(huì )反饋到虛擬世界中，對產(chǎn)品的設計進(jìn)行持續地優(yōu)化改進(jìn)。 

數字化也正在催生新的銷(xiāo)售和服務(wù)模式。例如，在機床銷(xiāo)售招投標階段，虛擬調試和虛擬機床可以作為數字化銷(xiāo)售工具，向客戶(hù)“眼見(jiàn)為實(shí)”地詮釋機床功能及加工效果，提高方案中標率。在實(shí)際機床銷(xiāo)售階段，還可以搭配銷(xiāo)售一套虛擬機床，獲得更多的機床銷(xiāo)售的附加值。此外，在機床售后培訓階段或教育培訓領(lǐng)域，使用虛擬機床，可以對經(jīng)驗不足的操作編程人員進(jìn)行培訓，避免操作人員因經(jīng)驗不足導致的機床碰撞、設備損壞和經(jīng)濟損失，大幅節省培訓投入實(shí)際機床所需的成本。 

促進(jìn)關(guān)鍵能力提升，助力機床未來(lái)發(fā)展

隨著(zhù)數字化技術(shù)的深度融入、制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，機床也不再是純粹的單機設備和“執行者”。機床加工行業(yè)早已從單一零件單一工序的單機設備制造向復雜零件、多道工序的集成制造平臺轉變。生產(chǎn)過(guò)程中，機床越來(lái)越多參與通用設備及特殊設備之間的協(xié)同合作，以滿(mǎn)足產(chǎn)品解決方案的實(shí)施，全集成自動(dòng)化能力將成為提升中國制造水平的決定因素。

在執行過(guò)程中，機床產(chǎn)生了大量關(guān)于設計、生產(chǎn)以及產(chǎn)品的數據和信息。如何有效地采集、分析這些數據，用于生產(chǎn)效率的提高，也成為未來(lái)企業(yè)競爭力提升的重要支撐點(diǎn)。

中國機床工業(yè)一路伴隨著(zhù)中國經(jīng)濟的騰飛，經(jīng)歷過(guò)巔峰，也觸達過(guò)低谷。如今，站在高質(zhì)量發(fā)展的時(shí)代命題下，數字化技術(shù)將加速中國機床工業(yè)進(jìn)入創(chuàng )新發(fā)展的新時(shí)期。西門(mén)子憑借60余年深耕機床數控行業(yè)的經(jīng)驗，以及覆蓋機床制造業(yè)全生命周期的一站式解決方案，將攜手各方合作伙伴，助推“工業(yè)母機”向高端制造更進(jìn)一步，開(kāi)啟中國機床市場(chǎng)數字化制造的黃金十年。