節(jié)約能源和資源是機床行業(yè)的大勢所趨。機床制造商和機床用戶分別從自身的角度看待機床的可持續(xù)發(fā)展：自身的制造過程和客戶的運營效率。西門子數(shù)控 SINUMERIK ONE 和軟件解決方案針對這兩個方面推出了豐富的助力可持續(xù)發(fā)展的功能。

伴隨著能源價格不斷上漲，同時為了實現(xiàn)節(jié)能減排目標，機床能否節(jié)約能源和資源對于機床行業(yè)非常重要。機床是否能夠提高能耗透明度或直接實現(xiàn)節(jié)能目的，正成為機床產(chǎn)品占領(lǐng)市場的關(guān)鍵。因此，SINUMERIK ONE 及其數(shù)字化軟件解決方案在機床制造方面提供的眾多助力可持續(xù)發(fā)展的功能受到廣泛關(guān)注，這些功能可以惠及機床制造商 (OEM) 及其最終用戶。

我們先從 OEM 的角度出發(fā)，探討如何在機床的開發(fā)、生產(chǎn)、調(diào)試和操作過程中實現(xiàn)節(jié)能減排目標。機床數(shù)字孿生是在各個環(huán)節(jié)中實現(xiàn)降低成本和提高效率的基礎(chǔ)。“Create MyVirtual Machine（簡稱CMVM）”在設(shè)計流程引入了完整功能和組件的數(shù)字孿生，無需使用實際的硬件就可以完成機床的數(shù)字化調(diào)試。此外，通過數(shù)字孿生還可以同步執(zhí)行多項任務，在設(shè)計過程中不必嚴格按照先后順序執(zhí)行每一道工序，從而進一步節(jié)省時間和成本。

可實現(xiàn)仿真功能的數(shù)字展示平臺

除了“Create MyVirtual Machine ”，我們還進一步推出了“Run MyVirtual Machine（簡稱RMVM）”。機床制造商可以從兩方面獲益：首先，可以將Run MyVirtual Machine作為機床虛擬展示平臺，展示尚未實際生產(chǎn)的機床原型機。潛在買家可以看到如何通過數(shù)字孿生制造特定機床組件。其次，機床制造商可以將 Run MyVirtual Machine 作為虛擬編程平臺提供給客戶，幫助客戶做好生產(chǎn)準備工作。這一功能可以利用數(shù)字孿生技術(shù)，實現(xiàn)真實且無風險的仿真。它涵蓋了工作空間、軸位置值，并兼顧空閑時間。通過數(shù)字孿生及 Run MyVirtual Machine 進行編程、試運行、坐標偏移值校正和點動模式，每個執(zhí)行的數(shù)控程序預計可以實現(xiàn)超過 80% 的能耗下降（圖 1）。

圖說：使用Run MyVirtual Machine，每執(zhí)行一個數(shù)控程序可節(jié)省超過80%的能源

能耗透明度

Ctrl-E 是 SINUMERIK 的一個典型功能，便于用戶掌握能耗情況，這一功能需要機床制造商在機床上提供必要的訪問權(quán)限。當滿足訪問此功能的條件時，按下 Ctrl + E 快捷鍵就可以清晰顯示包括主設(shè)備和輔助設(shè)備在內(nèi)的整臺機床的能耗情況。基于這些信息，就可以評估并推算出如何在空閑時間降低能耗。以一臺示例機床為例，一年內(nèi)總計節(jié)省的能源達到 920千瓦時，這大致相當于機床基礎(chǔ)負載產(chǎn)生能耗的 5%。該示例直觀展示了該功能作為機床制造商銷售賣點的價值所在。

加工速度更快、能耗更低

節(jié)能并不意味著在某些方面造成損失。相反，通過自適應加工控制“Optimize MyMachining /Adaptive Control自適應加工控制” 功能，在硬件不發(fā)生改變的條件下就可以創(chuàng)造更多價值。這不僅可以加快加工過程，還可以節(jié)省能源。在維也納工業(yè)大學生產(chǎn)工程與光子技術(shù)研究所 (IFT) 的一項研究資助項目中，清晰展示了這個功能的與眾不同之處。

僅通過在特定實驗設(shè)置中對工件進行自適應加工控制，便可以節(jié)省 20% 至 25% 的加工周期時間和能源。圖片中是來自機床制造商 WFL 的一臺機床（圖 2）對鋁制工件進行不同深度型腔的粗加工（圖 3）。該機床配備了測量設(shè)備，記錄了整臺機床以及各個組件（如軸和冷卻系統(tǒng)）的功耗。此外，SINUMERIK 的跟蹤模塊還測量了軸和主軸的有功功率。

圖說：通過使用自適應加工控制技術(shù)，在 WFL機床加工測試中，可節(jié)省 20% 到 25% 的加工周期時間和能源。

來源：維也納工業(yè)大學

圖說： 在測試機床中，在鋁制工件上粗加工出不同深度的型腔。

“我們專門挑選切削速度和進給量等行業(yè)常用的加工參數(shù)。我們對采用自適應進給控制和不采用自適應進給控制情況的工件粗加工進行對比，并評估了不同軸向切削深度對組件的影響。”負責實驗的維也納工業(yè)大學研究助理 Peter Weissenböck 對此解釋道。“我們給與 ‘Optimize MyMachining / Adaptive Control 自適應加工控制’最大的自由度，進給量最大值增加到 150%。節(jié)省的周期時間和能源非常振奮人心。”毫無疑問，控制層面的優(yōu)化可以實現(xiàn)的節(jié)省效果因機床和工件的不同而有所差異。但值得關(guān)注的是，該粗加工采用了行業(yè)的典型設(shè)置，其中涉及到機床、工件和加工參數(shù)。

維也納工業(yè)大學 IFT 控制工程與集成系統(tǒng)研究小組負責人、助理教授 Thomas Trautner 博士對此結(jié)果感慨道：“相對于節(jié)能 20% 或 25% 或者僅僅15% 或 10%，更重要的是，我們開辟了一種全新的方式，可以在現(xiàn)有硬件的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)更多目標。通過運行軟件就能大幅提升生產(chǎn)力，這在以前是難以想象的。”

通過使用 “Optimize MyMachining /Adaptive Control 自適應加工控制”功能，在提高加工速度的同時還可以降低能耗，實現(xiàn)了生產(chǎn)力和可持續(xù)發(fā)展的雙重目標。實現(xiàn)加快生產(chǎn)速度同時降低能耗的秘訣在于縮短周期時間，進而降低基礎(chǔ)負載。如果縮短制造過程的時間取得顯著成果，最終能夠以更快的速度和更低的綜合能耗生產(chǎn)同等質(zhì)量的零件。

西門子的機床產(chǎn)品組合中提供了多種可以實現(xiàn)節(jié)能降耗的功能，涵蓋了機床自身及使用機床完成的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在此并未一一例舉。無論是提高自身生產(chǎn)優(yōu)勢還是成為機床的賣點，生產(chǎn)過程中實現(xiàn)節(jié)能降耗可以惠及所有人。