马扎克“数字孪生” | 生产现场的革命

“数字孪生”有什么用？

"数字孪生"技术最早由美国国防部提出，主要用于航空航天飞行器的健康维护与保障。通过“数字孪生”技术，我们可以在虚拟空间构建数字制造现场，实现与现实相对应的“双胞胎”。相较于以往的一般模拟，“数字孪生”的模拟实现了与现实联动的实时性。 

进入21世纪，美国和德国均提出了 Cyber-Physical System（CPS），也就是“信息-物理系统”，作为先进制造业的核心支撑技术。近年来，随着IoT技术的不断发展，现实世界的信息获取变得更加精准、实时，这为实现更高水平的模拟提供了基础，“数字孪生”技术的应用也愈发得到重视。

以飞机产业为例，通过应用“数字孪生”技术，可以提高喷气发动机的安全性和维护效率。

从安装在飞机各处的传感器，实时收集飞行数据和引擎运转状况等各种数据。通过在虚拟空间中复制飞行中的引擎状况，进行高精度的模拟，实现了预防重大事故于未然的高度运转监视和预防保全。  

 另外，在机体的开发工艺中，也使用了“数字孪生”技术。

 所有的零件、单元都被数据化，并在虚拟空间上完全设计模拟出试制样机。通过利用这个虚拟的试制样机进行各种条件的试飞，就能够在试制前找到需要改善的问题，以此减少试制次数，缩短开发周期。  

除了飞机产业之外，开发、制造、服务等各种产业和行业正在考虑应用这一技术。 

在制造业中，“数字孪生”技术可以解决劳动人口减少和熟练工不足等问题。同时在提高生产率方面，对“数字孪生”技术所能发挥的作用也寄予了很大的期待。  

“数字孪生”在机床加工中有哪些应用场景？

马扎克最新CNC装置“MAZATROL SmoothAi”融合了利用AI技术的编程功能和高度的自动化功能。同时，基于“数字孪生”技术的“MAZATROL TWINS”软件群，也被集合在这种最新的CNC设备上，实现了高效的数字制造方案。

 “MAZATROL TWINS”软件可以在办公电脑上构建虚拟的工厂和机床，从而为生产提供多种可能。

例如：

“Smooth Tool Management”，能够收集制造现场的刀具信息并进行统一化管理，并支持在办公PC上进行高效程序编制和加工模拟。

“Smooth PMC”，可以在办公PC上执行实时模拟，通过预测每台设备的运转负荷和产量，提升FMS的运用效率。

“Smooth CAM Ai”，可以使用虚拟模型进行高精度的加工模拟，实现了在办公PC上完成加工编程等，在现场进行的生产工序准备工作。

这样，以前单独管理的各种数据，通过“MAZATROL TWINS”的软件，被正确且实时地集中在办公PC上的虚拟数字空间中。这样一来，在办公室就可以进行工厂整体的运转分析和模拟，实现最理想的工厂运转。

马扎克的“数字孪生”解决方案具体是如何运行的？

利用虚拟机床实现数字工序准备

MAZATROL TWINS之一的“Smooth CAM Ai”是在办公PC上构建虚拟机床的CAM软件。这个软件上的虚拟机床，通过网络与现实车间中的机床共享的数据准确地复制了车间机床。因此，即使在办公室，也可以像机床在眼前一样，进行加工程序编制等工序准备。马扎克把这个叫做“数字工序准备”。

在Smooth CAM Ai 中，共享了在装有CNC 装置“MAZATROL SmoothAi”的车间机床中注册的刀具数据和坐标数据等。通过使用这些数据，可以在办公电脑上高效编制加工程序。此外，通过工件的CAD数据自动编制对话式程序的加工工序，从而大幅削减编程工时。

然后，制作的加工程序通过利用“数字孪生”的高级模拟可进行优化。例如，通过分析每把刀具的加工时间，从加工时长较长刀具入手，优化加工工序，从而可以提高效率，缩短加工时间。另外，通过在办公PC上的3D模型可完整复制实际加工的动作，可以事先确定机械干涉，防止机床在运转中的干涉。

像这样在办公电脑上进行数字工序准备，事先预测问题并采取对策，可以大幅度削减现场的工序准备时间和试制次数。

量产加工开始后，将机床的实时数据反馈给办公PC上的Smooth CAM Ai，用于进一步的加工改善。例如，将实际加工时的切削负荷和刀具长度的实测值等传送到Smooth CAM Ai。通过分析收集的数据，优化切削量和进给速度等加工条件，可以缩短加工时间。

这样，通过Smooth CAM Ai，将加工模拟和实际的加工数据在加工现场和办公室之间相互反馈，实现加工改善的持续循环。

MAZATROL TWINS通过数字工序准备，在缩短切削时间和提高加工面品质的同时，也有助于包括工序准备在内的整个制造流程的高效运行。

今后，山崎马扎克将以实现数字制造的解决方案为目标，进一步提升MAZATROL TWINS，通过活用“数字孪生”技术，为客户工厂的生产效率提高做出贡献。

（Mazak）

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