与以往相比，当今的生产过程表现出更为灵活、更为高效的特点，因此，加工过程的简约化、标准化和技术优化已成为工作目标。无论夹持技术与设备类型如何，数控系统都是最重要的关注点。

生产工艺正面临多重压力：生产量要提升、资源消耗要降低等等。生产过程的差异性以及难加工零部件比重正日益凸显；相反，批量生产规模却在不断萎缩。有何办法解决呢？

根本上说， CNC高标准有助于必要工序步骤的推进(图1)。生产计划和工作准备，包括零部件编程与发放、操作员灵活调配、备件保养、维修与存放，所有种种都直接得益于符合从开始到完成关系的CNC系统网络。而且，同类CNC网络也会推动单个设备朝生产线横向整合，加快单个设备与更高级IT系统的纵向连接。

图1：采用资源节约型的高效工艺，以及优化利用自身生产能力，让欧洲制造企业的竞争力得以保障。CNC的高效标准化，简化了此项工作

CNC不仅仅是机床零部件

从德国“Industry 4.0”IT战略观点看，明显可以得出CNC绝非机床某一零部件这么简单：它在众多生产界面中，扮演着至关重要的角色。

为发挥这一作用，CNC技术必须具备跨界性：CNC也可同样处理车削、铣削、铣削车削两用、车削铣削两用和磨削等工序。此外，CNC必须支持某一生产过程以及高级加工中心的专用设备。同时，利用转换函数，简化和统一了完全不同的动力操作过程。

作为机床制造商自动化任职合伙人，以及跨界、跨技术制造企业，西门子公司长期提供符合广泛标准的控制与驱动产品组合，不断提升以上标准的运用潜力。

图2：从初级应用到高级应用的所有操作及编程理念，用于一切生产技术和动力学：Sinumerik操作系统软件协调、简化了生产程序

所有技术与机床操作理念一致、统一

作为生产链中不可或缺的一环，操作员必须在工作中，尽可能获得CNC的最佳支持。由于生产效率的要求以及之后对操作员要求的节节攀升，因此，这一点最为中肯。

当前，西门子公司所产的Sinumerik系列全部机床控制器操作界面触手可及、别无二致，操作系统为Sinumerik操作系统(图2)。尽管高级操作功能已针对实际运用有所调整，但从初级模式到标准，再到高级模式，以及从长久以来的简单车削/铣削设备到复合设备，这一操作系统也能与应用达到相互统一。

在各式各样的动力运用与各类生产技术之中，绝大多数生产商所产设备亦是如此。依靠其开放式系统架构，可简单整合厂商指定的设备或技术运算符号。

操作舒适度可与当今PC相媲美。生动形象的各种元素，使得重要操作步骤一目了然，确保晦涩费解的ISO标准内容与循环编程变得通俗易懂。对于CNC与机械功能而言，只有经验丰富的操作员方可利用Sinumerik操作系统；否则，要经过全面的初始培训，方能操作。这点也正是该系统软件为何如此快速成为机床人机界面(HMI)一大标杆的原因之一。

图3：装配、程序岔断：操作员干扰期间，使用首创的Sinumerik 840D sl用零冲突3D冲突检测仪，避免巨大损失的发生

此类操作理念的统一，以及适用于各类生产技术与设备，都大幅简化了操作员更换机器过程，有助于避免失误发生，减少基础培训工作量。此外，该类操作还具备更多优点，包括：所有单个技术界面统一，可有意识地将众多夹持技术融入一台设备中，实现设备复合化。设备实现功能复合后，即可节省占地空间，又可确保生产过程更柔性、合理化，更可去除一系列重复装卡过程。结果，这不仅节省了时间与工作量，更有利于实现生产的高精度化。

因此，设备复合化已成为制造业重点趋势。然而，如何在实践中有效拓展高性能这一概念，关键取决于CNC能否保证设备的功能轻易发挥出来。

同时，Sinumerik操作系统操作界面的技术与操作功能正不断得到扩展，故而，可向操作员及生产过程提供CNC内部最佳的可用信息。例如，日前，高速切削的潜在性能与使用便捷性已得到进一步提升。

图4：3D模拟已扩展至夹持技术在内的方方面面。如今，凸缘或转轴可清楚显示；可视化更逼真，操作员可发现其他方向

防冲突与拓展后回退功能

一旦设备工作区内发生冲突，可导致巨大损失。虽然稳定而有效的切削制程冲突实时监测技术前提仍未推出，但长远看来，程控加工期间可有效避免刀具与工件发生冲突。例如，Sinumerik操作系统可使用NX-CAM加工链中的离线功能。

当操作员干预该过程时(即在程序岔断与调整工序期间)，防止出现撞击的相关损失的需求最为突出：由于工件和切削边缘不容易被发现，因此，有可能对数据透视表与主轴间的冲突情况无法察觉。

Sinumerik操作系统的这一新功能“防碰撞”(图3)可避免出现巨大损失、高昂维修费以及由损失和维修造成的高代价故障时间。借助CNC，可有效监测静态/动态设备组件以及刀具边缘的防碰撞情况，甚至，可采用复杂技术：如使用B轴，进行5轴模拟铣削或车削。此外，还可利用3D可视化技术(图4)，提早识别屏幕显示的碰撞风险。

回退功能也得到全新拓展，有助于操作员在功率损耗而安全停机的设备上，进行轴回退操作。若刀具和工件未受损，可在分块查找后，立即在中断点恢复加工，从而，最大程度减少工作中断造成的各类代价与延迟。

图5：如今，采用Sinumerik CNC后，智能手机或平板电脑能显示刀具与设备维修现状等相关内容；刀具数据可同上述移动终端设备进行输入，是较灵活进行人员调配的好方法

Industry 4.0建立与IT界沟通的桥梁

“Industry 4.0”中心要素是数据级下的机械电子系统网络。对于拥有尖端IT技术的制造企业来说，机床已如同智能系统般，可以实现集中网络化。进而，某些重要终端客户也已发挥了巨大潜能，如汽车制造业。然而，该项IT智能系统的独特目的对中小企业来说，更具吸引力：完善设备使用、加快开展生产、展开生产相关设计、应力保持性、预防维修、自动生产要求、提供零部件加工与刀具数据、计算优化单件能源成本……以上种种话题都同未来可持续制造理念息息相关。

然而，机械与IT的联姻初始成本高、入门级解决方案缺乏、可扩展性不高等等已成为当前阻碍IT整合之路的一大绊脚石。

使用机器人搬运动态工件

借助Sinumerik产品套装“Integrate for production” (生产整合)，已制订出适用于需求为导向的IT界易扩展标准。该标准基于某种客户服务器架构。有了该架构，客户端软件可由CNC直接驱动。因此，该应用领域无须添加PC硬件。更多优点还包括：借用客户端软件，能发挥无连接网络的单个机床上全部功能，这点意义非同寻常。之后，可下载软件，灵活扩展客户端各功能。

机床网络化后，再连接中央服务器。通过相应应用程序，制造生产率可较大提升，甚至达到简化设备生产商服务的程度。此方案扩展性卓越，足以脱颖而出：从独立式设备或本地生产网络到多功位应用，Sinumerik Integrate软件适用对象满目皆是，这使得其优点与扩展灵活性显而易见。自小成本的初投资伊始，便可按照个体需求与各项制造过程优点，完成IT整合过程。至于已有工程数据管理系统(PLM系统)或采用生产控制系统的企业，如今已能通过达到生产水平，方便地扩展系统利用性。故而，或可参考管理层流向控制系统的数据，或可从该软件显示的协同优点中获益良多。中小企业可采用Sinumerik Integrate软件，成功连接Industry 4.0网络化生产的更重要话题是搬运动态工件。Sinumerik CNC软件还可配合使用全新Run-My-Robot技术包，实现机器人调配优化，完成需要使用机床来完成的各项工作，尤其是上下料装卸过程。利用单个操作装置上的Sinumerik系统以及广为熟悉的人机界面，可应对操作、回退、学习和机器人诊断等交互作用，从而提升机床效率与灵活性。

采用基于CNC标准与创新思路，提高生产量

无论在企业或是车间，凡是想保持竞争力的均须不断探索现代生产方法。依托富有极强创造力的自动化合作伙伴，并且，积极承诺进一步构思全新操作理念、进一步开发生产技术、提升加工链与IT高级技术，机械制造与制造企业的一整套标准成为实现技术创新的简单有效手段，与实践相关的尖端成熟行业运用(图5)。

Joachim Zoll: 德国爱尔兰根市西门子股份公司机床产业部主任，邮编：91052；更多资料：Karin Kaljumae，德国菲尔特市西门子股份公司，邮编：90765；传真：(09 11) 6 54-42 71，E-mail: karin.kaljumae@siemens.com。