虚拟制造与现实生产有机融合，“数字化双胞胎”推动“金属加工4.0”

 “工厂规模空前，'数字化双胞胎'如何改变自动化世界?”

在奥地利恩斯多夫SalvagniniMaschinenbauGmbH工厂，金属板弯曲机整齐地排列着。而在世界各地每天开发和制造无数机器进行精密工作的工厂中，不断涌现新的技术，使金属板弯曲更简单、更高效。

而这一切因“数字化双胞胎”发生着改变，它指现实世界以及利用数字化技术营造的与现实世界对称的数字化镜像。“数字化双胞胎”将现实世界中复杂的产品研发，生产制造和运营维护，转换成在虚拟世界相对低成本的数字化信息，进行协同及模型优化，并给予现实世界多种方案和选择。

柔性化生产迎接新挑战

将简单的金属板制成成品前，必须考虑到过程中各种不同的影响。“在弯曲金属板时，有两个关键因素，”Salvagnini首席技术官(CTO)WolfgangKunze说：“采用的材料和机器本身，都是决定弯曲效果的关键。”最重要的是每块金属板特殊的材料特性：“每种材料的特性不同——例如铝、钢和不锈钢，它们具有不同的拉伸和弯曲强度，”Kunze解释道。根据不同的金属、批次和工件强度，还必须考虑到回弹的影响，否则弯曲效果可能会有很大差异。“这意味着，当不再有任何外力作用在上面时，制成的金属板总会略微变形回原来的形状。”他这样补充道。

传统的弯曲机通常需要手动校正，来确保始终如一的高品质。“这样，增加的工作量就耗费了公司宝贵的生产时间和资源，”Kunze说。

Linz机电一体化中心(LCM)有限公司销售主管ManfredReiter对此表示赞同：“若机器进行重新参数化，这些额外的工厂停机时间其实是非常昂贵的。”Linz开发人员经常与Salvagnini等公司合作，后者也遇到了类似的制造问题。

此外，许多金属加工公司除了生产大批量产品外，还生产小批量产品，他们希望能够在世界的各个角落都控制其生产活动。“作为机器制造商，每天都会遇到全新的挑战，”Kunze承认，“这就是为什么我们不断为客户提供创新的解决方案，并将LCM等合作伙伴公司共同纳入机电一体化领域中的原因。”

当梦想成为现实

为了满足面板加工的要求，Salvagnini开发了一种LCM解决方案，这不仅仅是为了实现面板弯曲，更标志着一场革命。这是一种全新的技术，有助于将共同的愿景变为现实：实时材料检测技术MAC2.0(材料状态校正的简称)。

所采用的材料和机器本身，都是决定弯曲效果的关键因素

“数字化双胞胎”应用实践

新技术究竟是如何发展的呢?“使用有限元法(FiniteElementMethod，FEM)，我们已经模拟了机器本身和各种面板属性，包括在弯曲过程中作用于材料上的成形力，”Reiter解释道。“通过这种方式，我们创造了一个材料和机器的数字化双胞胎，模拟映射了整个弯曲过程。”LCM的开发人员利用所有这些信息通过模型简化生成有效的仿真模型，然后将其集成到MAC2.0软件中。“通过MAC2.0，我们可以将高度复杂的仿真模型，实时传输到一个自动控制整个弯曲过程的软件，”Reiter自豪地解释道。利用这些信息，机器可以根据材料特性实时模拟弯曲过程，将其与有限元结果进行比较，并弥补出现的任何变化。这样，机器在弯曲面板时就能有很好的表现，而不会造成材料浪费。

所有这些步骤都在一个完全自动化的过程中完成。通过使用各种倍加福传感器，进行定位和面板厚度检测等任务，可以精确记录每个弯曲过程中的所有重要参数。

为了确定成形力，最初机器弯曲比通常稍慢。根据确定的值，自动重新调整机器中所有执行器的参数。一旦确定材料和机器的特性，就以正常速度进行弯曲。结果表明：无论面板的数量、厚度或材质如何，弯曲成形的精度都是±0.9°。“这个数值只有市场上典型偏差的一半，”Reiter这样说道，“只需要预先设定面板的类型和厚度，并且面板的测量弯曲程度必须达到40度以上——对于其他所有的面板弯曲，还需要确定校正的工具路径，并且可以使用Salvagnini控制系统。”

公司将从其工厂的数字化比对中获得许多优势。该软件在早期阶段可以检测磨损，并且始终为用户提供机器状态的精确概述，意味着无法预见的参数化和后续工作现已成为过去——这是预测性维护优势的一个真实示例。“随着数字化双胞胎的发展，现在客户可以在避免浪费的情况下进行生产，无论是单个生产还是批量生产，”Reiter说道，“许多应用难题因此迎刃而解。”

建立“数字化、网络化、柔性化”工厂

基于专业知识的共享，LCM和Neoception将网络化、全球化的生产更推进一步。这家新成立的公司是倍加福的子公司，是云网络连接和物联网方面的专家，开发了一个能够在机器和数字化双胞胎之间建立通信的接口：“为了确保连续的、跨系统的数据交换，我们与Neoception共同开发了一项云解决方案，来实现安全可靠地传输订单和处理数据，”倍加福全球物联网项目负责人BenediktRauscher说。

从订单记录到机器与其对应的数字化设备间的安全数据交换，Neoception可实现所有相关的系统间连续实时的通信。传感器数据通过NeoNeon云端不断从机器传输到模拟的生产图中，数字化双胞胎的过程优化数据就可以安全地传输回机器。“这就为客户提供了一种网络化、柔性化的生产解决方案，无论工厂位置多遥远，”Rauscher解释道。

跨界合作提升价值

网络化生产与数字化双胞胎间的相互作用可实现无废料的生产，并将工业4.0带入日常生活中。“我们的客户可以获得透明、智能、自适应的机器，”Kunze热心说道。“在面板弯曲中使用数字化双胞胎只是一种应用可能，”Reiter继续说道。“每个行业都有自己独特的问题，我们的技术可以采用到广泛的应用中，”他补充道。无疑，通过汇集各领域的专业知识，将为客户提供真正的附加价值，并在各个层级提升透明度。