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西门子以“数字化双胞胎”应用推进机床工业的数字化
? 以“数字化双胞胎”为核心的数字化企业解决方案为机床制造商和机床用户创造全价值链优势
? mindsphere的“manage mymachines”应用程序开启数字化企业的新型业务模式
? 软硬件全面升级的sinumerik 840d sl数控系统可集成到全集成自动化（tia）环境，与plc直接通讯
西门子在今天开幕的第十届中国数控机床展览会（ccmt 2018）上，重点展示了机床加工与制造过程中如何借助“数字化双胞胎”来实现从产品研发、设计、生产、直到服务的全过程，从而提高生产力、可用性和过程可靠性，优化加工精度、设计、加工过程乃至维护和服务。同时，西门子在本次展会上延续了 2017汉诺威国际机床展的展示理念，借助实际案例展示了“数字化双胞胎”在机床制造商和机床用户中的应用以及其所带来的优势。
“产品研发到生产的不断整合是迈向‘工业4.0’的关键。” 西门子（中国）有限公司数字化工厂集团副总裁、运动控制部总经理frank golueke表示，“西门子一直致力于数控制造领域的仿真、虚拟机床以及数控系统与工厂it系统的集成，以持续深化这一过程。”
借助“数字化双胞胎”实现机床加工与制造的数字化
采用西门子控制技术的机床，其虚拟机床的控制系统与西门子的sinumerik数控系统使用相同的语言代码。借助虚拟nc内核，可生成仿真和试运转的“数字化双胞胎”，即完全对应的虚拟镜像，从而提前对程序和复杂运动序列进行虚拟测试，以提高实体机床后续加工的精确度和可靠性，最大限度缩短调整时间。这些优势在小批次、定制化产品的生产中更为明显。
在西门子还展示了其功能强大的、基于云的开放式物联网操作系统mindsphere在机床领域应用的多种连接和安装选项。利用mindsphere上的“manage mymachines”应用程序，西门子在展台上连接了北京数控技术应用中心的两台机床，向现场观众展示借助该应用程序所采集和分析的相关机床数据。“manage mymachines”能轻松快速地将sinumerik 840d sl 这样的机床数控系统与mindsphere相连，为用户提供来自联网机床的息，使用户能清晰地了解机床的当前以及历史状况，从而缩短机床停机时间，优化服务和维修流程，提高生产力。
sinumerik ——数控系统软硬件全面升级
在本次展会上，西门子还展出了一系列数控系统软硬件的新产品，其全系列的sinumerik 808d、828d和840d数控系统，全面覆盖从普及型和标准机床控制方案、到模块化高级解决方案，再到高端工件生产的智能解决方案。sinumerik 808d advanced 是基于操作面板的普及型数控系统，其结构紧凑、使用方便，适用于车削和铣削应用。sinumerik 828d basic、828d 以及828d advanced都是高性价比的数控系统，数控性能高，便于调试。
全新升级的sinumerik 840d sl数控系统采用多核处理器技术、基于驱动的高性能 ncu（数控单元），性能潜力更高。在 ncu 链路中，30 个加工通道可控制多达 93 根轴。使用该数控系统的多轴机床，可在最短的加工时间内完成极高的加工精度。sinumerik 840d sl 的ncu 性能可扩展，其操作部件还采用了高度模块化设计。例如，借助于灵活 m:n 操作，所有操作面板都可与 ncu 配套使用。此外，sinumerik 840d sl还具有优秀的开放式架构，通过采用sinumerik integrate，可根据机床的工艺条件对数控系统进行最佳调整，从而确保生产自动化环境的高度灵活性。sinumerik 840d sl 采用领先的工业以太网标准profinet进行通，出色的通功能可完美集成到西门子全集成自动化 (tia) 环境，并通过tia博途工程软件平台进行工程组态。先进的触控屏幕技术为机床操作带来崭新的智能生产体验。
在软件方面，sinumerik拥有便捷操作的用户界面。sinumerik operate用户界面上设计了大量功能来简化sinumerik的操作。比如预先配置好的边屏显示（sidescreen），不仅丰富了人机界面（hmi） 的原有界面，还能提供更多功能。针对当前操作任务，边屏显示会显示所有相关息，一目了然。另外，用户可以随时合上或展开、水平或垂直滚动边屏显示来浏览内容。其次，为了保障机床的高可用性，sinumerik还提供了实时的防碰撞功能collisionavoidance。无论是使用一个 ncu 的单通道加工，还是五轴同步铣削等复杂加工，防碰撞功能都可有效防止机床上发生意外干涉，为安全生产保驾护航。
人机对抗”的说法难免有危言耸听之嫌，进一步了解人工智能，人们早已发现情况并非如此。如今，变革已经开始，德国各工业企业正在试图互相挖角，尤其是那些跨学科人才，比如具备物理工程知识的数据科学家。只有他们能将人工智能生成的相关数据转化为现实应用。例如，列车操作员收到指令，要在某个时间前更换某节列车的某个部件。而要发出这条指令，需要兼具预测性维护、风险分析的相关知识，还要了解替换部件的可用性，甚至是列车所在国家的法律法规。所以说，只有人类才可以将数字化世界的洞察运用到现实世界中。
正因如此，在高精度作业时我们总是依赖于娴熟的手工劳动。例如，在慕尼黑allach区的工厂里，生产和维护机车时的工作精度达到十分之一毫米。只有交给专业技术人员，我们才能保证列车的性能。
目前有三大趋势并行：新的就业机会正在产生、一些岗位逐渐被淘汰、还有一些岗位则正在发生着改变。若想人工智能对人类社会产生积极影响，就必须确保商业企业——包括大中小企业甚至零售商——都能广泛应用人工智能。我所讲的是工业人工智能，即结合了专业知识的人工智能。我们的目标是创造“数字化伴侣”，它相当于人类的智能助力器。这种为人类赋能的人工智能技术必须得到普及。但是，我们不能只投资研发，还要投资培训，把这些技能在幼儿园、小学、高中和大学中推广。
我们通过“工业4.0”成功开启了数字化转型，而工业人工智能将这一转型提升至全新高度
人工智能推动“工业4.0”进入下一阶段
工业大国想要从当前的工业革命中获益，需要工业企业、政府官员、科学家和社会各界合作伙伴们通力合作，制定类似德国“工业4.0”的成功举措。“工业4.0”已是世人皆知的术语，它将在人工智能的助力下迭代升级，因为未来的一切都将和人工智能息息相关，包括it技术、工业生产、工厂运营、产品性能和服务模式等。工业人工智能将推动“工业4.0”进入下一阶段，巩固德国等工业大国的实力，这一点与美国和中国企业主导的消费品产业所应用的人工智能有所不同。
在位于慕尼黑的西门子机器人实验室内，机器人在没有预先编程的情况下组装产品
人工智能是未来发展的关键
有关人工智能的恐慌论是片面的。我认为人们忽视了重要的一点，那就是人工智能对国内生产总值（gdp）的未来增长十分关键。考虑到人口结构的变化趋势，全球年均3.5％的gdp增长率注定难以为继。经济必须转型，可以通过人工智能技术和技术密集型劳动力而非劳动密集型劳动力来实现，基于资质和生产力创造价值。
无论是国家还是企业，若想在今天取得成功，就必须使经济适应未来发展。知名市场研究机构一致预测，如果人工智能得以正确并且持续地应用，它将有可能提高德国等经济体的gdp。我们已经通过“工业4.0”开启了数字化转型，而工业人工智能可以帮助我们达到一个全新的高度。
西门子今日在北京举办工业网络专家计划发布仪式，同时宣布对外招募工业网络专家合作伙伴。通过这一计划，西门子希望携手合作伙伴构建数字化时代的工业通讯网络生态系统，为业内专家提供完整的工业通讯网络培训和认证体系，全面提升中国工业网络行业的整体实力，从而具备为各领域客户量身打造工业通讯网络的强大能力，助推数字化转型的落地。
面向未来的工业通讯网络是打造数字化工厂和实现数字化转型的基础。数字化时代的通讯网络需要具备高可靠性、可用性和安全性，还要实现息技术（it）与制造技术（ot）网络的融合，更长远的目标还包括与云的连接并对之进行监控。作为一个复杂的系统工程，这一目标需要专业能力来支持，需要经过详细的规划与分析、通过定制化的设计方案确保技术与企业的息环境实现安全和可靠的对接。“西门子凭借在工业网络规划、设计和实施方面数十年的丰富经验，在提供定制化工业通网络产品、解决方案与服务，乃至全面的设计与实施支持同时，确保了工业通网络与企业it系统的连接能够满足未来不断变化的需求。”西门子（中国）有限公司过程工业与驱动集团副总裁、过程自动化部总经理姚峻表示。“工业网络专家计划的开展将构建起一个工业通讯领域的专家社群，从而提升国内工业通讯领域的整体能力，为各行各业的数字化转型铺平通讯之路。”
工业网络专家计划的一个重要组成部分是工业网络专家国际认证培训项目。该培训项目内容涵盖工业网络相关领域的专家级的专业知识，如包括交换、路由、安全和无线通讯在内的工业通讯技术，以及工业通讯网络作为自动化技术如何与it接口等。这也是目前工业通讯领域内最为完整和系统的国际化培训与认证体系，能够提供层级式的认证培训。西门子目前已经在中国部署并开放了直至工业网络专业认证（cpin）一级的专家培训认证课程服务。
西门子在工业通讯领域已经有数十年的经验，早在1985年就开始提供工业以太网解决方案。西门子工业通讯产品和解决方案已经贯穿工厂自动化局域网通讯、无线远程通讯，并可跨越广域网和internet，打造直至云端的完整数据通道，并将随着新技术的发展而持续拓展。在今年的汉诺威工业博览会上，西门子将新的通讯技术列为数字化企业未来发展的方向之一。西门子将基于时间敏感型联网（tsn）来强化工业通讯，计划年内推出第一批相关产品，如具有tsn功能的网络组件、通处理器、软件和网络管理系统等。今年三月，西门子收购工业实时定位系统（rtls）的供应商agilion gmbh公司，强化了其实时定位技术，为客户实现实时供应链管理提供了可能。此外，西门子还推出了ruggedcom rx1400 cloudconnect多服务平台，可接入云端实现边缘计算功能。
、常发生的故障现象分析：当plc的rs485口经非隔离的pc/ppi电缆与电脑连接、plc与plc之间连接或plc与变频器、触摸屏等通时有通口损坏现象发生，较常见的损坏情况如下：●r1或r2被烧断，z1、z1和sn75176完好。这是由于有较大的瞬态干扰电流经r1或r2、桥式整流、z1或z1到地，z1、z2能承受最大10a电流的冲击，而该电流在r1或r2上产生的瞬态功率为：102×10=1000w，当然会将其烧断。●sn75176损坏，r1、r2和z1、z2完好。这主要可能是受到静电冲击或瞬态过电压速度快于z1、z2的动作速度造成的，静电无处不在，仅人体模式也会产生±15kv的静电。●z1或z2、sn75176损坏，r1和r2完好。这可能是受到高电压低电流的瞬态干扰电压将z1或z2和sn75176击穿，由于电流较小和发生时间较短因而r1、r2不至于发热烧断。由以上分析得知plc接口损坏的主要原因是由于瞬态过电压和静电造成，产生瞬态过电压和静电的原因很多也较复杂，如由于plc内部24v电源和5v电源共地，24v电源的输出端子l+、m为其它设备混合供电可能导致地电位变化，从而造成共模电压超出允许范围。所以eia-485标准要求将各个rs485接口的号地用一条低阻值导线连接在一起以保证各节点的地电位相等，消除地线环流！当带电插拔未隔离的连接电缆时，由于两端电位不相等电路中又存在诸多电感、电容之类的器件，插拔瞬间必然产生瞬态过电压或过电流。连接在rs485总线上的其它设备产生的瞬态过电压或过电流同样会流入到plc，总线上连接的设备站点数越多，产生瞬态过电压的因素也越多。当通线路较长或有室外架空线时，雷电必然会在线路上造成过电压，其能量往往是巨大的，常有用户沮丧地说：“联网的几十台plc全部遭打坏了！”。三、 解决办法：1、从plc内部考虑：●采用隔离的dc/dc将24v电源和5v电源隔离，分析了三菱、欧姆龙、施耐德plc以及西门子的profibus接口均是如此。●选用带静电保护、过热保护、输入失效保护等保护措施完善的高挡次rs485芯片，如：sn65hvd1176d、max3468esa等，这些芯片价格一般在十几元至几十元，而sn75176的价格仅为1.5元。●采用响应速度更快、承受瞬态功率更大的新型保护器件tvs或bl浪涌吸收器，如p6ke6.8ca的钳制电压为6.8v，承受瞬态功率为500w，bl器件则可抗击4000a以上大电流冲击。●r1和r2采用正温度系数的自恢复保险ptc，如jk60-010，正常情况下的电阻值为5欧，并不影响正常通，当受到浪涌冲击时，大电流流过ptc和保护器件tvs（或bl），ptc的电阻值将骤然增大，使浪涌电流迅速减小。2、从plc外部考虑：● 使用隔离的pc/ppi电缆，尽量不用廉价的非隔离电缆（特别是在工业现场）。西门子公司早期出产的pc/ppi电缆（6es7 901-3bf00-0xa0）是不隔离的，现在也改成隔离的电缆了！● plc的rs485口联网时采用隔离的总线连接器.● 与plc联网的第三方设备，如变频器、触摸屏等的rs485口均使用rs485隔离器bh-485g进行隔离，这样各rs485节点之间就无“电”的联系，也无地线环流产生，即使某个节点损坏也不会连带其它节点损坏。● rs485通线采用profibus总线专用屏蔽电缆，保证屏蔽层接到每台设备的外壳并最后接大地。● 对于有架空线的系统，总线上最好设置专门的防雷击设施。
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