最新的 3D 可视化软件为工厂车间的装配工人以及切削金属的机械师的 NC 程序验证提供了帮助
高度逼真的 3D 仿真软件可以极大地改进制造过程，提供复杂的可视化有助于提高生产效率和产品质量的工具。今天的仿真软件包括范围广泛的工具，可提供装配和工厂布局的工厂车间流程的 3D 视图，以及用于帮助机械师确定加工精度的 NC 仿真、验证和优化软件。
近年来，先进的 3-D 可视化工具已成为许多类型制造软件的组成部分，从企业范围的 PLM 和数字制造软件套件的工厂车间布局、机器人仿真和自动化以及数字验证系统，到机器上数控切割过程的非常精确的整机模拟和动画车间的电子工具。大多数人认为，今天的模拟所提供的真实性远远超出了几年前的水平（请参阅《制造工程》2009 年 6 月号中的文章“可视化制造”）。3 月份，PLM 软件开发商 Dassault Systèmes（巴黎）以 3650 万美元的价格收购了 MES 软件开发商 Intercim LLC（巴黎和明尼苏达州伊根）。收购 Intercim 是达索系统的开发合作伙伴，达索在 2009 年持有其少数股权，据说可以加强达索 V6 PLM 软件套件与车间的联系。
使用 CAMplete TruePath TurnMill 软件包，用户Nakamura 系统可以模拟、验证和优化基于机器 t 的加工操作ool 的 3-D 运动学模型。Intercim 的优势在于航空航天/国防和航运业，处理复杂的按订单生产的产品，这些产品在各个产品之间存在很大差异，Peter Schmitt 指出，达索系统副总裁。 “那是他们的力量。我们在 Intercim 中建立了合作伙伴关系并拥有少数股权，”Schmitt 说，并指出这些公司在过去两年中一直致力于集成软件。 “我们建立了一个联合路线图，以及一些非常成功的定制项目，我们这样做是为了能够通过路线的过程顺序的定义来传达工程变更——这就是航空航天术语中的说法——一直到车间。我们能够在便携式电子设备（例如触摸板）上以 3-D 形式提供特定飞机配置的工作说明。我们正在探索 iPad 选项，这允许你让它始终与可能应用的任何类型的工程更改完全同步。”
车间模拟很少等同于完整模拟，而是结果模拟，他指出。 “你可以让它成为一个完整的模拟，但它没有太大意义，”施密特补充道。 “您希望在制造工程部门完成这项工作，并能够在您在飞机制造装配过程中必须做的事情的背景下进行沟通。
“我们要解决的主要挑战是，当他们查看纸质打印输出时，人们永远不确定这是否是正确的修订，”施密特补充道。 “他们将一半以上的时间用于寻找或验证所掌握的信息是否准确。因此，使用我们现在提供的电子系统，您基本上可以将无效的搜索时间减少一半。你基本上可以消除”
借助 Intercim 的 MES 组件，Dassault 现在拥有了将信息快速传递到车间的正确机制，他补充道。 Dassault 的 Delmia 制造应用程序套件连同其 CATIA 设计软件和 Enovia 数据管理，构成了该公司的 V6 PLM 系统，该系统最近还使用更新的协作工具进行了更新。 “现在我们最大的客户之一是围绕 787 项目的波音公司，我们有数千人在 Delmia 方面接受过流程和流程序列创建和模拟方面的培训，并且有大约 20,000 名用户参与了这些流程的执行，在制造装配和质量之间，以及在 787 供应链中工作的合作伙伴之间，”Schmitt 说。 “特别是对于在过程中发生的相当晚的工程变更，你要确保你’构建正确的版本，否则您将需要返工。
“我们拥有的 Intercim 是一流的应用程序，可提供序列和细节的操作，并嵌入其中，我们有一个来自 Delmia 的 3-D 查看器，它可以可视化过程序列，可以可视化正确的部分，以及要使用的正确工具。在车间执行的所有操作都是使用 Delmia 套件创建和优化的，因此我们在 Delmia 中创建它并在 Intercim 中执行。”
消除不合格是另一个关键元素可视化系统，施密特说。 “例如，您获得了您应该构建的规范，但随后出现的零件不是来自供应商 A，而是来自供应商 B，这引发了不合格——我们能够对此进行管理，”他说。 “有不同类型的不合格。如果制造工程师做错了计划一个过程或一个序列中的 ng，您可以将该不合格从车间反馈到计划系统以要求对其进行修改，因此下次当您遇到相同或相似的过程序列时，您可以纠正它。它得到了适当的跟踪，因此您可以获得准确的竣工信息，而且您可以将其反馈到制造工程系统中，以便下一次将订单发布到车间时，这个问题已经得到解决。”
车间流程的模拟可以极大地提高制造效率和质量。 “借助 3-D、动态过程文档和工作说明，工厂工人现在能够收到详细的工作说明，使车间的操作栩栩如生，”Siemens PLM Software（德克萨斯州普莱诺）的 Tom Hoffman 指出). “更好的过程文档以及 3-D 模型和模拟输出的使用可以改进过程的培训和交流意图。虚拟调试让工厂车间的工人有机会在虚拟环境中配置和测试生产系统，简化了生产开始前的实施过程。”新模拟能力有助于提高装配生产率。 “生成真实模拟的速度和效率使工程师能够验证比以往更多的操作，”霍夫曼说。 “这样可以更好地了解装配问题，而在过去，只有那些关键的或已经被确定为有问题的操作才会在虚拟工厂中进行模拟和验证。例如，基于事件的仿真技术以及改进的人体仿真和人体工程学分析工具可确保仿真模型准确，并在制造过程开发的早期提供有效答案。”
Dassault 向平板电脑提供数字工作指令的新功能使后期工程变更不再是问题增强的 3-D 真实感也为制造用户带来了改进。“基于事件的仿真和 ESRC [仿真特定机器人控制器] 功能，以及 RRS [真实机器人Simulation] 技术，确保机器人仿真模型在虚拟世界中尽可能准确，”Hoffman 补充道。“先进的人体建模、仿真和分析能力允许对手动操作进行非常逼真的建模和验证。改进的图形性能和可视化技术允许模拟环境的外观和感觉更加逼真。这有助于让决策者和工作人员对模拟结果更有信心。”
虚拟现实也是可视化工具包的一部分。 “用于人体模拟的动作捕捉现在已经成功使用了相当长的一段时间，并将继续用于支持装配模拟和人体工程学评估，”霍夫曼观察到。 “最近，紧身衣追踪器和基于陀螺仪的追踪器不需要摄像机视线进行追踪，已在模拟环境中实现。”
Siemens PLM 为其 Tecnomatix 9 数字制造解决方案添加了许多功能。 Hoffman 指出，一些最新的仿真开发包括对 Tecnomatix Robotics 基于事件的仿真引擎、ESRC 和虚拟调试的更新。 Process Simulate Human 更新了穿着衣服的可变形网格人物、额外的人体测量数据库、受力影响的姿势和分析，以及模拟工人在高程（非零位置）执行任务的能力。套房因素y/Plant 应用程序包括材料运输设备的增强仿真和 3-D 输送机系统的建模以及虚拟调试。
在加工方面，西门子还在其 NX CAM 中提供刀具路径仿真包裹。 “Siemens PLM Software 的 NX CAM 能够提供更完整和更准确的加工模拟，使机械师能够使用加工模拟来为车间的下一项工作做准备，”Siemens PLM Software 的 Vynce Paradise 说。 “这包括在机床、工件和工件夹具/夹具的 3D 模型的完整环境中检查 NC 程序。机械师可以检查可能发生的碰撞、确保正确选择刀具、检查刀具偏移量等。
“此功能是在虚拟版机床上运行的车间 PC 可以将实际机床上的作业设置时间减少多达 90%，”天堂争辩。 “要实现这一点，需要一个非常完整的运动学模型。对于西门子控制的机器，我们可以利用真正的 Sinumerik 控制器的核心软件来驱动 3-D 仿真模型，确保高水平的仿真能力，包括所有 Sinumerik 循环命令和高性能代码。这些虚拟机床通常由机床供应商构建，结合使用他们自己的或西门子的建模、仿真和控制器软件，并作为选定的高级机床的选项提供。”
NC 刀具路径仿真、验证和优化对于确保加工精度都是至关重要的。 “根据我们使用 Vericut 的经验，许多工厂车间工人都意识到仿真的影响，以及它如何显着提高车间中运行的 NC 程序的质量，”CGTech Corp. 产品经理 Bill Hasenjaeger 指出。（欧文） , 加州）。 “事实上，这是一家商店——地板机械师首先使用“Vericut”作为动词，通过询问 NC 程序员，“你做了 Vericut 那个 NC 程序，不是吗？”
“制作虚拟 CNC 仿真为工厂车间的员工提供虚拟现实并不是一个真正的新想法，而且似乎是一种合乎逻辑且有用的模拟应用程序，”Hasenjaeger 说，“但它被最低限度地采用。这究竟是由于硬件成本、软件成本、复杂性、可靠性还是其他因素造成的，目前尚不清楚，但很可能是多种因素的结合。我们有几个客户在工厂车间使用 Vericut 动画，但不是大多数。” Hasenjaeger 说公司最近推出了 Vericut 的 Reviewer 工具，它允许低端计算机以交互方式重播 Vericut 模拟。用户可以动态旋转/平移/缩放动画图像，以及测量特征和检查 NC 程序线。
“W我们已经看到 Vericut 越来越多地用于模拟自动化机身装配设备——特别是自动化钻孔和紧固机械，”他说。 “为了满足这些需求，我们为 Vericut 添加了支持这些机器的功能，包括按照 NC 程序的命令模拟添加紧固件的能力。”这种日益增长的兴趣促使 CGTech 创建了 Vericut 钻孔和紧固 [VDAF]，这是一个专门为模拟和编程自动化钻孔和紧固机械而量身定制的新软件包。
对高度逼真的 3-D 模拟的需求是否被夸大了对于某些应用程序？ “这是一个有趣的问题，因为这取决于你所说的‘现实’是什么意思，”Hasenjaeger 说。 “人类是视觉动物，我们很容易对看起来很酷的计算机图形技巧产生肤浅的印象。这对娱乐业来说很棒，但不一定是这在工程应用中最重要。
“对于验证 NC 程序的正确行为这样关键的事情，负责以高速度移动多吨位机器的程序速度和产生能够严重伤害操作员和旁观者的力量，你需要的不仅仅是一个看起来很酷的动画，”他补充道。 “对于 CGTech，‘逼真’意味着正确准确地模拟 CNC 的行为和机器的运动运动学，以及非常准确地表示工件上的材料去除操作。这些是优秀 NC 程序模拟的重要‘逼真’特征。”
在最新版本的 Vericut 7.1 版中，该公司进一步改进了用户交互、模拟功能、刀具创建和 CAD/CAM 集成。一些新的模拟功能包括滚齿、一般拉削操作、螺旋铣削、背面锪孔刀具，以及在机器部件之间的“精确”碰撞点停止模拟的能力。此外，Vericut 现在支持全系列的六轴机器人来模拟加工、水射流修整、纤维放置、钻孔和紧固件插入。
“模拟速度对于我们的客户，但准备模拟所花费的时间也是如此，”Hasenjaeger 指出。 “作为回应，我们希望发明新的方法来减少设置和运行模拟所需的时间。例如，在导入工具的 CAD 实体模型时，新窗口可以轻松识别 CAD 模型文件的哪些部分与刀柄、刀具或刀片相对应。这简化了 Vericut 工具库的创建。我们还不断改进我们的 CAD/CAM 界面，以帮助将模拟步骤集成到我们客户的工作流程中。
“On我们目前正在进行的项目之一是创建直接从工具制造商处读取 3-D 切削工具几何形状的能力。这不仅包括阅读 3-D 模型，还包括切割技术信息。直接从工具制造商那里获取这些信息绝对是正确的方法，因为它确保我们的客户拥有最新和最新的工具信息。我们希望尽快实现用户只需浏览工具供应商的网站、下载并直接从 Vericut 选择工具，然后立即开始在仿真中使用它的地方。”
对于复杂的加工，高级NC 切削过程的模拟对于加工过程至关重要。在过去几年中，Methods Machine Tools Inc.（马萨诸塞州萨德伯里）与软件开发商 CAMplete Solutions Inc.（加拿大安大略省滑铁卢）合作，为使用 Matsuura 和中村机床我们使用 CAMplete TruePath 软件。
“大约六七年前，我们在我们的 Matsuuras 的五轴平台上使用了 CAMplete，”Methods Machine Tools 应用程序开发总监 Rich Parentau 说。 “就像每个人一样，我们一直在努力让我们的客户相信五轴是一个简单的过程，而且我们很难从五轴机器上获取客户的现有程序，将其放入我们的机器中，并获得我们考虑的东西更好的结果，即使我们觉得我们有更好的机器。结果确实是我们发现 CAMplete 的方式，因为 CAMplete 将我们的机器带到了我们所知道的性能水平，并且它消除了对编程格式、发布、运动学以及所有那些东西的所有猜测让我们看起来不像机器那么好。”
虚拟调试系统，如 Siemens PLM Software 的 Tecnomatix 解决方案模拟虚拟元素和实际车间设备，以设计、测试和验证车间生产行为使用与 Methods 的五轴 Matsuura 机器捆绑在一起的 CAMplete TruePath 软件，用户可以获得完整的机器模拟，包括机器运动学的 3-D 模型。“该软件是一个模拟后处理器，专注于详细的来自工厂的机床模型，”Methods 应用工程师 Mike Kaminski 指出。“该软件不是 CAM 系统——它是一个验证/优化系统和一个后处理器，适用于大多数高端 CAM 系统市场。它基本上弥合了 CAM 系统和机床之间的差距，因此您不需要 CAM 公司的后处理器。我们所做的是从 t 读取本机刀具位置 [CL] 文件CAM 系统和 CAMplete TruePath 获取刀具位置文件并应用机器独有的模板。
“7-10 年前，五轴确实是一个小众市场， ” Kaminski 指出，“每次你想到五轴时，它总是用于叶轮、叶片和整体叶盘。那时我们有一个不同的重点——试图使五轴变得简单——我们听说有一种产品与其他几家机床制造商合作。从那时起，我们就有客户购买五轴产品并使用它们进行的不仅仅是同步工作，更多的是他们如何攻击零件并几乎从一次设置中获得完整的零件。因此，客户对该产品的信心水平急剧上升，我们确实保持了五轴简单。”
CAMplete 提供经过验证的模板，用户可以利用所有可用的高端控制功能，Kaminski 补充道，注意到 CAMplete 专家会倾听客户的意见，并经常在同一天提供反馈。虽然 Methods 最初引入 CAMplete 系统是为了专注于五轴 Matsuura 机器，但 Kaminski 说该软件已经渗透到水平 Matsuuras 以及带有五轴螺栓固定工作台的 Methods RoboDrill 产品和带有 Matsuura 立式机器螺栓固定工作台。
在 IMTS 上，两家公司在 Nakamura-Tome WT-150 多任务车削中心上展示了用于模拟、验证和优化的 CAMplete TurnMill 软件。 “我们与 CAMplete 合作，根据多任务处理中的问题，从头开始开发新产品，”Kaminski 在谈及车铣应用时说。 “五轴中的问题实际上与多任务中的问题完全不同。五轴的问题是G代码的后处理。多任务处理的问题与其说是 G 代码编程，不如说是因为我其实很简单；它是 G 代码的组织和等待时间的优化，以及平衡循环时间。”
基于机床 3-D 运动学模型的仿真允许 CAMplete 渲染完全准确的机床视图这些复杂机床上的运动，系统使模拟尽可能接近 100% 的准确度。 “铣削系统的重要之处在于它一次只有一个刀具在切削中，所以你所知道的模拟是基于 CL 数据并且它会影响机器的移动方式，”Kaminski 补充道。 “但在车铣方面，由于我们同时在切削中使用了多个刀具，我们确实需要在那个时候集中注意力。
“新 CAMplete 的方式TurnMill 仿真的工作原理就像电影放映机一样——我们将每一个动作分解为一个时间片，以便我们可以随时优化时间，”Kaminski 解释说ns。 “我的意思是点之间的实例，因为在车铣软件中，我们实际上考虑了机床的加速和减速。因此，由于不同的轴具有不同的加速度和减速度，我们非常准确，知道时间片和任何情况下发生的情况。”
Methods 现在仅在美国和墨西哥提供 CAMplete TurnMill 解决方案.该软件包括一个完整的 G 代码编辑器，该软件包的优化功能包括等待代码编辑、重新排序和移动操作、微调和优化以简化多任务处理的能力，以及监控机器运动各个方面的分析工具，包括真实的切削速度、轴速度和加速度以及运动偏差。我
