在高端制造領(lǐng)域，尤其是航空工業(yè)，數(shù)控機(jī)床（CNC）的碰撞事故往往意味著數(shù)十萬歐元的損失。比利時ASCO公司與魯汶大學(xué)（KU Leuven）的兩名碩士生合作，開發(fā)了一套基于數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)時防碰撞系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在加工開始前兩秒預(yù)測并自動阻止?jié)撛谂鲎玻苯犹嵘松a(chǎn)安全性、成本控制能力及生產(chǎn)連續(xù)性。

ASCO自1954年成立以來，一直是國際航空航天領(lǐng)域的知名廠商，2022年起隸屬于擁有約6000名員工的蒙大拿航空航天集團(tuán)。在比利時，ASCO擁有約1100名員工，分布在四個地點(diǎn)，其總部設(shè)在扎文特姆。該公司專注于為飛機(jī)機(jī)翼和起落架制造復(fù)雜的機(jī)械部件，這些部件均在采用西門子技術(shù)的Zui新一代CNC機(jī)床上加工，對精度和可靠性要求極高。

盡管在將NC程序從CAM系統(tǒng)傳輸?shù)綑C(jī)床前通常會進(jìn)行數(shù)字孿生模擬，但碰撞風(fēng)險依然存在。刀具長度變化、工件零點(diǎn)偏差或人工輸入錯誤都可能導(dǎo)致加工失敗。ASCO首席工程師Mohamed El Hatri指出，在復(fù)雜的制造環(huán)境中，人為錯誤不可避免，例如刀具長度輸入錯誤或手動模式操作失誤。一臺高端CNC機(jī)床的主軸價值可能超過10萬歐元，即便經(jīng)過廣泛模擬，微小差異仍可能引發(fā)嚴(yán)重事故。因此，企業(yè)不僅需要事前預(yù)防，更需要在加工過程中主動控制風(fēng)險。

這一挑戰(zhàn)促成了西門子工業(yè)學(xué)院、航空航天加工學(xué)院與ASCO之間的合作。該項(xiàng)目于2023年10月啟動，至2024-2025學(xué)年末結(jié)束，旨在開發(fā)一種能提前兩秒模擬加工過程的系統(tǒng)。團(tuán)隊(duì)利用西門子NX CAM和NX MCD創(chuàng)建了機(jī)床的數(shù)字孿生體，使其與西門子840D sl控制器保持實(shí)時通信。一旦系統(tǒng)檢測到潛在碰撞，便會向機(jī)床發(fā)送自動停機(jī)信號，速度遠(yuǎn)超人工干預(yù)。該方案還結(jié)合了西門子SinuTrain軟件進(jìn)行編程、設(shè)計和模擬測試，Zui終被證明是Zui有效的路徑。

選擇“兩秒”這一時間窗口是經(jīng)過深思熟慮的。它既利用了西門子控制器的極速響應(yīng)能力，也考慮了人類操作員的反應(yīng)時間。當(dāng)操作員從屏幕移開視線去檢查物理設(shè)備時，模擬圖像仍能與機(jī)床實(shí)際狀態(tài)保持高度同步。同時，這套系統(tǒng)為無人值守的自動化夜間生產(chǎn)提供了關(guān)鍵的安全保障層。

雖然目前該防碰撞系統(tǒng)尚未在ASCO的生產(chǎn)線上全面投入運(yùn)行，但公司看到了明確的應(yīng)用前景。該方案解決了航空航天行業(yè)普遍存在的問題：許多機(jī)床并非Zui新型號，且碰撞造成的損害影響巨大。通過結(jié)合西門子NX CAM、NX MCD、NX Open、SinuTrain以及Brown Field Connector網(wǎng)關(guān)（用于集成舊設(shè)備），團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了數(shù)字孿生體與840D sl控制器的直接連接，使數(shù)字孿生體從單純的設(shè)計工具轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)過程中的主動安全層。

該項(xiàng)目完美契合西門子工業(yè)學(xué)院強(qiáng)調(diào)的“共同創(chuàng)造”理念，即圍繞真實(shí)工業(yè)挑戰(zhàn)進(jìn)行協(xié)作。學(xué)生能夠在專家指導(dǎo)下，在真實(shí)的職業(yè)環(huán)境中工作。對ASCO而言，這種合作不僅帶來了技術(shù)成果，還提供了一個在不影響連續(xù)生產(chǎn)的前提下探索新技術(shù)、積累內(nèi)部知識的平臺。Mohamed El Hatri表示，這種與學(xué)術(shù)界和科技巨頭的合作，讓企業(yè)能夠以漸進(jìn)、謹(jǐn)慎的方式擁抱創(chuàng)新，共同構(gòu)建更安全、更智能的航空航天制造體系。

對于參與項(xiàng)目的學(xué)生來說，這段經(jīng)歷同樣寶貴。他們使用了與真實(shí)工業(yè)環(huán)境相同的軟件和條件，項(xiàng)目既具有技術(shù)挑戰(zhàn)性，又極具教育意義。ASCO和西門子的指導(dǎo)確保了團(tuán)隊(duì)始終關(guān)注方案的可行性與實(shí)際相關(guān)性。

比利時作為歐洲高端制造業(yè)的重鎮(zhèn)，其航空航天產(chǎn)業(yè)鏈高度依賴精密加工與自動化技術(shù)，對設(shè)備安全與效率的追求推動了此類創(chuàng)新技術(shù)的落地。對于中國制造業(yè)而言，這種將數(shù)字孿生從“設(shè)計驗(yàn)證”延伸至“實(shí)時安全控制”的思路極具參考價值。隨著國產(chǎn)高端數(shù)控系統(tǒng)與工業(yè)軟件生態(tài)的成熟，國內(nèi)企業(yè)可借鑒此模式，在復(fù)雜零部件加工中引入主動式防碰撞機(jī)制，從而在提升良品率的同時，大幅降低因設(shè)備事故造成的巨額停機(jī)損失，推動智能制造向更深層次的安全與可靠性邁進(jìn)。