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玉溪西门子代理商
产品时间:2020-11-23
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为了观测到更遥远的外太空,天文学家需要使用新一代光学望远镜。为了生产出这些仪器所需的超精密大型镜片,OptoTech设计了一台重达86吨的专用机器。来自西门子的工业软件和控制及自动化技术,为打造这台机器助了一臂之力。

西门子软件模拟并开发了一台为高性能望远镜生产巨型镜片的机器(左上图)。

太阳与地球相距约1.5亿公里。但在天文学家看来,太阳其实就在家门外,因为阳光从太阳照射到地球只需要8.3分钟。天文学家希望能看得更远。事实上,未来,他们希望能观测距离地球130亿光年之遥的星系——从而穿越时空,回望大爆炸之时的宇宙。

新一代大型望远镜有望实现这一点。其主要挑战,是生产所需的大量极其精密的镜片。这种望远镜的主镜,包含约800个直径约为1.5米、厚50毫米的六角反射镜元件。为了能够捕捉并聚焦来自太空的微弱光线,每一个镜片元件的尺寸精度都必须达到纳米级。

在巴伐利亚小镇Teisnach,工程师正在奋力解决这个问题。2012年,历经三年的精心准备,世界上最大、最现代的精密光学机器,在代根多夫应用技术大学的校园里开始了试运行。

就磨削、研磨和抛光天文光学元件而言,集这些功能于一体的UPG 2000 CNC(计算机数控)具备最高精密度。这台机器的设计、制造者是OptoTech Optikmaschinen股份有限公司。OptoTech公司是供应光学机器的全球市场*,这些机器可用于生产各式各样的光学元件,从超微光学元件,到微型和大型光学元件,以及平面镜片和眼镜片,不一而足。

在地处德国法兰克福以北一小时车程的Wettenberg,OptoTech公司设计部主管Jochen Franz表示,“我们开发的这款通用机器,专门用于生产直径最长可达两米的镜片,以及其他大型光学元件。”在Teisnach进行的试验,旨在实现30纳米的制造精度,这相当于人类头发丝直径的千分之一左右。

不容失误。然而,UPG 2000 CNC本身就是一个庞然大物。它重达86公吨,其巨型底座重40吨,所生产的镜片十分巨大,其制造过程所面临的挑战也同样艰巨。简而言之,不容发生任何失误——不能有任何成本高昂的原型机无法正确工作;不能有任何差错妨碍运行;更不能有任何镜片存在精度问题。尽管要求进行这些开创性的工作,但通过与西门子的合作,OptoTech公司在短短一年半的时间内就完成了这台机器的开发。在此过程中,西门子为其提供了大量工业软件和控制及自动化技术。

银河系中央区域的3.4亿像素图片。

为了缩短开发周期,及时满足对天文光学元件的巨大需求,OptoTech公司的专家采用了创新工业软件,在产品生命周期管理系统(PLM)框架内,将虚拟世界和现实生产世界联系起来。

为此,OptoTech公司采用了西门子提供的一体化PLM软件解决方案NX。德国西门子PLM软件公司的NX营销主管Peter Scheller指出,“除产品设计、三维建模和文件汇编之外,这个软件还允许用户执行多学科计算。这些计算将刚度和流量计算、热传递,以及运动过程等各个不同方面联系起来,根据计算结果,可以对现实进行较为精确的模拟。”

他补充道,“NX和一体化开发环境加快了开发、设计和生产流程,从而大大缩短了将产品推向市场的时间。”

首先,OptoTech公司的设计工程师创建了其未来机器的虚拟三维设计。在此阶段,软件就已显示其总体设计和将要使用的元件能否正常工作,因为西门子Sinumerik控制器和Sinamics传动装置的所有实际属性均已通过NX融入设计。然后,西门子机电一体化技术支持团队将分析、模拟并优化这台虚拟机的设计。

虚拟原型机。得益于这种虚拟设计流程,成本不菲的实物原型机退出了历史舞台。同样地,不再需要耗费大量时间进行并行计算,以便确定某个设计在转化为产品之后其结构是否稳固。Scheller解释道,“归功于面向生产模拟的CAM模块,OptoTech公司甚至可以精确模拟单个镜片的生产流程。虚拟机软件能够以合乎实际的方式,移动这台数字化设计的机器。因此,可以在设计流程的早期阶段,在虚拟世界里将之投入运行,OptoTech公司正是这样做的。”

“NX加快了设计和开发流程,从而大大缩短了将产品推向市场的时间。”

当这台机器实际启动之后,基于NX的开发过程的益处也显而易见。Scheller说:“Teamcenter是当前*的PLM平台。NX比任何其他解决方案都更加深入地融入了这个平台。可以保存并随时提供来自设计阶段、客户验收阶段,以及随后的维护阶段的所有数据。在对机器进行维护或当机器发生故障时,这一点具有巨大优势。”

像UPG 2000 CNC这样的新型解决方案,特别突出地表明了这款工业软件的优越性。OptoTech公司的专家认为,显然,只有借助一台全新的、复杂的组合机床,才有可能实现市场所要求的制造质量。OptoTech公司创始人暨总经理Roland Mandler说:“在将加工件从一台机床转移到另一台机床并重新定位的过程中,总是会丧失宝贵的时间和精密度。而这种情况必须避免,因此,我们将所有必要的工序,整合到我们配备了Sinumerik控制器的超精密研磨和抛光机中。”

一体化传动系统。OptoTech公司还采用了西门子提供的传动系统。西门子运动控制业务部*执行官Robert Neuhauser透露,其选择原因在于西门子所实行的一体化方案。他说:“在像这样的复杂项目中,一体化传动系统优势显著。”

从转换器,到电机和齿轮联轴器,这种一体化系统保证了所有子系统和组件之间的平稳交互及尺寸设计。这种一体化系统也保证了从组件到控制系统,以及机器的整个生命周期内的客户支持的垂直整合,从模拟,到工程设计,再到常规运行期间的检修,无所不包。

正是考虑到其种种益处,OptoTech公司选择了西门子的解决方案。OptoTech公司设计主管Jochen Franz表示,“对此,我们与西门子长期以来的良好关系,起到了一定作用;同时,机电一体化支持专家给予的开发支持,也是重要的考虑因素之一。但技术因素才是起决定作用的:没有任何其他控制系统供应商,能够提供像西门子产品这样的可灵活扩展的、开放式、模块化的高级CNC系统。”

计算机数控,系指机床或CNC机器的电子控制和调节。归功于其电子控制技术,CNC机器能够自动生产出较为复杂的工件,并且其速度和精密度远远优于机械控制机器。Franz指出,西门子CNC系统的其他优点包括:它们允许针对客户特定用户界面直接进行调整,以及远程维护访问。有了这些特性,OptoTech公司将能随时迅速为世界各地的客户提供所需产品。

目前,OptoTech公司与西门子合力打造的这台机器,已属Ifaso股份有限公司(Ifaso是“非球面镜片的一体化生产”的首字母缩写)所有。OptoTech公司与代根多夫应用技术大学共同成立了Ifaso公司,专门从事这台新机器的销售。预计,,其在全球市场的销售将迅猛增长。中国、俄罗斯和印度等开展了太空计划的国家,已纷纷前来询问。OptoTech公司总经理Roland Mandler坚信,UPG 2000 CNC也将引起其他行业的兴趣,如半导体平版印刷术。

Mirjam Müller

在虚拟世界里向现实靠近

西门子是全球*的产品生命周期管理(PLM)软件及相关服务的供应商,拥有900万装机量。西门子的NX软件套件,是一个可用于灵活、高效、快速、高质量地开发和生产产品的解决方案。NX全面整合了计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助工程设计(CAD/ CAM/CAE)。从三维建模、文件汇编,到结构、运动、热、流动力学和多物理等过程的多学科计算等,这种组合的优势可见一斑。

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