工业4.0需要更多的开放性——2017汉诺威国际机床展（EMO）上有关数字化挑战的对话

德国生产技术与发展协会执行总监及研究所经理Frank Barthelmä

尽管工业4.0前景光鲜亮丽，但是德国生产技术与发展协会执行总监及研究所经理Frank Barthelmä教授却坚信一件事：如果机床工业和下游用户行业在开放性方面停滞不前的话，工业4.0很难开花结果，对中小型企业来说尤是如此。这位出生于德国提林根阶的刀具专家计划参加2017汉诺威国际机床展（EMO 2017）有足够的理由——他不仅要通过此次展会收集信息，还将寻求数字化联网领域方面志同道合的合作伙伴。

工业4.0对金属切削应用有哪些影响和发展趋势？

Frank Barthelmä教授：工业4.0对工艺链的影响主要体现在两个方面：首先是技术和工程设计方面，其次体现在数据流方面。当这两者相互作用达到最佳效果时，我们就会得到针对工业4.0应用教科书一般的案例。这体现在质量和扰动变量方面，而且越来越多地体现在可预测参数，比如刀具路径和刀具寿命、可实现的表面质量以及针对设备和产线的保养周期等方面。理想的状态是，用户可以接受所有与工艺流程有关的重要信息。此外，所有可获得的数据现在都可以进行记录，并实时得到评估，同时创建控制闭环，这样由于加工变得更加透明，整个流程的效率和产品的质量都得到了提高。

智能刀具何时才能达到最先进水平？

Frank Barthelmä教授：大约十多年前，人们还在争论刀具是否能够实现智能化以及何时才能实现。今天，在工业4.0的大背景下，我们在讨论整体式的智能化解决方案，其中刀具传感器和执行器扮演着重要的角色。所以你说“先进水平”绝对没错，这不仅体现在刀具本身采用越来越小型化、节能的传感器和执行器，还体现在刀具在整体系统中的使用情况，包括刀具、设备、控制系统以及具体的工艺。

数据的种类繁多复杂，怎样才能通过评估达到最佳的效果？

Frank Barthelmä教授：这个问题的答案对许多客户来说依然不是很明确，尤其是中小型公司。许多采用此类智能解决方案的潜在用户，特别是这些中小型企业，有时根本无法去评估为了达到IT技术方面的要求究竟需要怎样的数据，或在需要的时候可以从新的产线中获得怎样的数据。这对于新的业务模式来说可能有其必要性。大学院校和大型企业在这方面已经处于较为领先的水平，而一些中小型企业还在探索阶段。此外，要想让分析更加有意义，还需要全面的历史数据，这样才能与新的统计数据相关联：但是我们对前辈们的技术智慧究竟了解多少呢？所以说，在创造新的想法、业务模式或解决方案的时候，我们需要的是学术界和产业界之间更加紧密的合作。我想看到的是，比如，代表完全不同技术领域的学术界和产业界可以有更多的合作项目，这些合作项目能够解决这些问题。

这是否意味着不同行业或科研领域之间也需要建立联系，比如说，对金属加工一无所知的软件分析师和对大数据分析一知半解的金属切削专家之间也要彼此合作？

Frank Barthelmä教授：是的，但是只有中小型企业在最初阶段就参与进来才会有效果。比如说，联邦经济部支持的网络联盟就非常不错。GFE目前就是伊尔梅瑙应用科学大学SME 4.0技术中心中的一个合作伙伴，而且在一个模范工厂中帮助解决与金属切削数据创建和传输相关的问题，针对中小型企业尤其是数据传输相关问题。关键问题是：怎样通过设备中的控制闭环来确保质量、效率和生产力可以作为控制目标变量使用。

如何通过对参数的分析让金属切削操作变得更加容易，比如在新材料应用方面？

Frank Barthelmä教授：在新材料方面，通过分析在控制电路中进行闭环，这点越来越重要。在通向有目的性的评估道路上还有许多工作要做。在结果的透明度方面也还有提升的空间。这里我提议建一个平台，制造商和用户都可以使用。同时也希望建一个数据库，这样就可以避免重复劳动。在去年11月的“施马卡尔登刀具大会”上，一家刀具制造商作为范例说明了这个问题，这家制造商表示要在数据披露方面更加积极主动。应该指出的是，如果用户知道哪一把刀具最适用于高效地加工新材料，这对制造商来说还是值得的。在这方面，GFE通过SME4.0技术中心正在努力。

目前您的工作有什么亮点可以分享？

Frank Barthelmä教授：有的。“Dyna-Tool –提高金属切削应用效率”是由德国工程联合会精密工具协会和ForschungskuratoriumMaschinenbau研究所支持的欧盟项目，它的主要研究任务是如何利用刀具和刀架中的传感器技术来实现振动平稳的金属切削工艺。为了实现这一目标，GFE在项目的框架内针对硬切削开发了一款内置传感器的刀具。由于直接整合到主机的控制系统中，该刀具可以让整个加工过程实现实时控制。Dyna-Tool联盟已经成功在金属切削工艺中实现了透明度，这样针对低振动可以保持在设定的范围内，与此同时还能够充分挖掘性能方面的潜能。此外，我们还在尝试将高分辨率的测量设备整合到刀具中，包括与控制系统相连的接口，希望通过这种方式创建一个实时的控制闭环。有兴趣的人可以在EMO 2017展会及其期间由德国工程联合会精密工具协会主办的“工业4.0创新解决方案”论坛上进一步了解该技术及其他相关项目。

您怎么看待本届EMO展会？你会关注哪些信息？

Frank Barthelmä教授：我主要会关注一些最佳实践案例，最关键的是，看一看我们在哪些方面还需要提高。此外，我还会针对数据的透明跟一些志同道合的人聊一聊，鼓励他们多多分享，或有机会在研讨会上做演讲。总的来说，我们通过此次展会，利用一些社交机会，结交更多的同道中人，共同提高整个行业的开放性和透明度。

现状报告：EMO 2017显示刀具行业正快步迈进工业4.0时代

对山特维克可乐满产品及行业管理（销售区域：中欧）总监Niklas Kramer博士来说，工业4.0为什么会对金属切削带来影响，主要有三个原因：“首先，工业4.0聚焦在可带来价值的工艺上，因为围绕真正生产流程的一些活动非常占用资源，有望通过工业4.0实现一定程度的自动化。其次，金属切削是一项经验性的加工方式。我们能够基于数据或通过统计方式获得更多的理解，更好地对金属切削工艺进行设计和优化。”此外，他继续说道，金属切削行业在研发和实际应用方面存在巨大的空白。在系统智能化方面的简单提升都可以起到很大的帮助，不管是一台工业4.0机器还是一个流程监控系统，不仅有利于更快地作出决策，还可以更早地监测出误差。

EMO 2017：联络交流平台

对金属切削参数的有效获取还有助于加工工艺的提升，尤其在加工新材料时。Kramer博士说道：“通常这些参数对金属切削来说都很难获得，因为经验式的知识和研究结果都很难获得，或者我们在开发新的解决方案之前会先尝试一下旧的方案。我相信如果我们能够将全球有关新材料的最初试探性的方案都集中在一起的话，对其消化理解也不是一件很容易的事。我们在工业4.0背景下关注的一点是基于简单编辑的数据进行快速的反应。”山特维克可乐满将在本届展会上展出新的CoroPlus平台，为其用户提供网络化解决方案，帮助提升工艺可靠性并节省设计和规划的时间。他表示：“自2016年以来，我们确定了很多细节，而且设计方面也提升了很多，我们希望像上届展会一样，能够引起市场的热烈反响。”

云端替代物理刀具ID

位于图宾根的Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH（号恩）公司也在经历着类似的技术发展。工程技术负责人及董事会成员Markus Kannwischer说道：“未来，刀具的数据在整个生命周期中都可以获得，尤其包括那些被重新打磨或翻新的刀具。”在这种情况下，所有相关的几何数据都会被发送到云端，这样物理刀具ID就显得多余了。

Paul Horn GmbH 公司工程技术负责人及董事会成员Markus Kannwischer

刀具本身也在发生改变：主要体现在传感器技术方面，无论在刀具内或刀片附近，对参数进行获取、处理和传送。从这些数据中，系统算法根据加工参数得出结论，并对控制系统进行管控。Kannwischer说道：“理想状态是，不用在控制系统中输入进给量或设计参数，而是刀具本身会不断将其工作状态相关的信息发送出去，控制系统会采取相应的措施。”

真正的测试并未过时

不过，虚拟的未来并没有让真正的测试变得多余。比如说，新材料的可加工性还需要由现实中的测试来确定，而不是简单经过模拟或分析就可以了。不过，由于我们有了更有效的数据，测试的数量可以得到减少。总的来说，当工件采用的是已有的材料，可靠的数据可以大大缩小工艺窗口。