虚拟试跑：停机时间削减90%的变革之路

产品标准持续提升，其复杂程度也日益增加。尤其在汽车制造领域，更高的行驶速度，同降低能源与原材料消耗的要求之间形成了矛盾。唯有通过有效的轻量化设计才能解决这一难题。在此过程中，除结构设计外，材料选择亦是至关重要的调控杠杆。

Hanomag Aluminium Solutions GmbH，其铝部件的机械加工服务主要面向汽车行业

Hanomag Aluminium Solutions GmbH专注于铝合金部件的精加工，主要服务于汽车制造领域。该公司自2021年起隶属于Hanomag Lohnhärterei Gruppe，在卡塞尔和鲍纳塔尔两大基地运营着26台箱式炉和贯通式炉。除了热处理工序外，该企业还依托近40台四轴与五轴数控加工中心组成的先进设备群，对缸盖、发动机缸体、副车架及壳体件等热处理工件进行机械加工——所有设备均配备先进的西门子数控系统。此外，生产线还配套使用三坐标测量仪进行过程检测。

“我们实行三到四班制生产，专业加工铝合金部件，年产量覆盖从原型件、试产批次到大规模量产的不同需求，”Hanomag Aluminium Solutions卡塞尔生产基地负责人Dominik Köhler解释道，“这些部件通常需要完成从毛坯到可直接装配的全套加工流程，但也会承接部分预处理工序的来料加工。”

生产效率关键因素：零件试运行

零件的加工强度存在显著差异，其加工时间介于75-540秒之间。产品的平均生命周期约为7年，且呈缩短趋势。“正因如此，作为合同制造商，我们必须缩短零件更换时的调试和试运行时间，”Köhler表示，“管理层同样重视的是，需要尽早获得精准加工时间的可靠预测，以此作为具有约束力报价的基础。”

这些零件的加工强度差异显著，其单件加工时间介于75-540秒之间

这位生产负责人清楚地意识到，沿用现有方法将难以实现这些目标。“此前，加工程序的编制，尤其是优化工作，必须直接在机床上进行，”他解释道，“每个新零件的试运行会占用相关机床及配套人员长达15个班次（即5个工作日）。”

以制造数字化为目标

这让Köhler萌生了将这些工作尽可能与主要生产时间并行推进的想法。他接洽了所有知名的CAM软件制造商，其中也包括西门子。该公司开发的Xcelerator业务平台，集成了软件、硬件和服务，全面覆盖产品生命周期及相关流程链。其核心产品包括用于计算机辅助设计（CAD）和制造（CAM）的NX软件。

然而，由于大部分停机时间并非源于编程环节，而是由后续的逐步优化过程所造成，因此仅仅采购CAM软件并不足以解决问题。为了能在计算机模型上，通过高仿真模拟，针对特定机床完成绝大部分的零件试运行工作，需要一个更全面的数字化转型步骤。

与生产时间并行的编程

为落实该项目，Hanomag Aluminium Solutions找到了d.u.h.Group。这家德国中型企业作为西门子的合作伙伴，长期为客户提供定制化解决方案，助力优化流程并推进数字化转型。其服务范围除软件实施、咨询与培训外，还涵盖客户定制化软件适配与开发。

d.u.h.集团的制造软件专家为Hanomag Aluminium Solutions开发了5套适用于NX CAM的后处理器。这些后处理器具备可配置特性，能够覆盖卡塞尔和鲍纳塔尔生产基地的全部机床设备，从而实现基于3D零件数据的并行编程作业。

“能够导入所有通用格式，避免使用中性格式导致精度损失，这成为我们选择NX CAM的决策依据之一，”Köhler表示，“另一个关键因素是软件的处理海量数据的能力。”此外，该软件还支持基于几何特征自动生成重复加工步骤的功能。

虚拟机床集群

为实现数控程序编制与试运行流程均能在办公室与主要生产时间并行作业，d.u.h.集团的数字化专家团队构建了完整的机床数字化孪生。他们采用的是设备制造商提供的机床3D设计数据作为基础。

然而此类模型无法模拟控制系统的实时动态特性。因此，加工过程的模拟精度不足以生成可直接投入实际生产的有效结果。为此，d.u.h.集团的软件开发人员创新性地将西门子虚拟数控内核（VNCK）与NX CAM系统集成，使虚拟机床的运行及加工模拟均基于真实控制软件实现。

为实现数控程序编制与试运行流程能够与主要生产时间并行推进，d.u.h.集团的数字化专家团队创建了机床的完整数字孪生

“我们的CAM专家创建了完整的机床数字孪生，”d.u.h.Group CAM团队负责人兼售前顾问André Fehn表示，“这实现了真实机床运动轨迹的精准数字化映射，包括精确的速度、加速度、换刀动作与循环时间。”

通过提供人员培训、安装与基础设施优化、客户流程整合等配套服务，团队确保了系统平稳快速过渡。如今，复杂加工流程的编程、验证与优化均在两个计算机工作站完成，彻底摆脱了对实体机床的依赖。该系统不仅支持手动编写数控代码的模拟，还能向零件设计环节提供实时反馈。

生产效率的巨大飞跃

基于整体设备数字化孪生的NX CAM模拟技术，彻底革新了Hanomag Aluminium Solutions的新零件试运行流程。现在的试运行过程近似于虚拟调试：如同设备调试阶段，首先在计算机模型上进行启动测试，这能有效预防碰撞、降低风险并减少废品产生。

唯有在数字孪生上成功完成虚拟试运行后，工件才会进入实体机床加工。尽管仍需在实体机床上进行最终优化，但机床直接占用时间已从原来的15个班次缩减至现今的1个班次。“节省幅度超过90%，相当于每个零部件节约约1.1万欧元，”Köhler强调，“仅此一项，投资回报周期已缩短至一年内。”

更值得一提的是，通过精准计算生产节拍时间，报价核算的精确度与可靠性也显著提升。这一优势为企业在激烈竞争市场中增强了不可或缺的竞争力。

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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