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西门子数控数字化孪生技术与软件

前言：什么是西门子数控数字化孪生？

        西门子数控数字化孪生软件，是由西门子机床数控事业部开发，围绕机床装备从研发、集成、生产加工制造领域经验，与自身在机床制造、航空航天、汽车制造、能源等行业的机床装备用户应用支持基础上，研发成功的一款工业级数控数字化仿真测试软件平台。该平台能够与西门子数控系统硬件平台完美映射，实现虚实同步。与一般数控仿真软件不同之处在于：以教育领域为例，它不仅能用于教学和培训，同时，由于精准的仿真反映真实数控硬件的电气（NC与PLC）与切削相关功能（从夹具搭建到编程、防碰撞分析），可实现与真实硬件的双向数据交流，还可以用于教师的在高端装备领域的科研工作。

        西门子数控数字化孪生软件平台不是普通的数控仿真软件，它是西门子高档数控、工业自动化、工业软件三大技术的融合。简单来说，你可以在这个平台，融汇开发及实践、应用围绕高端装备的机械结构设计、PLC逻辑控制（市场主流的PLC技术）、数控切削加工综合项目。（以前做这样的综合项目，需要多种软件或产品平台才能实现，教师需要提前学习多种软件，不仅消耗精力，学生教学及教师科研也非常复杂）

导读：文章包括如下，预计阅读5-8分钟：

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一、西门子数控数字化孪生软件分为几个版本

介绍版本名称及功能、免费的“演示版”下载地址

二、西门子数控数字化孪生软件各版本介绍

版本的分类、适合哪些院校、如何在教学培训种使用

三、西门子数控数字化孪生的功能拓展

与其他数控数字化孪生软件的结合实现功能拓展

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一、西门子数控数字化孪生软件分为几个版本？

        西门子数控数字化孪生软件分为三个版本：

【1】开发版（CMVM）

【2】应用版（RMVM）

【3】演示版（RMVM-Demo ）

功能上，开发版（CMVM）>应用版（RMVM）>演示版（RMVM-Demo ）（即功能上，开发版大于应用版，应用版大于开发版），开发版（CMVM）与应用版（RMVM）均具备对外OPC UA接口，可以外接外部键盘及真实数控系统。实现虚实结合控制。“演示版”无对外数据接口，不能外接外部控制设备。如下为开发版和应用版可以外接西门子原装MCP（控制面板）的示意图。

三个版本的详细介绍及比对如下，请翻转手机：

No.3 “演示版”免费下载地址如下：

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https://marketplace.siemens.com.cn/solution-details?id=0481df9f650340af8b539b5c72d2a5fb

进入，下拉页面，找到“免费下载使用”,简单注册后，继续找到“免费下载使用”，即可下载。

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二、西门子数控数字化孪生软件不同版本介绍：

1、 开发版：

【1】定义

开发版英文名称为Create My Virtua Machine（缩写CMVM）。分为“教师”和“学生”两种类型，具体介绍如下：

【2】主要功能

服务于机床为典型代表的高端装备研发。功能覆盖结合“设计-装配-电气调试（PLC和NC系统调试）-加工切削仿真综合技术开发”。典型工业场景，主要是机床装备的设计、电气调试、制造领域，如下图：

【3】企业的工作岗位

主要来源于企业和科研机构的机床研发与测试工作、运维与服务岗位。它具备丰富的接口可以接收西门子TIA博图、SIMIT及通用的CAD数据。

【4】开发版（CMVM）的教学与培训应用

在院校，常用于智能制造、机械自动化、机械设计与制造、数控技术、数控维修、高端装备等专业领域，用于打通专业教学中的”机+电+制造“课程融通。具体的教学应用说明如下：

概括来说：从机械设计入手，从真实机床的机械3D设计——电气设计与调试（NC系统、HMI画面、PLC逻辑控制）——围绕工艺的加工程序编写与仿真。它的价值在于，通过在数控数字化孪生开发版（CMVM）平台中搭建一台真实机床机电装备模型，通过一个项目实现“机、电气、逻辑控制、加工制造”课程融合。这是目前很多数控仿真软件无法实现的，让仿真与真实更加一致。对于智能制造、机械自动化专业、数控技术职教本科等专业的学生进行复合型培养很重要。但是对于侧重于切削的学生来说，可以跳过机床和电气设置这一步，由OEM厂家直接设定好即可。

【5】竞赛应用

”开发版“是”西门子杯“中国智能制造挑战赛的"数控数字化"赛项的指定产品。

【6】开发版（CMVM）的功能包括应用版（RMVM）所有功能

涉及编程与加工制造仿真部门功能，将在如下的应用版（RMVM）功能中介绍。

2、应用版：

【1】定义：英文名称为RMVM（Run My Virtual Machine）。

【2】主要功能

应用于数控机床的加工编程与切削仿真。常用于航空航天、汽车制造、能源设备制造等行业的加工制造工业技术岗位。在院校，主要面向机械制造、数控加工、多轴加工、数字化制造等专业技术教学与培训方向，具体特点包括如下：

-->软件的数控系统界面、操作习惯与真实数控系统一致

与真实数控系统一样都可以完成从手工编程到导入外部CAM程序；

如下是真实数控系统和软件界面的比对，两者界面一致，内部算法是相同的（不是简单的仿真，是一样的算法，内部嵌套的系统界面也一致）

-->可以搭建夹具增强验证效果

在软件中调用标准夹具或从外部使用CAD的常用格式导入夹具，用于编程的辅助验证，夹具搭建和调用操作方式和传统的CAM软件近似；

-->验证切削轨迹

可以使用线框、3D零件、模拟真实工况（包含机床和夹具）方式模拟程序的加工切削情况，更加直观的避免干涉与碰撞。

-->数据可以如真实机床被采集，面向数字化车间模拟

可以被采集出驱动及I/O信号，便于进行数字化车间OEE等数据的采集测试；

-->软件与硬件的完美通讯

使用真实数控系统的内核，可以将数控数字化孪生产品产生的数控程序、刀长、刀偏、系统参数设定、驱动等数据都打包导入真实数控机床，实现无缝通讯；

【3】企业的工作岗位

主要来源于企业数控编程、加工工艺编制，与数字化制造相关的岗位。

【4】应用版（RMVM）的教学与培训应用

       如何在数控加工中，尤其是以五轴加工技术为代表的高层次加工技术中，如何与编程验证到切削分析相结合。帮助院校降低切削耗材、试错风险、优化参数。从而更加高效的培养中国高端装备制造制造业所虚的高技术技能型人才？

-->分析切削加工零件图纸与工艺，在数控数字化孪生中逐步完成程序编程与轨迹测试；

-->在数控数字化孪生中搭建1：1夹具

测量真实机床夹具尺寸和位置，在数控数字化孪生中搭建1：1夹具；

-->调用编制完成的程序或导入外部CAM程序

发现干涉切削问题及验证切削，根据需要优化程序。

如下是模拟S试件的加工，程序为从外部CAM导入，夹具也是外部设计好导入。由于使用了真实系统的内核，仿真更加精准。

-->将数控数字化孪生中的程序导入机床

或直接将整个数控数字化孪生中的数据（程序+刀长+刀偏+数控系统参数设置）整个导入机床，仿真软件与真实硬件机床的100%数据通讯。

-->如果需要，可以与数字化车间仿真结合

借助外部程序软件，通过OPC UA 接口，采集程序运行的时间、停机、故障等数据，得到直观的OEE等数据。

        以上方式，不仅能够降低试错风险、优化切削参数，通过反复的验证优化还能减少院校耗材的成本消耗。而且数控数字化软件的操作界面，是从真实的数控系统中导出（不是简单的做了一个数控系统界面），操作系统不仅与真实系统界面一致，内部的刀长、刀片甚至是机床的设置（如宏参数、空间设置、安全设置）都是完全一致的。学生在使用的过程中利于形成更加准备的工作习惯。

【3】演示版：英文名称为RMVM-Demo（Run My Virtual Machine-Demo）

软件功能：用于针对西门子数控系统的典型零件编程方法教学与培训，典型二维车削零件、三维铣削零件编程

机床夹具搭建（默认虎钳、三爪等夹具）

机床模型：三轴加工中心、斜床身数控车床、3+2五轴机床（不具备五轴联动功能）

教学定位：只需要了解西门子标准机型数控编程，不需要考虑电气部分教学培训的院校与机构。教学内容主要是从“数控编程-夹具安装-切削仿真”，对加工层次要求不高（不涉及五轴联动加工技术）。

三、西门子数控数字化孪生的功能拓展

对于由严格切削要求，比如说竞赛、降低切削功率需要的科研实验，开发版（CMVM）和应用版（RMVM）均可（不含演示版（RMVM-Demo））与西门子智能刀路分析软件(辅助数控数字化孪生分析刀路、分析切削参数过切等)相结合。

西门子智能刀路分析软件与开发版（CMVM）和应用版（RMVM）结合，可以实现基于真实机床特性的切削参数仿真。比如分析切削时候的电机负载、驱动变化等。举例来说，不同厂家同样类型的VMC 850加工中心，可能会使用不同等级的电气、驱动等配套机电等硬件，在传统的切削仿真软件，可能产生相同的切削仿真结果。但是使用西门子智能刀路分析软件结合数控数字化孪生，可以进行不同刚性机床的切削参数分析，更加精准科学，如下是刀路与切削参数图样。

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