自动化设计和 CAM 编程，将 CNC 编程时间缩短 30%

助力汽车行业

在过去的几十年里，汽车发生了巨大的变化，它们的制造方式也发生了翻天覆地的变化。曾经从组件到成品的大规模生产，现在都具有高度的个性化。汽车制造商需要能够生产大量复杂零件和组件的生产设备，并具有足够的灵活性，以便快速、频繁地更换工件。

作为制造创新型高品质机床的先驱，GROB-WERKE GmbH & Co. KG（格劳博）于 1933 年生产了第一台螺纹铣床。此后，这家家族企业已成为创新生产和自动化系统的领先制造商，主要为全球大型汽车制造商及其供应商提供服务。格劳博的产品组合包括独立的 5 轴加工中心和用于机械零件生产的传输线。此外，公司还拥有电机等混合动力和电力驱动生产系统，以及电池模块和燃料电池的装配线。

格劳博在其全球五个工程设计和制造基地，将工厂仿真、NX 和 Teamcenter 与双向 ERP 集成，用于项目规划、设计、验证和数控程序生成。（图片由格劳博提供）

全球工程

格劳博的成功很大程度上归功于其预测不断变化的市场需求以及通过创新方案应对的能力。这一战略得到了率先采用面向未来的软件工具和系统的支持，能够帮助工程师设计和制造汽车生产设备。

格劳博在 2000 年左右引入了计算机辅助设计（CAD），使用 3D 建模进行概念设计和详细设计。公司使用 NX™ 软件来取代当时通常仍在图纸上完成的 2D 绘图。“我们的设计工程师在德国、意大利、中国、巴西和美国的生产设施中密切合作，”格劳博加工系统总监兼主管克里斯蒂安·利谢茨基 (Christian Lisiecki) 说。“使用 NX 实现 CAD 标准化是一个全球性项目，旨在向整个公司推广。”

这个前期的数字化项目还包括产品生命周期管理（PLM）软件。格劳博之所以选择 Teamcenter® PLM 软件产品组合，是因其深度集成 NX 和多站点安装的卓越性能。与 NX 软件一起，Teamcenter 安装已在公司全球范围内推出。“Teamcenter 是全球所有格劳博设计工程师的唯一事实来源，”利谢茨基确认道。格劳博还运用了机器资源库（MRL），这是一个 Teamcenter 应用程序，可为制造工程资源提供分类和数据管理。“它的工作流程功能使我们能够在全球站点组建有效的项目团队，”他继续说道。

尽管物料清单（BOM）原先是通过其他效率较低的方式在 Teamcenter 和公司的企业资源规划（ERP）软件之间交换的，但现在通过 Teamcenter Gateway for SAP Business Suite（T4S）在这些独立系统之间传输信息。“消除迄今为止独立的数据孤岛，将 BOM 编制所需的时间减少了至少 80%，”利谢茨基说。“它还将工程师们避之不及的错配减少了 95%。”

格劳博工程师使用 NX CAM 进行 CNC 程序生成和仿真。（图片由格劳博提供）

全面的数字孪生

格劳博工程师使用 NX 为每台生产机器或生产线创建全面的数字孪生，完成建模以外的许多任务。他们使用 NX NASTRAN 软件执行有限元分析（FEA），并使用 NX CFD 进行计算流体力学 (CFD) 仿真。他们使用第三方软件进行电路图和机柜设计，并依靠集成在 NX 中的 3D 布线应用程序来设计和布线其复杂组件中的流体管路和电气线束。由于格劳博设备的大部分零件都是使用钣金制造的，因此他们也非常欣赏 NX 钣金设计模块，这是一个为复杂钣金零件设计量身定制的环境。

“凭借其丰富的专业应用，NX 赋能工程师在不离开其熟悉环境的情况下处理各种设计任务，”格劳博设计工程师兼 NX 主要用户弗洛里安·辛格勒 (Florian Zingerle) 说。“在全球 Teamcenter 框架内长期工作有助于他们全面构建从初步设计到生产的数字主线。”

格劳博机器和自动化设备的设计并不局限于 NX。工程师们早在销售过程中就使用 Tecnomatix® 产品组合中的 Plant Simulation 进行概念设计。通过使用 Plant Simulation，格劳博可以模拟物料流和机器利用率，从而实现概念优化。这为所有后续设计工作奠定了坚实的基础。他们使用 Process Simulate（同样属于 Tecnomatix 产品组合）来仿真他们集成到设计中的机器人，以验证循环时间并排除碰撞。

格劳博使用 NX 通过基于特征的加工实现设计和 CNC 编程工作的自动化，可识别 95% 的格劳博标准孔类型和 70% 至 80% 的其他特征。（图片由格劳博提供）

NX、Teamcenter 和 Tecnomatix 是 Siemens Xcelerator 这一软硬件和服务业务平台的一部分。

格劳博工程师使用 Mechatronics Concept Designer™ 软件（NX 产品系列的一部分）为关键组件创建和验证替代设计概念。在生产机器或生产线创建的另一端，他们使用该软件进行虚拟调试。机器的数字孪生通过西门子 Simit 仿真平台连接到可编程逻辑控制器（PLC），进行硬件在环（HiL）仿真，并提供运动学定义。虚拟调试大大缩短了交货时间，特别是如果较大的生产线设计包括直接交付给客户的第三方机器。格劳博在其工厂进行虚拟调试，这大大减少了在施工现场花费的时间和所需的优化工作。

格劳博工程师使用 Mechatronics Concept Designer 软件进行虚拟调试。（图片由格劳博提供）

自动化零件生成

格劳博主要使用 NX CAM 创建计算机数控（CNC）程序。工程师们不交换 CNC 程序，而是在生产设施之间交换 3D 模型，使用 Teamcenter 作为中央信息中心。这些模型在本地转换为 CNC 程序，同时考虑到当地的机械和可用的工具。

许多设计都有变化，例如钻孔或型腔的数量和尺寸不同。格劳博在 NX 中使用用户定义的特征（UDF）功能创建了一个加工规则库，其中包含标准孔类型、型腔和曲面定义，包括加工工序所需的刀具。这在产品创建过程的各个阶段节省了大量成本。“使用 NX CAM 进行基于特征的加工帮助我们实现了设计和 CNC 编程工作的自动化，”辛格勒说。“自动特征识别功能可识别 95% 的格劳博标准孔类型和 70% 至 80% 的其他特征，将 CNC 编程时间缩短了 30%，并大大减少了使用不同刀具的数量。”

“对于我们来说，实现这些高水平的自动化和数据集成需要一些时间，并且需要三个关键因素，”利谢茨基说。“首先，Siemens Xcelerator 业务平台的软件产品具有长期稳定性和通用互操作性；其次，西门子是熟悉我们要求的合作伙伴，提供可靠的持续应用支持；第三，内部专业知识能够以极大的敏捷性促进持续改进。”

马丁·瓦格纳 (Martin Wagner) 带领信息技术（IT）团队为技术软件提供支持，并转换客户零件设计，以便在格劳博数字孪生中使用。作为内部编程功能的一个例子，它需要 IT 专家熟悉所有不同类型的软件，瓦格纳解释说：“Teamcenter 和 ERP 软件之间的信息交换不仅仅是在 T4S 界面上移动 BOM。零件序列会根据诸如采购要求之类进行自动调整，然后将 BOM 反馈给工程部门进行自动重新调整。”

格劳博生产工人依靠显示器上 Teamcenter JT™ 数据格式查看器提供的有效信息，而不是纸张。格劳博 IT 专家使用 NX Open 应用程序从 NX 模型中提取特征，实现了工作流路径的自动生成。“它们足够详细，可以区分焊接螺母和铆接螺母，并指示它们的方向，”格劳博制造支持组组长斯蒂芬·舒尔说。“基于 NX、自动生成的工作流路径几乎消除了车间的错误。”

设计自动化的另一个例子是，任何 Teamcenter 设计发布都会触发 ERP 软件中的变更过程。因此从实际结果而言，该软件（以及所有其他图纸）用于创建指示更改的文档。

格劳博不只是将 NX 用于设计和制造设备。当该公司开发出一种用于快速、经济地生产铝制零件的新型增材制造（AM）技术时，他们集成了 NX 一体化增材制造解决方案。它与机床的切片机软件链接，该软件可生成制造零件所需的所有信息。这种创新增材制造机器的用户还使用 NX 来创建零件的支撑结构。“使用西门子软件，我们的数字化转型现在已扩展到考虑客户体验，”利谢茨基总结道。

格劳博生产工人依靠显示器上 Teamcenter JT 查看器提供的有效信息，而不是纸张。（图片由格劳博提供）