机械设备数字化解决方案

本书的主题为机械设备的数字化解决方案，共分为 5 章进行介绍：第 1 章为概述，概括介绍数字化工厂的构成及各部分的功能；第 2 章针对机械设备制造环节的数字化展开介绍，内容包含机械概念设计中的数字化应用、西门子机电一体化咨询服务、电气设计中的数字化应用、自动化工程、机械设备虚拟调试、工艺性能虚拟调试；第 3 章针对机械设备使用环节的数字化展开介绍，内容包括生产线数字化生产管理系统、人工智能和工业边缘、工厂及物流系统虚拟调试、扩展现实；第 4 章概括介绍机械设备全生命周期中各阶段的数据共享和操作协同；第 5 章对企业数字化转型提出参考建议，并对西门子生产机械工艺与应用技术中心进行介绍。本书可供从事机械设备制造及相关行业的企业管理者、技术部门负责人了解机械设备数字化解决方案的要点，或供工程技术人员了解数字化解决方案的组成内容和应用场景，也可以作为西门子公司业务推广经理和销售人员的参考用书。

金鑫，西门子（中国）有限公司数字化工业集团工厂自动化部生产机械应用技术中心组长，在高端机械设备的运动控制领域有丰富应用经验，擅长机械设备的性能提升、性能仿真、解决振动问题，以及和机械设备相关的数字化、人工智能应用。 黄巍，西门子（中国）有限公司数字化工业集团工厂自动化部生产机械应用技术中心组长，有多年生产机械设备的应用开发经验，熟悉西门子自动化及伺服运动控制相关产品以及虚拟调试技术的应用，擅长机械手、塑料、包装等行业的工艺研究和应用开发。 柴尔曼，西门子（中国）有限公司数字化工业集团工厂自动化部生产机械应用技术中心应用顾问，专注于生产机械相关的数字化技术与解决方案，在创新技术咨询与推广方面具有丰富经验，致力于推动工业领域的数字化转型。

序 前言 第 1 章　概述 001 1.1　市场需求推动工业向数字化转型 001 1.1.1　前三次工业革命的产生背景和主要标志 . 001 1.1.2　市场需求和相关技术的发展触发第四次工业革命 . 002 1.2　数字化工厂的概念和基本架构 006 1.2.1　离散型和流程型工业生产 . 006 1.2.2　数字孪生及其优势 . 007 1.2.3　数字化工厂中 IT 和 OT 的融合 . 013 1.2.4　数字化工厂的构成和各部分的功能 . 015 第 2 章　机械设备制造环节的数字化 018 2.1　机械设备制造环节的数字化概览 018 2.2　机械概念设计的数字化应用 022 2.3　西门子机电一体化咨询服务 025 2.3.1　西门子机电一体化咨询服务的工作内容 . 025 2.3.2　西门子机电一体化咨询服务的工作方法 . 028 2.3.3　西门子机电一体化咨询服务的典型行业应用 . 035 2.4　电气设计中的数字化应用 037 2.4.1　提升效率：使用 AML 文件打通电气设计的三个环节 038 2.4.2　选型软件的应用 . 041 2.4.3　安全评估的集成 . 054 2.4.4　控制柜的温升设计 . 067 2.5　自动化工程 069 2.5.1　自动化工程概览 . 069 2.5.2　自动化工程的基础组件—— TIA Portal Openness . 073 2.5.3　自动执行工程任务 . 077 2.5.4　生成 PLC 程序 083 2.5.5　生成人机界面 . 092 2.6　机械设备虚拟调试方案 . 099 2.6.1　机械设备虚拟调试方案结构概览 . 100 2.6.2　物理和运动学模型 . 103 2.6.3　电气和行为模型 . 108 2.6.4　自动化模型 . 112 2.6.5　机械设备虚拟调试解决方案实例 . 113 2.7　工艺性能虚拟调试方案 121 2.7.1　工艺性能虚拟调试方案结构概览 . 121 2.7.2　工艺性能虚拟调试方案与机械设备虚拟调试方案的区别和联系 . 127 2.7.3　工艺性能虚拟调试方案实例 . 128 第 3 章　机械设备使用环节的数字化 136 3.1　机械设备使用环节的数字化概览 136 3.2　生产线的数字孪生及其应用 140 3.2.1　生产线数字孪生及其优越性 . 140 3.2.2　生产线数字孪生应用实例 . 142 3.3　生产线集成和生产线数据透明化 143 3.3.1　生产线通信标准化 . 143 3.3.2　生产线设备程序标准化 . 152 3.3.3　生产线数字化生产管理系统—— 生产管家 159 3.4　生产过程中的优化 168 3.4.1　工业人工智能技术 . 168 3.4.2　工业人工智能在生产过程中的应用 . 171 3.5　预测性维护 175 3.5.1　针对预测性维护的工业边缘计算 . 176 3.5.2 SIMICAS? 智维宝 186 3.6　生产过程中的虚拟革新 189 3.6.1　扩展现实技术 . 189 3.6.2　典型应用场景 . 190 第 4 章　数据共享、操作协同及工业云的应用 196 4.1　产品全生命周期的数据共享和操作协同及 Teamcenter 软件的应用 . 197 4.1.1　为什么机器制造企业的数字化需要 PLM 197 4.1.2　西门子 PLM 软件 Teamcenter 功能简介 . 199 4.1.3 Teamcenter 在数字化工厂中的应用案例 202 4.2　工业云在数字化工厂的应用 203 4.2.1　工业云的基本概念、架构及功能 . 203 4.2.2　工业云与数字孪生使机器的设计、制造和运行不断优化 . 206 第 5 章　如何精准和有效地实施数字化转型 209 5.1　从企业的实际需要出发，逐步完成数字化转型 209 5.2　西门子数字化工厂方案的兼容性和可扩充性 212 5.3　西门子生产机械工艺与应用技术中心助力企业数字化转型 215