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為了觀(guān)測到更遙遠的外太空，天文學(xué)家需要使用新一代光學(xué)望遠鏡。為了生產(chǎn)出這些儀器所需的超精密大型鏡片，OptoTech設計了一臺重達86噸的機器。來(lái)自西門(mén)子的工業(yè)軟件和控制及自動(dòng)化技術(shù)，為打造這臺機器助了一臂之力。

西門(mén)子軟件模擬并開(kāi)發(fā)了一臺為高性能望遠鏡生產(chǎn)巨型鏡片的機器（左上圖）。

太陽(yáng)與地球相距約1.5億公里。但在天文學(xué)家看來(lái)，太陽(yáng)其實(shí)就在家門(mén)外，因為陽(yáng)光從太陽(yáng)照射到地球只需要8.3分鐘。天文學(xué)家希望能看得更遠。事實(shí)上，未來(lái)，他們希望能觀(guān)測距離地球130億光年之遙的星系——從而穿越時(shí)空，回望大爆炸之時(shí)的宇宙。

新一代大型望遠鏡有望實(shí)現這一點(diǎn)。其主要挑戰，是生產(chǎn)所需的大量極其精密的鏡片。這種望遠鏡的主鏡，包含約800個(gè)直徑約為1.5米、厚50毫米的六角反射鏡元件。為了能夠捕捉并聚焦來(lái)自太空的微弱光線(xiàn)，每一個(gè)鏡片元件的尺寸精度都必須達到納米級。

在巴伐利亞小鎮Teisnach，工程師正在奮力解決這個(gè)問(wèn)題。2012年，歷經(jīng)三年的精心準備，世界上大、現代的精密光學(xué)機器，在代根多夫應用技術(shù)大學(xué)的校園里開(kāi)始了試運行。

就磨削、研磨和拋光天文光學(xué)元件而言，集這些功能于一體的UPG 2000 CNC（計算機數控）具備高精密度。這臺機器的設計、制造者是OptoTech Optikmaschinen股份有限公司。OptoTech公司是供應光學(xué)機器的市場(chǎng)*，這些機器可用于生產(chǎn)各式各樣的光學(xué)元件，從超微光學(xué)元件，到微型和大型光學(xué)元件，以及平面鏡片和眼鏡片，不一而足。

在地處德國法蘭克福以北一小時(shí)車(chē)程的Wettenberg，OptoTech公司設計部主管Jochen Franz表示，“我們開(kāi)發(fā)的這款通用機器，專(zhuān)門(mén)用于生產(chǎn)直徑長(cháng)可達兩米的鏡片，以及其他大型光學(xué)元件。”在Teisnach進(jìn)行的試驗，旨在實(shí)現30納米的制造精度，這相當于人類(lèi)頭發(fā)絲直徑的千分之一左右。

不容失誤。然而，UPG 2000 CNC本身就是一個(gè)龐然大物。它重達86公噸，其巨型底座重40噸，所生產(chǎn)的鏡片十分巨大，其制造過(guò)程所面臨的挑戰也同樣艱巨。簡(jiǎn)而言之，不容發(fā)生任何失誤——不能有任何成本高昂的原型機無(wú)法正確工作；不能有任何差錯妨礙運行；更不能有任何鏡片存在精度問(wèn)題。盡管要求進(jìn)行這些開(kāi)創(chuàng )性的工作，但通過(guò)與西門(mén)子的合作，OptoTech公司在短短一年半的時(shí)間內就完成了這臺機器的開(kāi)發(fā)。在此過(guò)程中，西門(mén)子為其提供了大量工業(yè)軟件和控制及自動(dòng)化技術(shù)。

銀河系中央區域的3.4億像素圖片。

為了縮短開(kāi)發(fā)周期，及時(shí)滿(mǎn)足對天文光學(xué)元件的巨大需求，OptoTech公司的專(zhuān)家采用了創(chuàng )新工業(yè)軟件，在產(chǎn)品生命周期管理系統（PLM）框架內，將虛擬世界和現實(shí)生產(chǎn)世界聯(lián)系起來(lái)。

為此，OptoTech公司采用了西門(mén)子提供的一體化PLM軟件解決方案NX。德國西門(mén)子PLM軟件公司的NX營(yíng)銷(xiāo)主管Peter Scheller指出，“除產(chǎn)品設計、三維建模和文件匯編之外，這個(gè)軟件還允許用戶(hù)執行多學(xué)科計算。這些計算將剛度和流量計算、熱傳遞，以及運動(dòng)過(guò)程等各個(gè)不同方面聯(lián)系起來(lái)，根據計算結果，可以對現實(shí)進(jìn)行較為精確的模擬。”

他補充道，“NX和一體化開(kāi)發(fā)環(huán)境加快了開(kāi)發(fā)、設計和生產(chǎn)流程，從而大大縮短了將產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間。”

首先，OptoTech公司的設計工程師創(chuàng )建了其未來(lái)機器的虛擬三維設計。在此階段，軟件就已顯示其總體設計和將要使用的元件能否正常工作，因為西門(mén)子Sinumerik控制器和Sinamics傳動(dòng)裝置的所有實(shí)際屬性均已通過(guò)NX融入設計。然后，西門(mén)子機電一體化技術(shù)支持團隊將分析、模擬并優(yōu)化這臺虛擬機的設計。

虛擬原型機。得益于這種虛擬設計流程，成本不菲的實(shí)物原型機退出了歷史舞臺。同樣地，不再需要耗費大量時(shí)間進(jìn)行并行計算，以便確定某個(gè)設計在轉化為產(chǎn)品之后其結構是否穩固。Scheller解釋道，“歸功于面向生產(chǎn)模擬的CAM模塊，OptoTech公司甚至可以精確模擬單個(gè)鏡片的生產(chǎn)流程。虛擬機軟件能夠以合乎實(shí)際的方式，移動(dòng)這臺數字化設計的機器。因此，可以在設計流程的早期階段，在虛擬世界里將之投入運行，OptoTech公司正是這樣做的。”

“NX加快了設計和開(kāi)發(fā)流程，從而大大縮短了將產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間。”

當這臺機器實(shí)際啟動(dòng)之后，基于NX的開(kāi)發(fā)過(guò)程的益處也顯而易見(jiàn)。Scheller說(shuō)：“Teamcenter是當前的PLM平臺。NX比任何其他解決方案都更加深入地融入了這個(gè)平臺?？梢员４娌㈦S時(shí)提供來(lái)自設計階段、客戶(hù)驗收階段，以及隨后的維護階段的所有數據。在對機器進(jìn)行維護或當機器發(fā)生故障時(shí)，這一點(diǎn)具有巨大優(yōu)勢。”

像UPG 2000 CNC這樣的新型解決方案，特別突出地表明了這款工業(yè)軟件的*性。OptoTech公司的專(zhuān)家認為，顯然，只有借助一臺全新的、復雜的組合機床，才有可能實(shí)現市場(chǎng)所要求的制造質(zhì)量。OptoTech公司創(chuàng )始人暨總經(jīng)理Roland Mandler說(shuō)：“在將加工件從一臺機床轉移到另一臺機床并重新定位的過(guò)程中，總是會(huì )喪失寶貴的時(shí)間和精密度。而這種情況必須避免，因此，我們將所有必要的工序，整合到我們配備了Sinumerik控制器的超精密研磨和拋光機中。”

一體化傳動(dòng)系統。OptoTech公司還采用了西門(mén)子提供的傳動(dòng)系統。西門(mén)子運動(dòng)控制業(yè)務(wù)部*執行官Robert Neuhauser透露，其選擇原因在于西門(mén)子所實(shí)行的一體化方案。他說(shuō)：“在像這樣的復雜項目中，一體化傳動(dòng)系統優(yōu)勢顯著(zhù)。”

從轉換器，到電機和齒輪聯(lián)軸器，這種一體化系統保證了所有子系統和組件之間的平穩交互及尺寸設計。這種一體化系統也保證了從組件到控制系統，以及機器的整個(gè)生命周期內的客戶(hù)支持的垂直整合，從模擬，到工程設計，再到常規運行期間的檢修，無(wú)所不包。

正是考慮到其種種益處，OptoTech公司選擇了西門(mén)子的解決方案。OptoTech公司設計主管Jochen Franz表示，“對此，我們與西門(mén)子長(cháng)期以來(lái)的良好關(guān)系，起到了一定作用；同時(shí)，機電一體化支持專(zhuān)家給予的開(kāi)發(fā)支持，也是重要的考慮因素之一。但技術(shù)因素才是起決定作用的：沒(méi)有任何其他控制系統供應商，能夠提供像西門(mén)子產(chǎn)品這樣的可靈活擴展的、開(kāi)放式、模塊化的高級CNC系統。”

計算機數控，系指機床或CNC機器的電子控制和調節。歸功于其電子控制技術(shù)，CNC機器能夠自動(dòng)生產(chǎn)出較為復雜的工件，并且其速度和精密度遠遠優(yōu)于機械控制機器。Franz指出，西門(mén)子CNC系統的其他優(yōu)點(diǎn)包括：它們允許針對客戶(hù)特定用戶(hù)界面直接進(jìn)行調整，以及遠程維護訪(fǎng)問(wèn)。有了這些特性，OptoTech公司將能隨時(shí)迅速為世界各地的客戶(hù)提供所需產(chǎn)品。

目前，OptoTech公司與西門(mén)子合力打造的這臺機器，已屬I(mǎi)faso股份有限公司（Ifaso是“非球面鏡片的一體化生產(chǎn)”的首字母縮寫(xiě)）所有。OptoTech公司與代根多夫應用技術(shù)大學(xué)共同成立了Ifaso公司，專(zhuān)門(mén)從事這臺新機器的銷(xiāo)售。預計，這一無(wú)二的儀器，其在市場(chǎng)的銷(xiāo)售將迅猛增長(cháng)。中國、俄羅斯和印度等開(kāi)展了太空計劃的國家，已紛紛前來(lái)詢(xún)問(wèn)。OptoTech公司總經(jīng)理Roland Mandler堅信，UPG 2000 CNC也將引起其他行業(yè)的興趣，如半導體平版印刷術(shù)。

Mirjam Müller

在虛擬世界里向現實(shí)靠近

西門(mén)子是的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件及相關(guān)服務(wù)的供應商，擁有900萬(wàn)裝機量。西門(mén)子的NX軟件套件，是一個(gè)可用于靈活、高效、快速、高質(zhì)量地開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)產(chǎn)品的解決方案。NX全面整合了計算機輔助設計、計算機輔助制造和計算機輔助工程設計（CAD/ CAM/CAE）。從三維建模、文件匯編，到結構、運動(dòng)、熱、流動(dòng)力學(xué)和多物理等過(guò)程的多學(xué)科計算等，這種組合的優(yōu)勢可見(jiàn)一斑。