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

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

太陽與地球相距約1.5億公里,。但在天文學家看來,，太陽其實就在家門外，因為陽光從太陽照射到地球只需要8.3分鐘,。天文學家希望能看得更遠,。事實上,，未來，他們希望能觀測距離地球130億光年之遙的星系——從而穿越時空,，回望大爆炸之時的宇宙,。

新一代大型望遠鏡有望實現(xiàn)這一點。其主要挑戰(zhàn),，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自太空的微弱光線，每一個鏡片元件的尺寸精度都必須達到納米級,。

在巴伐利亞小鎮(zhèn)Teisnach,，工程師正在奮力解決這個問題。2012年,，歷經(jīng)三年的精心準備，世界上最大,、最現(xiàn)代的精密光學機器,，在代根多夫應(yīng)用技術(shù)大學的校園里開始了試運行。

就磨削,、研磨和拋光天文光學元件而言,，集這些功能于一體的UPG 2000 CNC（計算機數(shù)控）具備最高精密度。這臺機器的設(shè)計,、制造者是OptoTech Optikmaschinen股份有限公司,。OptoTech公司是供應(yīng)光學機器的全球市場*，這些機器可用于生產(chǎn)各式各樣的光學元件,，從超微光學元件,，到微型和大型光學元件，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車程的Wettenberg，OptoTech公司設(shè)計部主管Jochen Franz表示,，“我們開發(fā)的這款通用機器,，專門用于生產(chǎn)直徑最長可達兩米的鏡片，以及其他大型光學元件,。”在Teisnach進行的試驗,，旨在實現(xiàn)30納米的制造精度，這相當于人類頭發(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,，其制造過程所面臨的挑戰(zhàn)也同樣艱巨。簡而言之,，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題,。盡管要求進行這些開創(chuàng)性的工作,，但通過與西門子的合作，OptoTech公司在短短一年半的時間內(nèi)就完成了這臺機器的開發(fā),。在此過程中,，西門子為其提供了大量工業(yè)軟件和控制及自動化技術(shù)。

銀河系中央?yún)^(qū)域的3.4億像素圖片,。

為了縮短開發(fā)周期,，及時滿足對天文光學元件的巨大需求，OptoTech公司的專家采用了創(chuàng)新工業(yè)軟件,，在產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)（PLM）框架內(nèi),，將虛擬世界和現(xiàn)實生產(chǎn)世界聯(lián)系起來。

為此,，OptoTech公司采用了西門子提供的一體化PLM軟件解決方案NX,。德國西門子PLM軟件公司的NX營銷主管Peter Scheller指出，“除產(chǎn)品設(shè)計,、三維建模和文件匯編之外,，這個軟件還允許用戶執(zhí)行多學科計算。這些計算將剛度和流量計算,、熱傳遞,，以及運動過程等各個不同方面聯(lián)系起來,，根據(jù)計算結(jié)果，可以對現(xiàn)實進行較為精確的模擬,。”

他補充道，“NX和一體化開發(fā)環(huán)境加快了開發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)流程,，從而大大縮短了將產(chǎn)品推向市場的時間。”

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

虛擬原型機,。得益于這種虛擬設(shè)計流程，成本不菲的實物原型機退出了歷史舞臺,。同樣地，不再需要耗費大量時間進行并行計算,，以便確定某個設(shè)計在轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品之后其結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)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鏡片的生產(chǎn)流程,。虛擬機軟件能夠以合乎實際的方式，移動這臺數(shù)字化設(shè)計的機器,。因此，可以在設(shè)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(shè)計和開發(fā)流程,，從而大大縮短了將產(chǎn)品推向市場的時間,。”

當這臺機器實際啟動之后，基于NX的開發(fā)過程的益處也顯而易見,。Scheller說：“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平臺,?？梢员４娌㈦S時提供來自設(shè)計階段、客戶驗收階段,，以及隨后的維護階段的所有數(shù)據(jù)。在對機器進行維護或當機器發(fā)生故障時,，這一點具有巨大優(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，才有可能實現(xiàn)市場所要求的制造質(zhì)量,。OptoTech公司創(chuàng)始人暨總經(jīng)理Roland Mandler說：“在將加工件從一臺機床轉(zhuǎn)移到另一臺機床并重新定位的過程中,，總是會喪失寶貴的時間和精密度,。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,。”

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

從轉(zhuǎn)換器,，到電機和齒輪聯(lián)軸器,，這種一體化系統(tǒng)保證了所有子系統(tǒng)和組件之間的平穩(wěn)交互及尺寸設(shè)計。這種一體化系統(tǒng)也保證了從組件到控制系統(tǒng),，以及機器的整個生命周期內(nèi)的客戶支持的垂直整合，從模擬,，到工程設(shè)計,，再到常規(guī)運行期間的檢修，無所不包,。

正是考慮到其種種益處,，OptoTech公司選擇了西門子的解決方案。OptoTech公司設(shè)計主管Jochen Franz表示,，“對此,，我們與西門子長期以來的良好關(guān)系，起到了一定作用,；同時,，機電一體化支持專家給予的開發(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：沒有任何其他控制系統(tǒng)供應(yīng)商,，能夠提供像西門子產(chǎn)品這樣的可靈活擴展的、開放式,、模塊化的高級CNC系統(tǒng),。”

計算機數(shù)控，系指機床或CNC機器的電子控制和調(diào)節(jié),。歸功于其電子控制技術(shù)，CNC機器能夠自動生產(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,，西門子CNC系統(tǒng)的其他優(yōu)點包括：它們允許針對客戶特定用戶界面直接進行調(diào)整,，以及遠程維護訪問,。有了這些特性,，OptoTech公司將能隨時迅速為世界各地的客戶提供所需產(chǎn)品,。

目前，OptoTech公司與西門子合力打造的這臺機器,，已屬Ifaso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）所有,。OptoTech公司與代根多夫應(yīng)用技術(shù)大學共同成立了Ifaso公司，專門從事這臺新機器的銷售,。預計,，,，其在全球市場的銷售將迅猛增長。中國,、俄羅斯和印度等開展了太空計劃的國家,，已紛紛前來詢問,。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(xiàn)實靠近

西門子是全球*的產(chǎn)品生命周期管理（PLM）軟件及相關(guān)服務(wù)的供應(yīng)商,，擁有900萬裝機量。西門子的NX軟件套件,，是一個可用于靈活,、高效,、快速、高質(zhì)量地開發(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(shè)計,、計算機輔助制造和計算機輔助工程設(shè)計（CAD/ CAM/CAE）。從三維建模,、文件匯編,，到結(jié)構(gòu),、運動、熱,、流動力學和多物理等過程的多學科計算等,，這種組合的優(yōu)勢可見一斑。