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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。來自西門子的工業軟件和控制及自動化技術，為打造這臺機器助了一臂之力。

西門子軟件模擬并開發了一臺為高性能望遠鏡生產巨型鏡片的機器（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這一點。其主要挑戰，是生產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Teisnach，工程師正在奮力解決這個問題。2012年，歷經三年的精心準備，世界上最大、最現代的精密光學機器，在代根多夫應用技術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（計算機數控）具備最高精密度。這臺機器的設計、制造者是OptoTech Optikmaschinen股份有限公司。OptoTech公司是供應光學機器的全球市場*，這些機器可用于生產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公司設計部主管Jochen Franz表示，“我們開發的這款通用機器，專門用于生產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30納米的制造精度，這相當于人類頭發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，所生產的鏡片十分巨大，其制造過程所面臨的挑戰也同樣艱巨。簡而言之，不容發生任何失誤——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就完成了這臺機器的開發。在此過程中，西門子為其提供了大量工業軟件和控制及自動化技術。

銀河系中央區域的3.4億像素圖片。

為了縮短開發周期，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新工業軟件，在產品生命周期管理系統（PLM）框架內，將虛擬世界和現實生產世界聯系起來。

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，“除產品設計、三維建模和文件匯編之外，這個軟件還允許用戶執行多學科計算。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系起來，根據計算結果，可以對現實進行較為精確的模擬。”

他補充道，“NX和一體化開發環境加快了開發、設計和生產流程，從而大大縮短了將產品推向市場的時間。”

首先，OptoTech公司的設計工程師創建了其未來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融入設計。然后，西門子機電一體化技術支持團隊將分析、模擬并優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，以便確定某個設計在轉化為產品之后其結構是否穩固。Scheller解釋道，“歸功于面向生產模擬的CAM模塊，OptoTech公司甚至可以精確模擬單個鏡片的生產流程。虛擬機軟件能夠以合乎實際的方式，移動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加快了設計和開發流程，從而大大縮短了將產品推向市場的時間。”

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。可以保存并隨時提供來自設計階段、客戶驗收階段，以及隨后的維護階段的所有數據。在對機器進行維護或當機器發生故障時，這一點具有巨大優勢。”

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，才有可能實現市場所要求的制造質量。OptoTech公司創始人暨總經理Roland Mandler說：“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。OptoTech公司還采用了西門子提供的傳動系統。西門子運動控制業務部*執行官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，一體化傳動系統優勢顯著。”

從轉換器，到電機和齒輪聯軸器，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，以及機器的整個生命周期內的客戶支持的垂直整合，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公司設計主管Jochen Franz表示，“對此，我們與西門子長期以來的良好關系，起到了一定作用；同時，機電一體化支持專家給予的開發支持，也是重要的考慮因素之一。但技術因素才是起決定作用的：沒有任何其他控制系統供應商，能夠提供像西門子產品這樣的可靈活擴展的、開放式、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，CNC機器能夠自動生產出較為復雜的工件，并且其速度和精密度遠遠優于機械控制機器。Franz指出，西門子CNC系統的其他優點包括：它們允許針對客戶特定用戶界面直接進行調整，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”的首字母縮寫）所有。OptoTech公司與代根多夫應用技術大學共同成立了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公司總經理Roland Mandler堅信，UPG 2000 CNC也將引起其他行業的興趣，如半導體平版印刷術。

Mirjam Müller

在虛擬世界里向現實靠近

西門子是全球*的產品生命周期管理（PLM）軟件及相關服務的供應商，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、高質量地開發和生產產品的解決方案。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、熱、流動力學和多物理等過程的多學科計算等，這種組合的優勢可見一斑。