上海拓關自動化科技有限公司

公司主營：工業自動化控制系統工程，工業自動化設備，自動化成套設備，電子產品銷售及維修

西門子可編程控制器：S7-200CN、S7-200SMART、S7-300、S7-400、 S7-1200、S7-1500、ET200、LOGO邏輯控制模塊

 西門子HMI人機界面：TD200、TD400C、TP177A/B、MP277、MP377、TP700、TP900、TP1200、TP1500、SMART700/1000

 西門子變頻器：MM420、MM430、MM440、G110、G120、6SE70工程變頻器 6RA70直流調速器、3RW30/40/44軟啟動器

 西門子數控系統：802C、802S、808D、802D/SL、810D、840D

 西門子伺服驅動：611A、611D、611U、S120、NCU、PCU、伺服電機、低壓電機

西門子工業以太網：通訊網卡、通訊電纜、通訊接頭、總線連接器 工控機、交換機、自動化軟件等系列產品。

上海拓關自動化科技有限公司

：余工（銷售 維修 回收 技術）

24小時：（余工）

24小時：（周麗媛）

工作

SIMATIC 面板式 PC 具有*的工業兼容性，適合在控制柜、控制臺和控制面板上使用以及直接在機器上使用。其典型應用領域是在工廠和過程自動化方面。

針對不同的需求，可使用豐富的堅固、高性能 SIMATIC 面板式 PC。

共享的工業功能性
優質部件和模板具有很長的故障間隔時間 (MTBF)，在很寬的溫度范圍內也能保證 24 小時連續運行；
因特殊的硬盤懸置機構、鎖定的插頭式連接器和固定卡支架而獲得很高的抗振和抗沖擊性。
堅固的外殼具有較高電磁兼容性 (EMC)，采用集成式集成工業電源（也符合 NAMUR）
維護方便
高亮度顯示器，尺寸范圍 7" 至 22"
所有的設備系列均采用統一的前面板設計并有相同的前面板安裝尺寸
堅固的前面板設置，防塵，防潮，耐化學腐蝕（正面防護等級 IP65）
SIMATIC IPC277:性能優化的面板式 PC – 免維護，結構緊湊，帶 7" 及以上顯示屏
可靈活地選擇不同尺寸堅固耐用的寬屏前端（從 7 寸到 19 寸），實現可自由組態的顯示區域
高亮顯示屏分辨率高、視角廣且背光可調率高達 *，同時優化了功率消耗
由于使用 CF/CFast 卡和固態硬盤作為大容量存儲裝置，可以在高達 50 °C 的環境溫度條件下無風扇運行，因此是免維護的
采用非易失性存儲器（選件），具有*的工業功能
即裝即用型嵌入式捆綁程序，帶有可視化軟件和/或控制軟件
SIMATIC IPC477:功能強大的嵌入面板式 IPC – 免維護，配置多樣
結構緊湊
性能高，結構緊湊，堅固可靠
使用 PCIe I/O 卡（可選）進行靈活擴展
不含旋轉部件（無硬盤、風扇）
安全性高，采用操作系統
Windows Embedded Standard 7
即用型設備，可選擇預裝軟件
HMI:創新的 HMI 軟件 WinCC RT Advanced（包括日志記錄和配方功能）
RTX:具有實時功能的軟 PLC
內置非易失性存儲器（NV-RAM，可用于軟控制器）
也可作為帶多點觸控顯示屏的 PRO 型（全面 IP65 防護等級）提供
SIMATIC IPC677D:面板式 PC – 具有*的性能、功能范圍和擴展能力
堅固耐用且可擴展的工業 PC，可以選配前面板
用于工業的表面粗糙設計
*的 PC 開放性
可選配集成 PROFIBUS 或 PROFINET 接口
所有處理器均為雙核

優勢

*的工業功能
整個結構純粹面向工業用途而設計。例如，硬盤的特殊懸置減振機構可確保即使在高機械負荷下也具有運行可靠性。這樣，SIMATIC 面板式 PC 就能承受 1 g 振動負荷和 5 g 沖擊負荷。

性能
由于采用 ULV（超低電壓）到 In 內核技術的 In 處理器，SIMATIC 面板式 PC 可針對具體應用進行靈活擴展。

可擴展的計算能力
*的計算能力
英特爾處理器技術
Core i、Dual Core、ULV、Atom、Celeron
投資安全
部件具有較高延續性，產品淘汰后可在zui長 5 年內保證備件供應（例如，通過自行開發和生產主板）。這樣，無需重新進行工程組態，就可實現*的設備方案。

便于維修的設備設計
設備的設計便于升級和更換部件。

集成接口
通過集成的不同接口，可連接各種通信和擴展選件。許多型號還配備有千兆以太網和 PROFIBUS DP/MPI 接口。

可擴展性
根據具體型號，提供了可進行具體擴展的 ISA、PCI 和 PCI Express 插槽。這樣就可以繼續使用現有擴展卡和新擴展卡。

結構緊湊
為實現所需的擴展，SIMATIC 面板式 PC 具有極低的安裝深度，從而可在很窄的安裝位置使用。

選件
使用各種選件，可實現具體的工業應用解決方案。這樣就可以在zui大 30 m 距離處，獨立于 PC 單元來操作控制單元。直接控制鍵模塊可用來獨立于操作系統運行過程，不會直接在 PROFIBUS DP/MPI 上產生延遲，提高了操作安全性。

單獨可擴展的系統可用性
RAID1 配置 - 通過冗余數據管理實現高系統穩定性
SIMATIC IPC DiagMonitor – 監視運行狀態，并在本地及網絡中早期檢測出問題
SIMATIC IPC Image & Partition Creator – 通過預防性數據備份，zui大限度縮短停機時間
SITOP 和 Masterguard 電源 (UPS) – 對電壓的突然降低加以緩沖

由于太陽能發電站和風力發電場的并網發電量越來越高，短路可能導*大電流流過電力傳輸線，損壞電網設備。西門子研究人員想要通過開發超導故障電流限制器來阻止這種損害。這些系統不僅可靠，而且能穩定電網。很快，這樣一個系統原型將在奧格斯堡安裝。

將之放置到基片且卷到雙線繞組上時，Manfred Wohlfahrt確保嵌入式陶瓷超導材料，可精確到百分之零點零一毫米以內。

目前，圍繞著德國能否實現其在2020年將溫室氣體二氧化碳的排放量降至1990年時的40%這一目標，一場激烈爭辯正在展開。與此同時，德國將繼續快速擴大對可再生能源的使用。德國能源和水行業協會（BDEW）計算，2014年上半年，可再生能源發電滿足了德國用電需求的28.5%，這創下了新的紀錄。然而，生態電能的增加，對電網運營商構成了挑戰，因為每一個新的風電或光伏發電系統都是必須直接并入電網的新增發電設施。

盡管在正常條件下，這對電網運營商來說不是問題，但如果因挖掘機意外割斷電力電纜或一棵樹倒在電力傳輸線上而造成短路，情況就會變得棘手起來。直接并網發電的發電設施越多，流過電力傳輸線的電流就越多。如果短路電流不受阻礙地流入開關站，那么，它會將電力傳輸線從底座上扯下來，并燒焦電網設備。

為了防止發生這種損害，連接至變電站和開關站的電力傳輸線都配備了名為“電路斷路器”的短路保護裝置。如果短路電流快速升高，那么，電路斷路器通常會中斷這股電流，但前提條件是，這股電流并不太大。能夠像電阻器那樣抑制短路電流的串聯電抗器，可以針對特別強大的短路電流，提供額外的保護。但串聯電抗器的問題是，它們不僅能在出現短路時起到電阻器的作用，而且在正常運行中，它們也是電阻器。這導致了電能的不斷浪費。通常，一個串聯電抗器線圈可以造成多達25千瓦的電能損耗。專家估計，共安裝了zui多4.4萬個串聯電抗器。也就是說，這在范圍內造成了高達110萬千瓦的電能損耗，這相當于一座大型電廠的發電量。

西門子研究人員Hans-Peter Krämer博士正在檢查每一個雙線超導繞組，以確保精確纏繞

短路

傳統電網是層級系統。這意味著大型集中式發電站向高壓系統輸送電能，然后，電能從這里依次流向中壓系統、低壓系統，zui終輸送給企業和住戶。諸如變壓器等電網設備，將這些傳統的電壓等級系統分隔開來，以確保安全地將電能從發電設施輸配給用戶。然而現在，越來越多的沼氣和太陽能發電系統及風電場等，都在直接向中壓系統輸送電能。因此，短路可能引起中壓系統難以承受的強大電流。正因如此，電網運營商不得不隨著可再生能源并網發電量的增長，相應地升級其系統。僅憑串聯電抗器不能完*問題，這不僅由于它們會造成電能損耗，而且因為串聯電抗器形成的電阻會導致壓降。

真正需要的是一個不同于串聯電抗器的，不會在正常運行中產生任何電阻的替代解決方案。這樣的解決方案確實存在，那就是由釔鋇銅氧化物構成的特種陶瓷高溫超導材料。這些超導體在輸送電能時不會形成任何電阻，因而幾乎不會造成任何損耗。然而，要實現這樣的屬性，必須降低它們的溫度。通常是利用溫度在零下196攝氏度的液氮來做到這一點。盡管冷卻過程也要耗用電能，但專家估算，超導故障電流限制器的能耗，僅為相當的串聯電抗器造成的電能損耗的一半。

德國能源和水行業協會（BDEW）計算，2014年上半年，可再生能源發電滿足了德國用電需求的28.5%，這創下了新的紀錄。

嵌在金屬中的超導繞組被嵌入基片。

高溫超導材料

20多年來，西門子*研究院的科學家一直在潛心研究高溫超導材料。專攻超導材料的西門子研究人員Peter Kummeth表示，“我們認為，可再生能源發電量的增長，意味著使用超導故障電流限制器的時機已經成熟。”超導組件和應用研究小組組長Tabea Arndt補充道，“直到幾年前，超導材料的價格依然主要取決于制造商的研發成本。從技術推動轉變為市場拉動，已經使得超導應用不僅在技術上具有吸引力，而且在經濟上也頗為誘人。”超導體優點突出。它們不像串聯電抗器那樣存在電阻，因此，超導體能提高電網的穩定性和可靠性。如果電網運營商使用了更多串聯電抗器，那么，它們將不得不更換網絡組件或者安裝電氣組件，以加強電網。超導體則免去了這些額外工作。

2014年10月，西門子*研究院與奧格斯堡市政供電公司聯合發起了一個合作項目。作為面向創新能源和高能效技術的BayINVENT計劃的一部分，這個項目得到了巴伐利亞州經濟、媒體、能源和技術部的支持。項目合作伙伴希望在2015年年底之前，制作一個超導故障電流限制器原型。這個電流限制器將被安裝在奧格斯堡市政供電公司電網與MTU onsite energy（簡稱“MTU”）運行的一座設施之間。MTU是熱電聯產設備制造商，它定期在其工廠內對熱電聯產設備進行試驗。同風電場一樣，這家企業將其熱電聯產設備生產的電能輸送到奧格斯堡電網中。有時候，這些試驗會實現zui高1.5萬千瓦的尖峰發電量，這大致相當于5臺大型風電機組的總發電量。

在-192 C的低溫下，在超低溫真空環境中纏繞的超導繞組，
幾乎不產生任何電阻

超導故障電流限制器

奧格斯堡的這個超導故障電流限制器，將結合使用串聯電抗器。正常運行狀態下，電流將從超導體中流過，不會產生任何電阻或損耗。這種情況下，在某種意義上，超導體對電流而言是“隱形的”。然而，當發生短路時，強大的短路電流將導致超導體失去其超導屬性，突然變成電阻器。這將導致超導體溫度升高，仿佛在烤面包機里受到烘烤。此外，這會觸發開關，將電流引向串聯電抗器，后者則照常充當電阻器。當然，沒有串聯電抗器，超導體也能起作用。然而，當串聯電抗器抑制電流的同時，超導體可以冷卻并再生，這樣一來，它很快就能自動恢復功能。

噴射式熔斷器是串聯電抗器的另一個替代之選。同家用保險絲盒中的老式陶瓷熔絲一樣，當電網發生短路時，它們會燒斷，從而避免造成任何損害。Kummeth的同事Christian Schacherer在西門子*研究院負責電流限制器的研發，她說：“不過，必須人工更換這種熔絲，這是一個相當耗時費力的過程。相比之下，我們的裝置中的熔絲則能在超導體再度冷卻之后，自動恢復其初始狀態。”西門子*研究院研制的電流限制器的另一個優點是，它實現了本質安全，也就是說，它不會發生故障。短路會令其溫度升高并自動變成電阻器。Schacherer表示，“另一方面，噴射式熔斷器，則可能出現故障，無法熔斷。”

為了高效地攔截短路，將在奧格斯堡市政電網與MTU擁有的熱電聯產電廠之間安裝超導故障電流限制器

蓄勢待發的市場

西門子*研究院的研究人員在工作中得到了西門子能源管理集團的協助。輸電集團創新部門的負責人Peter Menke為他所在集團分析了新的超導故障電流限制器的業務前景。他說：“盡管這種超導材料的質量很好，并且不得不冷卻系統，但這種超導裝置的價格接近于現有的采用串聯電抗器的開關站，后者具備我們熟悉的缺點。”雖然有這些優點，但電網運營商不大可能更換其全部現有系統，購置數千臺這種新型超導故障電流限制器。Kummeth表示，“這種裝置非常適于增長型利基市場。我認為，zui初，它將主要用于制造業，制造廠商必須保護其工廠電網不被短路損害。對于處理大量材料的化工、石化工藝及反應裝置，更是如此。這種設施發生故障，會造成巨大損失。”原則上，超導故障電流限制器可用于將幾乎任何數量的子網絡合并起來。譬如，可以將中壓供電網絡連接至企業電網，或太陽能發電站和風電場。

Peter Menke認為，這款新型超導故障電流限制器的研發成本相對低廉，僅為幾百萬歐元，這是非常了不起的。相比之下，西門子*研究院在20世紀90年代末期，在德國研究部的幫助下開發的上一代產品的總研發預算則高達5,000萬德國馬克（約合2,500萬歐元以上）。舊系統研發成本高得多的原因之一，是必須專門為此開發超導材料。如今，西門子研發人員充分利用了與其他超導應用的協力效應，使用了可以在市場上購得的材料。研究人員使用這些應用和材料，打造了一個外形小巧、性能強大的故障電流限制器，這是一個巨大的成就。目前，奧格斯堡電網正在安裝這個故障電流限制器。

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打造數字化企業

未來，zui重要的原料將是智能數據。正因為如此，西門子正投資于提升效率的技術，如靈活服務模式和*的PLM軟件。隨著這些新型數字業務模式變得越來越強大，它們將使西門子轉變成真正的數字化企業。

沙特首都利雅得擁有約600萬人口，并且還在快速增長。為了有效應對不斷增長的人口，利雅得通過建造綿延175公里的全新地鐵網絡，擴展其公共交通系統。西門子參與其中，不僅為6條新建線路中的兩條提供74列無人駕駛地鐵列車Inspiro，而且還提供配套電氣、信號和通信系統，以及*控制技術。

該合同價值15億歐元，主要區別在于，要在已安裝設備基礎上實現全線數字化?；跓o線局域網的信號 和列車控制技術要確保在高峰時段，無人駕駛列車能以90秒鐘間隔發車。按這種發車頻次，地鐵系統的輸送能力可達到每小時2.1萬人次。實現如此之短的發車間隔，需要根據列車速度和制動距離來持續計算列車之間的zui小可能間距。數字控制系統將根據地鐵線路情況來確定列車加速幅度，以便保持與前車的安全距離，同時盡可能降低能耗。利用地鐵系統運行過程中產生的所有數據，西門子還能確保根據客戶要求持續優化地鐵系統運行。

利雅得正在擴建其公共交通系統。西門子將為其提供74列無人駕駛Inspiro地鐵列車。

增長動力

西門子是電氣化和自動化系統、城市基礎設施，以及醫療解決方案等領域的*，同時也是推動這些領域研發的主要力量。利雅得地鐵系統這樣的例子表明，實時優化列車間距等數字化服務將成為主要增長動力。有關專家預計，在鐵路領域相關數字化服務的年增長率將達到7%到9%。此外，比如用于資產管理的數據化預測等其他數字化服務市場也在快速擴展，正如用于優化工業設施的西門子Comos數據平臺和syngo 醫療成像軟件等行業軟件一樣。

不論是燃氣輪機內部火焰溫度、機車速度，還是電網容量，現實世界中的事物越來越多地利用0和1兩位數字編碼來描述和管理。這個趨勢恐怕不會放緩，因為預計在未來30年，微芯片的計算能力及數據存儲和傳輸容量將提高上千倍。這種發展帶來的影響已經十分明顯，我們再也無法想象，我們的個人生活和工作離開數字化設備會變成什么樣。譬如，在平板電腦上，我們可以閱讀報刊、關上后院的燈、控制機器人，或者監控整座電廠。

西門子提供的全新資產分析服務可以在線監測機器、生產線和整座工廠的狀況。

數據：業務發展引擎

當然，數據本身并無實際價值。僅當得到合理利用，數據才有助于重塑世界。換句話說，智能數據比大數據更重要——智能數據正是西門子的專長。電廠技術、電氣化，通過自學習程序實現的自動化，以及基于自我診斷和狀態監測的維保系統等等——數字化轉型正在影響所有業務領域。配備了數百個用于測定溫度、壓力、氣體流速和氣體成分等參數的傳感器的燃氣輪機，便是一個很好的例子。在利用智能算法對測量值進行恰當分析后，可據此向電廠運營者提出建議，以便其進一步提高電廠運行效率，減少污染物排放。不論是在節省能源、提高電廠運行環保性、降低成本、加快工藝流程，還是在提高可靠性等方面，這都能創造真正的附加值。

西門子發電集團服務部推出的全新服務模式是這種做法的*例子。不再是過去那種通用的標準化維保合同，發電集團現在可以提供更加靈活的服務合同（FlexLTP）。這種服務合同考慮了每位客戶在維護范圍、間隔和績效等方面的特定要求，比傳統維保合同更能有效地延長正常運行時間和提高可靠性。

西門子產品生命周期管理（PLM）軟件則zui能體現數字化的威力。西門子PLM軟件已經助力遍布的77,000多位客戶以合理的成本，高效地管理產品在整個生命周期內產生的所有數據。PLM軟件既可以被當作信息工具，又能被視為一項公司戰略。作為前者，它可以整合不同的系統，提供綜合性數據。作為一項公司戰略，它允許業務遍及的企業作為一個團隊來開發、生產和發布產品，同時確保發現并記錄所形成的案例和所收獲的每一點新知識。換句話說，工藝流程不僅以數字化方式描繪，其誕生本身也是數字化的結果。以這種方式加以運用，知識數字化就成為了業務發展引擎。

2015漢諾威工業博覽會上的西門子展臺。在世界zui大的工業展會上，西門子強調數字化是實現更高生產率的核心要素。

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所愿即所得？

增材制造為西門子等企業創造了許多新的機會，在服務行業尤其如此。位于德國埃爾蘭根的西門子增材制造能力中心已在高效快速地為鐵路行業制造單獨的定制化備件。

埃爾蘭根是一個位于紐倫堡北部的大學城，城中的西門子園區內有一棟兩層的建筑物。它看起來并不像一座備件生產工廠。這里既沒有煙囪，也沒有廠房，更沒有裝配線。相反，這里有巨大的窗戶、百葉窗和一塵不染的過道。

然而，在過道門后，西門子交通集團正大步邁向備件制造的新時代。在這里，部件是打印出來的，而不是從模具中取出或是由金屬塊銑削而來。以西門子在3D打印方面的專業知識為基礎，2014年，西門子在埃爾蘭根設立了增材制造能力中心。

鐵路行業的理想之選

在工廠展廳，業務運營負責人Tina Eufinger從玻璃陳列柜中取出一只黑色的塑料扶手。乍看之下，它似乎只是有軌電車上一個符合人機工程學的組件，但其實遠不止于此。這個組件是工廠為展示3D打印技術在制造備件領域應用的*性而開展的試點項目的成果。

西門子增材制造能力中心內的激光裝置打印出金屬部件。

3D打印的大潮正在襲來。美國市場調查機構IDC預計，從2016年到2019年，3D打印市場銷售額每年將增加30%，zui終達到260億美元以上。在這個領域內的技術創新也將有助于各行各業大幅提升靈活性。例如，由于相關技術將幫助人們更快推出設計和原型，飛機發動機和控制系統將能夠使用更多經濟劃算且批量打印而得的備件。3D打印也適用于生產少量組件。在鐵路行業，列車的使用壽命往往長達30年以上。3D打印可以快速、經濟地生產出鮮少使用的塑料或金屬備件。而從打印組件中積累的操作經驗將有助于進一步推動技術進步。中心研發負責人Maximilian Kunkel表示：“增材制造技術將非常適合交通集團。我們可以制造出復雜部件，而無需擔心zui小生產量或使用工具的成本。”

德國南部烏爾姆市的市政公用事業公司就是增材制造技術的受惠者。2003年，這家公司投放了少量西門子Combino有軌電車。后來，一些有軌電車司機提出希望在駕駛座扶手上加裝轉彎信號燈開關和切換軌道開關。但由于所需數量很少，常規制造方法比較不便。然而，借助扶手的數字模型，制造者可以在上面重新設計出用于安裝開關的空間。生產過程采用激光燒結，首先在3D打印機中鋪一層塑料粉末，以此為底可逐層打印出每一個扶手。當激光照射到塑料粉末上時，粉末會立即變粘，并很快變成塊狀。清除多余粉末之后，操作人員便得到了一個坯件，經過著色和表面處理后即可使用。

計算機輔助設計專家Linda Schönweiß和Nina Meller制作出用于3D打印的模型。

Lars Buchmann從3D打印裝置中取出剛剛制作好的金屬組件。

3D打印專家Thomas Harsch站在塑料組件打印裝置前。

在過去，每當備件缺貨，有軌電車運營商通常需要花費數周甚至數月時間來等待昂貴的制造工具被生產出來。不僅如此，他們通常還不得不按zui小批量購買部件。如今，埃爾蘭根能力中心能在短短幾天內制作出備件并交付給客戶。3D打印還可以快速而又輕松地制作出采用常規方法極難制作的具有復雜幾何形狀的組件。事實上，3D打印往往比采用其他方法制造部件再貯存備用更為經濟劃算。

不只是扶手

針對增材制造任務，西門子能力中心團隊會首先創建一個計算機輔助設計（CAD）模型。通過優化設計、選用優質材料，以及改進打印過程等，這個模型往往比部件的初始模型好得多。為制作出與模型相對應的實物，相關數據被發送至中心的三臺打印裝置之一處，裝置會利用塑料、鋁或不銹鋼制作出部件。之后，還需要進行操縱測試、硬度測試，以及zui為重要的防火測試。為了防火，整個中心幾乎全部使用了一種低易燃性的高性能塑料。Maximilian Kunkel表示：“當其他制造商還在進行部件測試時，我們已在標準化金屬和塑料的打印過程，這樣就能事先保證諸如功能和使用壽命等屬性達到要求。自中心建立以來，埃爾蘭根和柏林的西門子*研究院的同事一直給予我們鼎力支持。”

根據Combino有軌電車司機提出的要求，少量扶手經重新設計配備了集成開關。這些扶手是采用增材制造技術打印出來的。

毫無疑問，3D打印專家Michael Kuczmik帶領的11人團隊不僅僅只會制造扶手。Tina Eufinger向我們展示了一個電機軸承蓋。與原來的部件不同，這個打印出的組件是中空的并填充了粉末。新組件有許多優點，包括減少振動以防止磨損。另一個例子是*代ICE高鐵列車的定制開關柜。這個組件現已不再大規模生產。德國聯邦鐵路公司很少用到這個組件，也無法提前計劃其需求。因此，通過3D打印來制造開關柜可以縮短列車停運時間，從而節省一大筆費用。

打印出的備件還有其他優點。由于改進了設計，需要的材料通常比原來的組件少，因而更加輕巧。此外，它們通常使用壽命更長。有時候，還可以集成附加功能。不過，這些組件也有一些不足。例如，備件尺寸不能超過打印裝置的打印室。不過，操作人員有時可以用小組件組裝出大部件。例如，有軌電車的擋泥板由三個部分組成，由于有軌電車交通事故一般只損壞擋泥板的右側，因此通常僅需更換這個組件的三分之一左右。

虛擬庫房

新能力中心收到的訂單也在不斷豐富其備件的虛擬庫房，目前這里已儲存了450個數字模型。現在，再也不需要實物庫房來貯存這些備件，制造過程也不要求任何火花四濺的電焊機，更不要說鑄造間了。相反，西門子埃爾蘭根園區處處綠意盎然，在綠色深處有一座集研發實驗室和制造工廠于一體的能力中心，它將持續快速而又經濟地借助按需打印流程，為軌道列車提供備件。不同領域產生的數據量，正以令人難以置信的速度增長。就此而言，其挑戰就在于是否能以更快、更安全的方式無線傳輸和儲存這些海量數據。西門子研究人員想到了將多條通道連接在一起，以同時傳輸和接收數據。多通道方式還可改善其他類型的高頻應用，比如：旋轉雷達波束、雷達系統精確的角度測量以及RFID系統無線供電的本地優化等。

有針對性的供電：多通道系統幫助確保無線通信網絡以更高的傳輸速率進行更高效的數據傳輸。
Stefan Schwarzer博士正在研究多通道系統支持無線供電的不同方式。圖中所示，他正利用電磁波場合成技術，在預定區域生成電場。

在當今世界想要消失得無影無蹤，幾乎沒有可能。盡管這對于竊賊而言，情況并非*如此，但是在數字世界里，要想不留下任何蹤跡，幾乎沒有可能。在Facebook上發帖、瀏覽在線新聞或者駕駛帶有導航設備的汽車——不管是誰在做這件事，也不管他是有意還是無意，他都會留下以數據形式存在的痕跡。

到2020年數據量將高達44ZB

繁榮的移動設備市場：尤其是在發展中國家，
互聯網正變得日趨重要，在這些國家能無線上網的電腦
和智能手機正變得越來越普及

美國市場調查公司IDC（數據公司）進行的一項研究預計，到2020年的數據將浩若繁星：總數據量有望達到44ZB（相當于440億TB）。如果該預測是正確的，這將意味著數據量將在2013年的基礎上增長10倍。目前，一塊筆記本電腦硬盤（3.5英寸）可以zui多儲存3TB數據，這意味著要想將2020年的所有數據儲存下來需要147億塊筆記本電腦硬盤。

數據爆炸性增長的原因有許多。IDC指出的原因包括：能無線上網的電腦和智能手機市場的持續繁榮發展，以及——更為重要的是——新興市場互聯網的迅速普及。

多通道系統可提升傳輸容量和速度

數據量增長的同時，也催生了以更快速度傳輸更大量信息的需求。我們都知道，下載大文件以及多臺電腦共享網絡連接時，下載速度會大幅下滑，這還會進一步導致從其他用戶處“竊取”傳輸容量。如果數據量繼續增長，數據傳輸速率問題將會變得更為敏感。為何會出現這種情況？我們來看看下面這些事實：如今的筆記本電腦只配備一根天線，該天線向另外一根天線發送數據時，會造成進程中許多其他天線的傳輸中斷。這給數據傳輸容量和速率帶來了限制。

解決方案就是多通道系統，該系統裝備多根天線，可同時進行電信號交換。這種方式之所以有效，是因為每根天線都由多達上百根小天線組成，這意味著多通道系統，可非常精確地生成和指引其射電波束。這使得數據連接的損耗非常低，而且具有非常強的抗*力。換句話說，理論上一個房間內的頻譜，可以同時被多臺不同的設備使用，而不會造成數據傳輸速率的下降。此外，多根獨立的天線，使得能同時生成針對不同用戶的不同方向的射電波束。

有效設計：眾多的小天線通常設計在印刷電路板上，以節省成本和空間

數據傳輸速率成倍增長

西門子也在利用多通道系統。共有40名高頻技術專家正在慕尼黑、埃爾蘭根和維也納針對該系統進行研究，并且根據公司需求對其進行優化。他們正在進行針對通信、無線供電和傳感器系統應用的測試。“這種系統的效果，類似于在黑屋子里利用10個手電筒，從不同方向照亮一個蘋果。”西門子*研究院德國射頻技術研究部負責人Andreas Ziroff指出。每個手電筒自身的光束都較弱，但當所有光束匯聚在蘋果上時會變得非常亮。多通道系統利用眾多獨立的傳輸通道，增加數據容量和傳輸速度的原理與此相同。

其區別只有一點：10個手電筒的光束亮度只是簡單的疊加效果，而多通道效果則是“成倍增長”。這是因為通道相互連接，這使得每個獨立的信號不再需要分布到整個房間，而是以zui直接——因此也是——的路徑傳輸到接收設備。

一家汽車制造廠一年消耗的電能堪比一座中型城市。工業機器人是其中的能耗大戶。通過優化其運動，可以將耗電量zui多降低50%。

一只巨型機械臂輕而易舉地舉起車門，并以毫米級的精度將其安裝到車身上。其他機械臂也幾幾乎同時迅速靠攏，相互之間以毫厘之距擦肩而過。這些機械臂是用來對車門進行焊接的，一時間，火花四濺。當這項任務完成之后，這些機械臂和來時一樣迅速離去，而車身則滾滾向前，前往下一個裝配站。這如同一場精心排演的芭蕾舞，數以千計的工業機器人在工廠隨時“翩翩起舞”。然而，與舞者不同的是，機械臂不需要任何休息。但是，它們對電能的胃口則*饜足。

一家日產千輛的汽車廠，每年可輕而易舉地消耗數億度電能——堪比一座中型城市。負責驅動傳送帶、機器和泵的電機，以及操作機械臂關節的電機，所消耗的電能要占工業耗電量的三分之二左右。然而，要從負責裝配車身的工業機器人的控制系統中挖掘節電潛力，還有很長的路要走。

為了找出行之有效的辦法，大眾汽車、西門子和弗勞恩霍夫協會聯合發起了一個為期三年的研究項目，細致深入地考察制造機械臂的運動。這個名為“綠色車身技術創新聯盟（InnoCaT）”的項目，旨在使用高效的軟件解決方案來優化生產過程，以大幅降低其耗電量。迄今為止，生產線機械臂的運動路徑通常是由人工編程。機械臂運動過程中遇到的障礙物和設置安裝高度時的失誤，是推高耗電量的一般因素。然而，zui費電的過程是機械臂頻頻變換運動方向時發生的減速和加速。

西門子工業的整合Matthias Frische是InnoCaT一個子項目的負責人，他說：“目前，幾乎所有工業機器人都尚未實現運動優化。但突發運動會造成耗電高峰和機械應力。”有鑒于此，Frische取得的一個重要研究成果是一個模擬模型，它能計算出不存在任何方向突變的優化曲線。這個模型值得稱道之處在于，它不要求更換機械臂，因為它只是改進了它們的運動方式。Frische說：“這就好比學跳芭蕾舞。練習一段時間后，舞者的動作會變得更加優雅、高效，哪怕身體還是原來的。”

為了開發運動優化算法，項目團隊將一個典型的汽車工業機器人搬到實驗室，對它執行多種不同任務時的能耗進行了分析。然后根據分析結果，創建了一個模擬模型。每一次測定之后，科學家們都要調節多種不同的參數，由此逐步確定哪些設置的節電潛力zui大。Frische解釋道：“人類在搬運重物時，他們會本能地以盡可能zui符合人機工程學的方式運動。同樣，模擬模型可以為機器人計算出實現了動力學優化的節電運動路徑。這樣的路徑，堪比跑車在彎道上行駛的軌跡。”試驗結果令項目團隊驚喜不已，因為結果表明，優化路徑的節電潛力高達10%到50%。Frische補充道：“通過從突發運動改為弧線運動，機械臂的機械應力得以降低，從而降低了維護要求，縮短了停工時間。”

項目團隊對所取得的滿載希望的試驗結果進行了分析，以確定能否將之轉化為實際操作。因為沿生產線分布的裝配站必須進行嚴絲合縫的裝配，所以重新設計的機械臂運動，必須與過去那種突發運動一樣迅速，并且精確匹配動作周期。

在*階段的工作中，研究人員為用于車身制造的機械臂人工編寫了運動路徑程序。這些路徑基于模擬中計算出的理想曲線。測定結果表明，甚至在實際生產條件下，節電也可高達50%。在2014年初開展的第二階段工作中，工程師測試并改進了一個能自動優化特定運動耗電量的軟件模塊。

程序員首先規定機械臂必須到達的位置，如一系列焊點。軟件僅需數秒鐘就能計算出焊點之間zui節電的路徑。軟件還能保證機械臂相互之間保持zui短距離。這不是一件容易的事，因為機械臂必須沿著復雜的位置順序快速移動。軟件需在短短數秒之內完成全部計算。相比之下，以人工方式優化每一條機械臂運動路徑，則要花好幾天時間。由于汽車裝配廠通常具備數以千計的機械臂，因此，若以人工方式執行這一任務，所需的工作量將高得驚人。對Frische而言，其益處顯而易見，他說：“我們的軟件，將有史以來*次允許自動優化運動路徑的能效，因而十分經濟劃算。”

今年晚些時候，一個與西門子Tecnomatix生產規劃軟件有關的軟件模塊可能面市。Frische表示： “事實上，制造企業僅需按下按鈕就能降低其耗電量，同時為保護環境做出貢獻。我們的軟件有助于程序員為機械臂設計出能節約資源的交互動作。”

Stefan Schröder

機械臂和機床：智力融合

制造業的自動化程度越來越高。因此，制造商正在探索既能提高資源使用效率，又能同時提升其生產過程靈活性的新途徑。要實現這樣的發展，一個重要的前提條件是，著眼于機械臂與機床的交互作用方式，使生產機器精確地協調運轉。正因為如此，西門子正在與KUKA合作研究如何將機械臂和機床的控制系統合為一體。KUKA是機械臂和機器生產領域的供應商之一。

對企業而言，技術*的機床是一筆重大投資。因此，zui大限度地提高其利用率和效率是明智之舉。過去，負責將工件插入機器，并在加工完畢之后將之取出的工業機器人的程序，是利用其自有控制單元來編寫的。然而現在，可以在機床的用戶界面上直接為這樣的機械臂編程。這樣一來，就能更好地協調機器的加工工序，同時大幅降低為相關機械臂編寫程序的工作量。

另一個目標是，進一步改善工件加工過程中機械臂與機床之間的交互動作。未來，將要求機械臂執行諸如磨、銑等簡單任務，特別是在加工新材料時。到那時，機床將被專門用于要求巨大力量或*精度的生產工序。這有望提高機床的利用率。

由于其工作范圍廣，并且具備靈活的運動軸，因此，機械臂也可以加工復雜或大型的部件。譬如，它們可以取代成本不菲的特制設備，加工風輪機葉片或機翼等部件。在這種情況下，也可以在共享用戶界面上控制系統。從設計到模擬生產，再到工程和車間投產階段，所有這一切，將改善機器在其整個生命周期內的相互協調性。