Александр Кудинов, эксперт Управления

«Цифровое производство» «СИМЕНС» В РОССИИ

Станок с ЧПУ за последние четверть века впитал в себя все основные достижения естественных и гуманитарных наук. Ведь он воплощает не только мысль инженера, физика, математика, естествоиспытателя, но и творческий потенциал дизайнера и творца, делая станок удобным и эргономичным устройством. В дополнение можно констатировать, что последние 10 лет развития станкостроения были сконцентрированы в основном на повышении эффективности оборудования за счет внедрения смешанных технологий и производительности самой СЧПУ. Не достиг ли станок своего предела и есть ли способы повышения его эффективности за счет программно-аппаратных средств? В статье делается обзор в новое направление в области станкостроения, связанное с промышленными приложениями.  

ВВЕДЕНИЕ

14 лет назад мы не могли и представить себе, как выступление одного из создателей мобильных телефонов повлияет на общество и привычки каждого из нас. Еще совсем недавно мы хранили и просматривали книги, музыку и фильмы на своих ПК; использовали телефоны только для звонков друг другу; и — страшно подумать — не заказывали еду, такси, одежду и всё необходимое для жизни через интернет. Но возникновение нового рынка мобильных приложений навсегда изменило привычки миллиардов людей. Мобильные приложения незаметно вошли в нашу жизнь и стали ее полноправными участниками, затронув за короткое время все сферы общества своими интеллектуальными решениями.

Тем не менее еще существуют области человеческой деятельности, где применение подобных приложений затруднено или не реализовано вследствие отсутствия технической базы. Примером одной из таких областей деятельности можно назвать человеческий труд, связанный со станком ЧПУ.

Существует большое количество определений 4-й индустриальной революции. Ряд экспертов утверждают, что она связана с новыми технологиями создания изделий, к примеру аддитивной технологии, другие указывают на видоизменение логистических цепочек и повышение общей эффективности производства. Но большинство сходятся во мнении, что новый производственный уклад — это возможность производить массовую персонализированную продукцию за короткое время за счет вычислительных способностей современных дата-центров и серверов. Именно им она обязана своему возникновению.

Но вот незадача — промышленная компьютерная техника и программное обеспечение, применяемые в системах ЧПУ сегодня, зачастую используют зарекомендовавшие себя ранее решения, незнакомые с понятиями big data, граничные вычисления, облачные сервисы, делая СЧПУ «узким местом» на пути реализации новой производственной концепции. Действительно, можете ли вы представить себе возможность запуска управляющих программ напрямую из облака без функции подкачки или создание управляющих программ на основе программного робота на вашем оборудовании? Более того, возможно ли прогнозирование простоя оборудования, оптимизации затрат и возможность использования цифрового паспорта изделия? На данный момент ответ на эти вопросы скорее отрицательный и причиной тому архитектура систем ЧПУ, появившихся в последние 10 лет.

Новый тренд в станкостроении заставляет производителей менять подход к проектированию станков ЧПУ и самих систем ЧПУ. Примером подобного решения можно назвать новый продукт от компании «Сименс», получивший название Sinumerik ONE. Он, в отличие от своих предшественников — Sinumerik 840D sl и Sinumerik 828D, обладает рядом преимуществ.

Проектирование станка с этой системой управления начинается в программной среде CreateMyVirtual Machine, которая, по сути, является квинтэссенцией хорошо знакомых продуктов для любого пользователя продуктов «Сименс», таких как TIA Portal, SinuTrain, Starter и MCD от Siemens Digital Industries Software (SISW). Разработчик станка получает возможность начать проектирование, не ожидая компонентов станка, и тем самым сократить время выхода продукта на рынок. Среда дает возможность оптимизировать алгоритмы работы ПЛК, проверить работу на возможные коллизии. Но, главное, этот программный продукт позволяет ускорять реальное время работы ядра при подключении его к облаку или дата-центру. Что это дает?

Представьте, ваш станок подключен к вычислительной машине, способной оперировать со всеми машинными данными станка, учитывать при расчете движущиеся его элементы, а также избегать во время работы возможные аварийные сообщения ПЛК. Можно говорить о полноценном цифровом двойнике, который будет работать параллельно станку с возможностью прогнозировать будущие простои и передавать большие данные для новых индустриальных приложений для оптимизации работы станка, цеха и предприятия. 

Техническая реализация подобной задачи может быть достигнута разными путями, но основные из них — это прямое подключение станка к облаку через аппаратный шлюз, что позволяет отказаться от дополнительного оборудования и затрат на обслуживание инфраструктуры. Сложностью данного решения всё равно остается невозможность передачи большого объема данных с частотой 8кГц в облако из-за наличия времени отклика между станком и сервером.

Таким образом, появляется второе решение, которое требует установки промежуточного буфера для первичной обработки данных со станка и последующей отправки этих данных в облако для обработки. Данную функцию выполняют различные индустриальные компьютеры, именуемые Simatic Edge, Sinumerik Edge или Industrial Edge. Эти устройства работают в пассивном режиме и способны собирать со станка до 100 тысяч параметров в секунду и предлагать пользователю новые горизонты для повышения производительности не только нового, но и существующего оборудования. Вот ряд из них.

Analyze MyWorkpiece. Приложение для станка, способное отслеживать облако точек, полученных из CAD\CAM и прошедших ядро ЧПУ. Применение данного решения может позволить прогнозировать моменты наступления брака за счет статистических моделей, применяемых при анализе дисперсии точек от допуска траектории, заданной технологом. Тестовая деталь, налаженная на станке, является эталоном, а данные, получаемые от датчиков обратной связи, становятся метками для приложения. В случае появления выбросов или закономерностей отклонения допуска от объема производства пользователь получает возможность спрогнозировать момент возникновения брака. Потенциал этого приложения может быть открыт в концепции биржи деталей, так как оно позволяет передавать детали для производства сторонним предприятиям и получать актуальные данные о производстве их партий.

Analyze MyMachine. Интересное решение для создания истории эксплуатации станка с записью основных тестов, таких как тест круга, АЧХ и ФЧХ осей, а также условий работы шпинделя. Приложение позволяет контролировать износ основных элементов станка и прогнозировать простои оборудования в будущем, учитывая возможные удары.    

Optimize MyMachining. Интеллектуальное приложение, способное повышать производительность оборудования за счет процедур оптимизации траектории движения инструмента. Это релевантно для вихревого фрезерования. Работа компонентов станка также может быть улучшена. Если пользователь обладает станком с цепным инструментальным магазином с их общим числом около 300 или более, то процесс смены инструмента может быть оптимизирован благодаря подводу следующего инструмента в нужное положение для смены.

Число всех возможных приложений может быть ограничено лишь фантазией разработчиков. Машинное зрение, идентификация, функции обучения и многие другие решения, доступные в современных решениях IT, могут быть перенесены в область механообработки для повышения производительности станка и более эффективной работы оператора. Ряд подобных решений уже реализованы на заводах «Сименса», где, помимо современного оборудования, используются станки с системой ЧПУ Sinumerik 3M, произведенных в 80-годах прошлого века.      

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 Трудно представить, как будет выглядеть станкостроение через 7–10 лет. Тем не менее существующие тенденции говорят о проникновении рынка индустриальных приложений, которые могут сильно повлиять на заказ оборудования, его использование и диагностику. Возможно, что через небольшой промежуток времени, посещая выставку «Металлообработка» в Москве, мы будем при выборе станка опираться не только на технические характеристики, но и возможность использования ваших приложений на этом станке.