Безопасност с ЦПУ чрез Digital Twin

Двама магистранти от KU Leuven разработиха система за избягване на сблъсъци в реално време за машини с ЦПУ като част от дипломната си работа. Това обещаващо решение използва digital twin за прогнозиране и автоматично предотвратяване на сблъсъци на машини по време на производството, с пряко въздействие върху контрола на разходите, безопасността и непрекъснатостта на производството.

ASCO е утвърдено име в международната космическа индустрия от 1954 г. насам. Белгийската компания е част от Montana Aerospace Group от 2022 г., в която работят приблизително 6000 души по целия свят. С около 1100 служители в Белгия в четири обекта, включително централата си в Завентем, ASCO разработва и произвежда сложни механични компоненти за крила на самолети и колесници. Тези компоненти се произвеждат на най-съвременни машини с ЦПУ, контролирани от технологията на Siemens, където прецизността и надеждността са от решаващо значение.

Сблъсъци: индустриална реалност

В космическото производство NC програмите рутинно се симулират в digital twin, преди да бъдат прехвърлени от CAM към машината. Рискът от сблъсъци обаче остава. Промените в дължината на инструмента, отклоненията в нулевите точки на детайла или човешки грешки по време на въвеждане могат да доведат до сривове по време на обработка. Последиците са значителни, с потенциални повреди на машината, детайла или производствените графици, които могат да доведат до разходи, достигащи десетки хиляди евро.

„Човешките грешки са неизбежни в сложна производствена среда“, казва Мохамед Ел Хатри, старши водещ инженер в ASCO. „Неправилно въведена дължина на инструмента или ръчна работа чрез режим на джогинг може да бъде достатъчна, за да причини сериозна катастрофа. Затова търсихме начин за активно управление на този риск, не само предварително, но и по време на самия процес на обработка. В космическото производство работим с изключително скъпи и сложни машини с ЦПУ. Само шпиндел в такава машина с ЦПУ може да струва повече от 100 000 евро. Въпреки обширните симулации предварително, сблъсъците остават възможни поради малки вариации или човешки грешки. Искахме не само да ограничим този риск, но и активно да го контролираме по време на самия процес на обработка.“

Две секунди напред

Това конкретно предизвикателство стана отправна точка за сътрудничество между Индустриалната академия на Siemens, Академията за аерокосмическа обработка и ASCO, като двама магистранти на KU Leuven разработиха иновативно решение. Проектът, който продължи от октомври 2023 г. до края на учебната 2024-2025 година, се фокусира върху разработването на система, която симулира процеса на обработка в реално време две секунди предварително. Първо, digital twin на машината е създаден с помощта на Siemens NX CAM и NX MCD, който непрекъснато комуникира с контролера на машината Siemens 840D sl. Ако системата открие потенциален сблъсък, тя автоматично изпраща сигнал за спиране на машината — по-бързо, отколкото всеки оператор би могъл да се намеси. Процесът беше тестван и с SinuTrain, софтуерен пакет на Siemens за програмиране, проектиране и симулация с ЦПУ. Този подход в крайна сметка се оказа най-ефективен.

Изборът на двусекундното правило е умишлен. Той отчита както изключително бързото време за реакция на контролера на Siemens, така и човешкия фактор. Ако има оператор, симулираното изображение е тясно в съответствие с действителното състояние на машината в момента, в който те прехвърлят вниманието си от екрана към физическата инсталация. В същото време системата осигурява решаващ слой за безопасност за безпилотни машини, работещи автономно или през нощта.

Въпреки че системата за избягване на сблъсъци все още не работи в производството днес, ASCO вижда ясни бъдещи възможности. Решението разглежда широко разпространен проблем в космическата индустрия, където много машини не са от последно поколение и където щетите от сблъсъка имат значително въздействие.

Комбиниране на технологии

За разработката студентите използваха широк софтуерен стек на Siemens, включително NX CAM, NX MCD, NX Open, SinuTrain и шлюза Brown Field Connector, който позволява интеграция на по-стари машини. „Силната сила, а също и предизвикателството - на този проект се крие във възможната комбинация от тези технологии на Siemens“, казва Ян Вереке, ръководител на екипа за сервизни операции MC MTS в Siemens. „Чрез директно свързване на NX CAM/Sinutrain, цифровия близнак и контролера 840D sl, успяхме да симулираме процеса на обработка в реално време. Това означава, че digital twin двойник функционира не само като инструмент за проектиране, но и като активен защитен слой по време на производството. Именно този иновативен подход направи проекта особено предизвикателен и в същото време изключително актуален за студентите: те работиха с най-съвременни технологии и видяха как комбинацията от нея може да реши конкретен индустриален проблем.

Съвместно създаване в Индустриална Академия на Siemens

Проектът се съчетава перфектно с философията на индустриалната академия на Siemens, която подчертава съвместното създаване около реални индустриални предизвикателства. Студентите имат възможност да работят в професионален контекст, ръководени както от академични експерти, така и от инженери от индустрията. За ASCO добавената стойност надхвърля чисто техническия резултат. Инициативата предостави пространство за изследване и оценка на иновативни технологии, без да се отразява на текущото производство, като същевременно изгражда ценни вътрешни знания.

„Този проект перфектно демонстрира как нашето сътрудничество със Siemens и академичния свят ни помага да гледаме напред“, казва Мохамед Ел Хатри. „Студентите носят нова перспектива, ние носим индустриален опит и в рамките на индустриалната академия на Siemens можем да изследваме иновативни идеи, без да влияем върху текущото ни производство. Разработвайки заедно първо доказателство за концепцията, ние изграждаме знания, придобиваме представа за новите технологии и можем да подходим към иновациите поетапно и обмислено. Това сътрудничество потвърждава как партньорите от индустрията, образованието и технологиите се укрепват взаимно - и заедно изграждат по-безопасно и по-интелигентно производство в космическия сектор.

За самите ученици проектът беше еднакво ценен. „Работихме със същия софтуер и условия, както в реална индустриална среда. Това направи проекта технически предизвикателен, но и особено образователен. Насоките на ASCO и Siemens гарантираха, че непрекъснато трябва да мислим за това, което е осъществимо и уместно на практика „, заключава магистрантът Рохан Виц.