CNC-sikkerhed gennem Digital Twin

To kandidatstuderende fra KU Leuven udviklede et kollisionsundgåelsessystem i realtid til CNC-maskiner som en del af deres specialearbejde. Denne lovende løsning bruger en digital twin til at forudsige og automatisk forhindre maskinkollisioner under produktionen, med direkte indvirkning på omkostningskontrol, sikkerhed og produktionskontinuitet.

ASCO har været et etableret navn i den internationale luftfartsindustri siden 1954. Den belgiske virksomhed har været en del af Montana Aerospace Group siden 2022, som beskæftiger cirka 6.000 mennesker over hele verden. Med omkring 1.100 ansatte i Belgien fordelt på fire fabrikker, herunder hovedkvarteret i Zaventem, udvikler og fremstiller ASCO komplekse mekaniske komponenter til flyvinger og landingsudstyr. Disse komponenter produceres på avancerede CNC-maskiner styret af Siemens teknologi, hvor præcision og pålidelighed er afgørende.

Kollisioner: En industriel virkelighed

I luftfartsproduktion simuleres NC-programmer rutinemæssigt i en digital twin, før de overføres fra CAM til maskinen. Alligevel er risikoen for kollisioner fortsat. Variationer i værktøjslængde, afvigelser i emnets nulpunkter eller menneskelige fejl under input kan føre til nedbrud under bearbejdning. Konsekvenserne er betydelige med potentielle skader på maskinen, emnet eller produktionsplaner, der kan resultere i, at omkostningerne når titusinder af euro.

„Menneskelige fejl er uundgåelige i et komplekst produktionsmiljø,“ siger Mohamed El Hatri, Senior Lead Engineer hos ASCO. „En forkert indtastet værktøjslængde eller manuel betjening via jog-tilstand kan være nok til at forårsage et alvorligt nedbrud. Vi ledte derfor efter en måde, hvorpå vi aktivt kunne styre denne risiko, ikke kun på forhånd, men også under selve bearbejdningsprocessen. I luftfartsproduktion arbejder vi med ekstremt dyre og komplekse CNC-maskiner. En spindel alene i en sådan CNC-maskine kan koste mere end 100.000 euro. På trods af omfattende simuleringer på forhånd forbliver kollisioner mulige på grund af mindre variationer eller menneskelige fejl. Vi ønskede ikke kun at begrænse denne risiko, men også aktivt kontrollere den under selve bearbejdningsprocessen.“

To sekunder foran

Denne konkrete udfordring blev udgangspunktet for et samarbejde mellem Siemens Industry Academy, Aerospace Machining Academy og ASCO, hvor to KU Leuven-kandidatstuderende udviklede en innovativ løsning. Projektet, der løb fra oktober 2023 til slutningen af studieåret 2024-2025, fokuserede på at udvikle et system, der simulerer bearbejdningsprocessen i realtid to sekunder i forvejen. Først blev en digital tvilling af maskinen oprettet ved hjælp af Siemens NX CAM og NX MCD, som kontinuerligt kommunikerer med Siemens 840D sl-maskinstyringen. Hvis systemet registrerer en potentiel kollision, sender det automatisk et stopsignal til maskinen - hurtigere end nogen operatør nogensinde kunne gribe ind. Processen blev også testet med SinuTrain, Siemens' softwarepakke til CNC-programmering, design og simulering. Denne tilgang viste sig i sidste ende at være den mest effektive.

Valget af to-sekunders reglen er bevidst. Det står for både den ekstremt hurtige reaktionstid for Siemens-controlleren og den menneskelige faktor. Hvis en operatør er til stede, stemmer det simulerede billede nøje overens med maskinens faktiske tilstand i det øjeblik, de flytter opmærksomheden fra skærmen til den fysiske installation. Samtidig giver systemet et afgørende sikkerhedslag for ubemandede maskiner, der kører autonomt eller natten over.

Selvom kollisionsundgåelsessystemet endnu ikke er operationelt i produktion i dag, ser ASCO klare fremtidige muligheder. Løsningen løser et udbredt problem i luftfartsindustrien, hvor mange maskiner ikke er af den nyeste generation, og hvor kollisionsskader har betydelig indflydelse.

Kombination af teknologier

Til udviklingen brugte eleverne en bred Siemens softwarestak, herunder NX CAM, NX MCD, NX Open, SinuTrain og Brown Field Connector gateway, som muliggør integration af ældre maskiner. „Styrken — og også udfordringen — ved dette projekt lå i den mulige kombination af disse Siemens teknologier,“ siger Jan Vereecke, Service Operations Team Leader MC MTS hos Siemens. „Ved direkte at forbinde NX CAM/SinuTrain, den digitale twin og 840D sl-controlleren, var vi i stand til at simulere bearbejdningsprocessen i realtid. Det betyder, at den digitale twin fungerer ikke kun som et designværktøj, men også som et aktivt sikkerhedslag under produktionen. Det var netop denne innovative tilgang, der gjorde projektet særligt udfordrende og samtidig yderst relevant for de studerende: De arbejdede med den nyeste teknologi og så, hvordan kombinationen heraf kan løse et konkret industrielt problem.“

Samskabelse inden for Siemens Industry Academy

Projektet stemmer perfekt overens med filosofien fra Siemens Industry Academy, der lægger vægt på samskabelse omkring reelle industrielle udfordringer. Studerende har mulighed for at arbejde i en professionel sammenhæng, styret af både akademiske eksperter og ingeniører fra industrien. For ASCO gik merværdien ud over det rent tekniske resultat. Initiativet gav plads til at udforske og evaluere innovative teknologier uden at påvirke den igangværende produktion, samtidig med at værdifuld intern viden blev opbygget.

„Dette projekt viser perfekt, hvordan vores samarbejde med Siemens og den akademiske verden hjælper os med at se fremad,“ siger Mohamed El Hatri. „Studerende bringer et nyt perspektiv, vi bringer industriel erfaring, og inden for Siemens Industry Academy kan vi udforske innovative ideer uden at påvirke vores løbende produktion. Ved at udvikle et første bevis på konceptet sammen opbygger vi viden, får indsigt i nye teknologier og kan nærme os innovation på en trinvis og tankevækkende måde. Dette samarbejde bekræfter, hvordan industri-, uddannelses- og teknologipartnere styrker hinanden — og sammen bygger sikrere og smartere produktion i luftfartssektoren.“

For eleverne selv var projektet lige så værdifuldt. „Vi arbejdede med den samme software og betingelser som i et ægte industrielt miljø. Det gjorde projektet teknisk udfordrende, men også særligt lærerigt. Vejledningen fra ASCO og Siemens sikrede, at vi hele tiden måtte tænke over, hvad der er gennemførligt og relevant i praksis,“ afslutter kandidatstuderende Rohan Vits.