CNC sigurnost kroz Digital Twin

Dva studenta magistara s KU Leuven razvila su sustav izbjegavanja sudara u stvarnom vremenu za CNC strojeve kao dio svog rada na diplomskom radu. Ovo obećavajuće rješenje koristi digital twin za predviđanje i automatsko sprečavanje sudara strojeva tijekom proizvodnje, s izravnim utjecajem na kontrolu troškova, sigurnost i kontinuitet proizvodnje.

ASCO je etablirano ime u međunarodnoj zrakoplovnoj industriji od 1954. godine. Belgijska tvrtka dio je Montana Aerospace Group od 2022. godine, koja zapošljava oko 6.000 ljudi širom svijeta. S oko 1.100 zaposlenih u Belgiji na četiri lokacije, uključujući sjedište u Zaventemu, ASCO razvija i proizvodi složene mehaničke komponente za krila zrakoplova i stajni trap. Ove komponente se proizvode na najsuvremenijim CNC strojevima kontroliranim Siemensovom tehnologijom, gdje su preciznost i pouzdanost kritični.

Sudari: industrijska stvarnost

U zrakoplovnoj proizvodnji, NC programi se rutinski simuliraju u digitalnom blizancu prije nego što se prebace s CAM-a na stroj. Ipak, rizik od sudara ostaje. Varijacije u duljini alata, odstupanja u nultim točkama obratka ili ljudske pogreške tijekom unosa mogu dovesti do sudara tijekom obrade. Posljedice su značajne, s potencijalnim oštećenjem stroja, obratka ili rasporeda proizvodnje što može rezultirati troškovima koji dosežu desetke tisuća eura.

"Ljudske pogreške neizbježne su u složenom proizvodnom okruženju", kaže Mohamed El Hatri, viši vodeći inženjer u ASCO-u. "Nepravilno unesena duljina alata ili ručni rad putem načina trčanja mogu biti dovoljni da izazovu ozbiljan pad. Stoga smo tražili način da aktivno upravljamo tim rizikom, ne samo unaprijed, već i tijekom samog procesa obrade. U zrakoplovnoj proizvodnji radimo s izuzetno skupim i složenim CNC strojevima. Samo vreteno u takvom CNC stroju može koštati više od 100.000 eura. Unatoč opsežnim simulacijama unaprijed, sudari su i dalje mogući zbog manjih varijacija ili ljudskih pogrešaka. Željeli smo ne samo ograničiti taj rizik, već ga aktivno kontrolirati tijekom samog procesa obrade."

Dvije sekunde ispred

Ovaj konkretni izazov postao je polazište za suradnju između Siemens Industry Academy, Aerospace Machining Academy i ASCO-a, pri čemu su dva studenta magistara KU Leuven razvila inovativno rješenje. Projekt, koji je trajao od listopada 2023. do kraja akademske godine 2024.-2025., usredotočio se na razvoj sustava koji simulira proces obrade u stvarnom vremenu dvije sekunde unaprijed. Prvo je stvoren digital twin stroja pomoću Siemens NX CAM i NX MCD, koji kontinuirano komunicira sa Siemens 840D sl strojnim kontrolerom. Ako sustav otkrije potencijalni sudar, automatski šalje signal zaustavljanja stroju - brže nego što bi bilo koji operater ikada mogao intervenirati. Proces je također testiran sa SinuTrain Siemensovim softverskim paketom za CNC programiranje, dizajn i simulaciju. Ovaj se pristup u konačnici pokazao najučinkovitijim.

Izbor pravila od dvije sekunde je namjeran. To objašnjava i izuzetno brzo vrijeme reakcije Siemensovog kontrolera i ljudski faktor. Ako je prisutan operater, simulirana slika usko se usklađuje sa stvarnim stanjem stroja u trenutku kada svoju pozornost preusmjeri sa zaslona na fizičku instalaciju. Istodobno, sustav pruža ključni sigurnosni sloj za bespilotne strojeve koji rade autonomno ili preko noći.

Iako sustav izbjegavanja sudara danas još nije operativan u proizvodnji, ASCO vidi jasne buduće mogućnosti. Rješenje rješava široko rasprostranjeni problem u zrakoplovnoj industriji, gdje mnogi strojevi nisu najnovije generacije i gdje oštećenja od sudara imaju značajan utjecaj.

Kombiniranje tehnologija

Za razvoj su studenti koristili širok Siemensov softverski paket, uključujući NX CAM, NX MCD, NX Open, SinuTrain i gateway Brown Field Connector, koji omogućuje integraciju starijih strojeva. "Snaga - i izazov - ovog projekta leži u mogućoj kombinaciji ovih Siemensovih tehnologija", kaže Jan Vereecke, voditelj servisnog tima MC MTS u Siemensu. "Izravnim povezivanjem NX CAM/Sinutrain, digitalnog blizanca i 840D sl kontrolera, uspjeli smo simulirati proces obrade u stvarnom vremenu. To znači da digital twin funkcionira ne samo kao alat za dizajn, već i kao aktivni sigurnosni sloj tijekom proizvodnje. Upravo je ovaj inovativni pristup učinio projekt posebno izazovnim i istodobno vrlo relevantnim za studente: radili su s najsuvremenijom tehnologijom i vidjeli kako njegova kombinacija može riješiti konkretan industrijski problem."

Zajedničko stvaranje unutar Siemens Industry Academy

Projekt se savršeno slaže s filozofijom Siemensove industrijske akademije, koja naglašava zajedničko stvaranje oko stvarnih industrijskih izazova. Studenti imaju priliku raditi u profesionalnom kontekstu, vođeni akademskim stručnjacima i inženjerima iz industrije. Za ASCO se dodana vrijednost proširila izvan čisto tehničkog rezultata. Inicijativa je pružila prostor za istraživanje i procjenu inovativnih tehnologija bez utjecaja na tekuću proizvodnju, istovremeno izgradnjom vrijednog internog znanja.

"Ovaj projekt savršeno pokazuje kako nam naša suradnja sa Siemensom i akademskim svijetom pomaže da gledamo naprijed", navodi Mohamed El Hatri. "Studenti donose svježu perspektivu, donosimo industrijsko iskustvo, a unutar Siemens Industry Academy možemo istražiti inovativne ideje bez utjecaja na našu tekuću proizvodnju. Zajedničkim razvijanjem prvog dokaza koncepta gradimo znanje, stječemo uvid u nove tehnologije i možemo pristupiti inovacijama na fazan i promišljen način. Ova suradnja potvrđuje kako se partneri u industriji, obrazovanju i tehnologiji međusobno jačaju - i zajedno grade sigurniju i pametniju proizvodnju u zrakoplovnom sektoru.

Za same studente projekt je bio jednako vrijedan. "Radili smo s istim softverom i uvjetima kao u stvarnom industrijskom okruženju. To je projekt učinilo tehnički izazovnim, ali i posebno obrazovnim. Smjernice ASCO-a i Siemensa osigurale su da stalno moramo razmišljati o tome što je izvedivo i relevantno u praksi", zaključuje student magistara Rohan Vits.