CNC sauga per “Digital Twin”

Du magistrantūros studentai iš KU Leuven sukūrė realaus laiko susidūrimo išvengimo sistemą CNC staklėms, kaip dalį savo disertacijos darbo. Šis perspektyvus sprendimas naudoja skaitmeninį dvynį, kad būtų galima numatyti ir automatiškai užkirsti kelią mašinų susidūrimui gamybos metu, o tai daro tiesioginį poveikį sąnaudų kontrolei, saugai ir gamybos tęstinumui.

ASCO yra įsitvirtinęs tarptautinės aviacijos ir kosmoso pramonės vardas nuo 1954 m. Belgijos kompanija nuo 2022 m. priklauso “Montana Aerospace Group”, kurioje dirba maždaug 6000 žmonių visame pasaulyje. Keturiose vietose, įskaitant būstinę Zaventeme, Belgijoje dirba apie 1100 darbuotojų, ASCO kuria ir gamina sudėtingus mechaninius komponentus orlaivių sparnams ir tūpimo įrangai. Šie komponentai gaminami moderniausiomis CNC staklėmis, valdomomis Siemens technologija, kur tikslumas ir patikimumas yra kritiniai.

Susidūrimai: pramoninė realybė

Aviacijos ir kosmoso gamyboje NC programos reguliariai imituojamos skaitmeniniame dvynyje prieš perduodant iš CAM į mašiną. Tačiau susidūrimų rizika išlieka. Įrankio ilgio svyravimai, ruošinio nulinių taškų nuokrypiai arba žmogiškos klaidos įvesties metu gali sukelti gedimus apdirbimo metu. Pasekmės yra didelės — gali būti padaryta žala mašinai, ruošiniui ar gamybos grafikams, dėl kurių išlaidos gali siekti dešimtis tūkstančių eurų.

“Žmogaus klaidos yra neišvengiamos sudėtingoje gamybos aplinkoje”, - sako Mohamedas El Hatri, ASCO vyresnysis pagrindinis inžinierius. “Neteisingai įvesto įrankio ilgio arba rankinio veikimo per stumtelėjimo režimą gali pakakti, kad sukeltų rimtą avariją. Todėl ieškojome būdų, kaip aktyviai valdyti šią riziką ne tik iš anksto, bet ir paties apdirbimo proceso metu. Aviacijos ir kosmoso gamyboje dirbame su itin brangiomis ir sudėtingomis CNC staklėmis. Vien velenas tokioje CNC mašinoje gali kainuoti daugiau nei 100 000 eurų. Nepaisant išsamių modeliavimų iš anksto, susidūrimai išlieka galimi dėl nedidelių variantų ar žmogiškų klaidų. Norėjome ne tik apriboti tą riziką, bet aktyviai ją kontroliuoti paties apdirbimo proceso metu.”

Dvi sekundės į priekį

Šis konkretus iššūkis tapo “Siemens Industry Academy”, “Aerospace Machining Academy” ir “ASCO” bendradarbiavimo atspirties tašku, kai du KU Leuven magistro studentai sukūrė novatorišką sprendimą. Projektas, trukęs nuo 2023 m. spalio iki 2024—2025 mokslo metų pabaigos, buvo skirtas sukurti sistemą, kuri realiu laiku imituotų apdirbimo procesą prieš dvi sekundes. Pirma, naudojant Siemens NX CAM ir NX MCD buvo sukurtas skaitmeninis mašinos dvynys, kuris nuolat bendrauja su Siemens 840D sl mašinos valdikliu. Jei sistema aptinka galimą susidūrimą, ji automatiškai siunčia sustojimo signalą mašinai — greičiau, nei bet kuris operatorius galėtų kada nors įsikišti. Procesas taip pat buvo išbandytas naudojant “SinuTrain”, “Siemens” programinės įrangos paketą, skirtą CNC programavimui, projektavimui ir modeliavimui. Šis metodas galiausiai pasirodė esąs efektyviausias.

Dviejų sekundžių taisyklės pasirinkimas yra sąmoningas. Tai lemia tiek itin greitą “Siemens” valdiklio reakcijos laiką, tiek žmogiškąjį faktorių. Jei yra operatorius, imituojamas vaizdas glaudžiai atitinka tikrąją mašinos būseną tuo metu, kai jis perkelia savo dėmesį nuo ekrano į fizinį įrenginį. Tuo pat metu sistema užtikrina esminį saugos sluoksnį bepiločiams aparatams, veikiantiems autonomiškai arba per naktį.

Nors susidūrimo vengimo sistema šiandien dar neveikia gamyboje, ASCO mato aiškias ateities galimybes. Sprendimas sprendžia plačiai paplitusią problemą aviacijos ir kosmoso pramonėje, kai daugelis mašinų nėra naujausios kartos ir kur susidūrimo žala daro didelę įtaką.

Technologijų derinimas

Kūrybai studentai naudojo platų “Siemens” programinės įrangos krūvą, įskaitant “NX CAM”, “NX MCD”, “NX Open”, “SinuTrain” ir “Brown Field Connector” šliuzą, leidžiantį integruoti senesnes mašinas. “Šio projekto stiprybė ir iššūkis yra galimas šių “Siemens” technologijų derinys”, — sako Jan Vereecke, “Siemens” MC MTS aptarnavimo operacijų komandos vadovas. “Tiesiogiai prijungę NX CAM/Sinutrain, skaitmeninį dvynį, ir 840D sl valdiklį, mes galėjome imituoti apdirbimo procesą realiu laiku. Tai reiškia, kad digital twin funkcionuoja ne tik kaip projektavimo įrankis, bet ir kaip aktyvus saugos sluoksnis gamybos metu. Būtent šis novatoriškas požiūris padarė projektą ypač sudėtingą ir kartu labai aktualų studentams: jie dirbo su moderniausiomis technologijomis ir pamatė, kaip jos derinys gali išspręsti konkrečią pramoninę problemą.

Bendra kūryba “Siemens” pramonės akademijoje

Projektas puikiai dera su “Siemens Industry Academy” filosofija, kuri pabrėžia bendrą kūrimą aplink realius pramonės iššūkius. Studentai turi galimybę dirbti profesiniame kontekste, vadovaudamiesi tiek akademiniais ekspertais, tiek inžinieriais iš pramonės. ASCO atveju pridėtinė vertė viršijo grynai techninį rezultatą. Iniciatyva suteikė erdvės tyrinėti ir įvertinti novatoriškas technologijas, nedarant įtakos vykdomai gamybai, tuo pačiu metu kuriant vertingas vidines žinias.

“Šis projektas puikiai parodo, kaip mūsų bendradarbiavimas su “Siemens” ir akademiniu pasauliu padeda mums žvelgti į priekį”, — teigia Mohamed El Hatri. “Studentai atneša naują perspektyvą, mes suteikiame pramonės patirtį, o per Siemens Industry Academy, mes galime ištirti novatoriškas idėjas, nedarant poveikio mūsų vykdomai gamybai. Kartu kurdami pirmąjį koncepcijos įrodymą, mes kaupiame žinias, įgyjame įžvalgos apie naujas technologijas ir galime laipsniškai ir apgalvotai spręsti inovacijas. Šis bendradarbiavimas patvirtina, kaip pramonės, švietimo ir technologijų partneriai stiprina vienas kitą — ir kartu kuria saugesnę, pažangesnę gamybą aviacijos ir kosmoso sektoriuje.

Patiems mokiniams projektas buvo ne mažiau vertingas. “Dirbome su ta pačia programine įranga ir sąlygomis, kaip ir realioje pramoninėje aplinkoje. Dėl to projektas tapo techniškai sudėtingas, bet ir ypač šviečiantis. ASCO ir Siemens gairės užtikrino, kad nuolat turėjome galvoti apie tai, kas praktiškai įmanoma ir aktualu “, — reziumuoja magistro studentas Rohanas Vitsas.