CNC-veiligheid dankzij Digital Twin

Twee masterstudenten van de KU Leuven ontwikkelden in het kader van hun eindwerk een real-time antibotsingssysteem voor CNC-machines. De veelbelovende oplossing kan met behulp van een digital twin tijdens de productie machinebotsingen voorspellen en automatisch voorkomen, met een directe impact op kostenbeheersing, veiligheid en productiecontinuïteit.

ASCO is al sinds 1954 een gevestigde naam in de internationale luchtvaartindustrie. Het Belgische bedrijf maakt sinds 2022 deel uit van de Montana Aerospace Group, die wereldwijd zo’n 6.000 medewerkers telt. Met ongeveer 1.100 werknemers in België en vier sites, waaronder het hoofdkantoor in Zaventem, ontwikkelt en produceert ASCO complexe mechanische onderdelen voor vliegtuigvleugels en landingsgestellen. Die componenten worden vervaardigd op uiterst geavanceerde CNC-machines, aangestuurd door Siemens-technologie, waar precisie en betrouwbaarheid cruciaal zijn.

Botsingen als industriële realiteit

In de luchtvaartproductie worden NC-programma’s standaard vooraf gesimuleerd in een digital twin voordat ze van CAM naar de machine worden gestuurd. Toch blijft het risico op botsingen bestaan. Variaties in gereedschapslengte, afwijkingen in werkstuknulpunten of menselijke fouten bij de invoer kunnen leiden tot crashes tijdens de bewerking. De gevolgen zijn aanzienlijk, met potentiële schade aan de machine, het werkstuk of de productieplanning die kan leiden tot torenhoge kosten tot tienduizenden euro’s.

“Menselijke fouten zijn onvermijdelijk in een complexe productieomgeving”, zegt Mohamed El Hatri, Senior Lead Engineer bij ASCO. “Een verkeerd ingegeven gereedschapslengte of de manuele bediening via jog mode kan voldoende zijn om een zware crash te veroorzaken. We zochten daarom naar een manier om dat risico actief te beheersen, niet alleen vooraf, maar ook tijdens de bewerking zelf. In de luchtvaartproductie werken we met extreem dure en complexe CNC-machines. Alleen al een spindel in zo’n CNC-machine kan meer dan 100.000 euro kosten. Ondanks uitgebreide simulaties vooraf blijven botsingen mogelijk door kleine variaties of menselijke fouten. Dat risico wilden we niet alleen beperken, maar actief onder controle krijgen tijdens de bewerking zelf.”

Twee seconden vooruitkijken

Die concrete probleemstelling vormde het vertrekpunt voor een samenwerking met Siemens Industry Academy, Aerospace Machining Academy en ASCO, waarbij twee KU Leuven-masterstudenten aan de slag gingen met een innovatieve oplossing. Het project, dat liep van oktober 2023 tot het einde van het academiejaar 2024-2025, focuste op het ontwikkelen van een systeem dat het bewerkingsproces in real time twee seconden vooruit simuleert. Eerst werd via Siemens NX CAM en NX MCD een digitale tweeling van de machine opgebouwd, die continu in verbinding staat met de Siemens 840D sl-machinecontroller. Detecteert het systeem een potentiële botsing, dan stuurt het automatisch een stopsignaal naar de machine — sneller dan een operator ooit zou kunnen ingrijpen. Dit proces werd ook getest met SinuTrain, het Siemens-softwarepakket voor CNC-programmering, ontwerp en simulatie. Deze piste bleek uiteindelijk de meeste efficiëntie te leveren.

De keuze voor die twee-secondenregel is bewust. Ze houdt rekening met zowel de extreem snelle reactietijd van de Siemens-controller als met de menselijke factor. Indien een operator aanwezig is, stemt het gesimuleerde beeld nauw af op de reële toestand van de machine op het moment dat hij zijn aandacht verlegt van het scherm naar de fysieke installatie. Tegelijk biedt het systeem een cruciale veiligheidslaag voor onbemande machines die autonoom of ’s nachts draaien.

Hoewel het antibotsingssysteem vandaag nog niet operationeel in productie wordt ingezet, ziet ASCO duidelijke toekomstmogelijkheden. De oplossing sluit aan bij een wereldwijd probleem in de luchtvaartindustrie, waar veel machines niet van de nieuwste generatie zijn en waar schade door botsingen een grote impact heeft.

Combinatie van technologieën

Voor de ontwikkeling maakten de studenten gebruik van een brede Siemens-softwarestack, waaronder NX CAM, NX MCD, NX Open, SinuTrain en Brown Field Connector gateway, die het mogelijk maakt om oudere machines te linken. “De kracht maar ook de uitdaging van dit project zat in de mogelijke combinatie van die Siemens-technologieën”, zegt Jan Vereecke, Service Operations Team leader MC MTS bij Siemens. “Door NX CAM/SinuTrain, de digital twin en de 840D sl-controller rechtstreeks met elkaar te verbinden, konden we het bewerkingsproces in real time simuleren. Daardoor fungeert de digitale tweeling niet alleen als ontwerptool, maar ook als een actieve veiligheidslaag tijdens de productie. Net die innovatieve aanpak maakte het project bijzonder uitdagend en tegelijk zeer relevant voor de studenten: ze werkten met state-of-the-art technologie en zagen hoe de combinatie ervan een concreet industrieel probleem kan oplossen.”

Co-creatie binnen Siemens Industry Academy

Het project sluit naadloos aan bij de filosofie van de Siemens Industry Academy, die inzet op co-creatie rond reële industriële uitdagingen. Studenten krijgen de kans om te werken in een professionele context, met begeleiding van zowel academische experten als ingenieurs uit de industrie. Voor ASCO ging de meerwaarde daarbij verder dan het louter technische resultaat. Het traject bood ruimte om innovatieve technologieën te verkennen en te evalueren, zonder impact op de lopende productie, terwijl tegelijk waardevolle interne kennis werd opgebouwd.

“Dit project toont perfect hoe de samenwerking met Siemens en de academische wereld ons helpt om vooruit te kijken”, stelt Mohamed El Hatri. “Studenten brengen een frisse blik, wij brengen industriële ervaring, en binnen de Siemens Industry Academy kunnen we innovatieve ideeën verkennen zonder impact op onze lopende productie. Door samen een eerste proof of concept te ontwikkelen, bouwen we kennis op, krijgen we inzicht in nieuwe technologieën en kunnen we innovatie op een gefaseerde en doordachte manier aanpakken. Zo bevestigt deze samenwerking hoe industrie, onderwijs en technologiepartners elkaar versterken — en samen bouwen aan veiligere, slimmere productie in de luchtvaartsector.”

Ook voor de studenten zelf was het traject bijzonder waardevol. “We werkten met dezelfde software en randvoorwaarden als in een echte industriële omgeving. Dat maakte het project technisch uitdagend, maar ook bijzonder leerrijk. De begeleiding vanuit ASCO en Siemens zorgde ervoor dat we voortdurend moesten nadenken over wat in de praktijk haalbaar en relevant is”, besluit masterstudent Rohan Vits.