CNC sigurnost kroz Digital Twin

Dva studenta magistara sa KU Leuven razvila su sistem za izbegavanje sudara u realnom vremenu za CNC mašine kao deo svog rada na tezi. Ovo obećavajuće rešenje koristi digital twin za predviđanje i automatsko sprečavanje sudara mašina tokom proizvodnje, sa direktnim uticajem na kontrolu troškova, sigurnost i kontinuitet proizvodnje.

ASCO je etablirano ime u međunarodnoj vazduhoplovnoj industriji od 1954. Belgijska kompanija deo je Montana Aerospace Group od 2022. godine, koja zapošljava oko 6.000 ljudi širom sveta. Sa oko 1.100 zaposlenih u Belgiji na četiri lokacije, uključujući sedište u Zaventemu, ASCO razvija i proizvodi složene mehaničke komponente za krila aviona i stajni trap. Ove komponente se proizvode na najsavremenijim CNC mašinama koje kontroliše Siemens tehnologija, gde su preciznost i pouzdanost kritični.

Sudari: industrijska stvarnost

U vazduhoplovnoj proizvodnji, NC programi se rutinski simuliraju u digitalnom blizancu pre nego što se prenose sa CAM-a na mašinu. Ipak, rizik od sudara ostaje. Varijacije u dužini alata, odstupanja u nultim tačkama obratka ili ljudske greške tokom unosa mogu dovesti do sudara tokom obrade. Posledice su značajne, sa potencijalnim oštećenjem mašine, radnog predmeta ili rasporeda proizvodnje što može rezultirati troškovima koji dostižu desetine hiljada evra.

„Ljudske greške su neizbežne u složenom proizvodnom okruženju“, kaže Mohamed El Hatri, viši vodeći inženjer u ASCO. „Nepravilno unesena dužina alata ili ručni rad putem režima trčanja mogu biti dovoljni da izazovu ozbiljan pad. Stoga smo tražili način da aktivno upravljamo tim rizikom, ne samo unapred, već i tokom samog procesa obrade. U vazduhoplovnoj proizvodnji radimo sa izuzetno skupim i složenim CNC mašinama. Samo vreteno u takvoj CNC mašini može koštati više od 100.000 evra. Uprkos opsežnim simulacijama unapred, sudari su i dalje mogući zbog manjih varijacija ili ljudskih grešaka. Želeli smo ne samo da ograničimo taj rizik, već ga aktivno kontrolišemo tokom samog procesa obrade.“

Dve sekunde unapred

Ovaj konkretni izazov postao je polazna tačka za saradnju između Siemensove industrijske akademije, Akademije za vazduhoplovnu mašinsku mašinu i ASCO, pri čemu su dva studenta magistara KU Leuven razvila inovativno rešenje. Projekat, koji je trajao od oktobra 2023. do kraja akademske godine 2024-2025, fokusirao se na razvoj sistema koji simulira proces obrade u realnom vremenu dve sekunde unapred. Prvo je stvoren digital twin mašine pomoću Siemens NKS CAM i NKS MCD, koji kontinuirano komunicira sa kontrolerom mašine Siemens 840D sl. Ako sistem otkrije potencijalni sudar, automatski šalje signal zaustavljanja mašini - brže nego što bi bilo koji operater ikada mogao da interveniše. Proces je takođe testiran sa SinuTrain-om, Siemensovim softverskim paketom za CNC programiranje, dizajn i simulaciju. Ovaj pristup se na kraju pokazao najefikasnijim.

Izbor pravila od dve sekunde je namjeran. To objašnjava i izuzetno brzo vreme reakcije Siemens kontrolera i ljudski faktor. Ako je prisutan operater, simulirana slika usko se usklađuje sa stvarnim stanjem mašine u trenutku kada skreću pažnju sa ekrana na fizičku instalaciju. Istovremeno, sistem pruža ključni sigurnosni sloj za bespilotne mašine koje rade autonomno ili preko noći.

Iako sistem izbegavanja sudara danas još nije operativan u proizvodnji, ASCO vidi jasne buduće mogućnosti. Rešenje se bavi široko rasprostranjenim problemom u vazduhoplovnoj industriji, gde mnoge mašine nisu najnovije generacije i gde oštećenja od sudara imaju značajan uticaj.

Kombinovanje tehnologija

Za razvoj, studenti su koristili širok Siemensov softverski stek, uključujući NKS CAM, NKS MCD, NKS Open, SinuTrain i prolaz Brown Field Connector, koji omogućava integraciju starijih mašina. „Snaga - i izazov - ovog projekta leži u mogućoj kombinaciji ovih Siemensovih tehnologija“, kaže Jan Vereecke, vođa tima za servisne operacije MC MTS u Siemensu. „Direktnim povezivanjem NKS CAM/Sinutrain, digitalnog blizanca i 840D sl kontrolera, uspeli smo da simuliramo proces obrade u realnom vremenu. To znači da digital twin funkcioniše ne samo kao alat za dizajn, već i kao aktivni sigurnosni sloj tokom proizvodnje. Upravo je ovaj inovativni pristup učinio projekat posebno izazovnim i istovremeno veoma relevantnim za studente: radili su sa najsavremenijom tehnologijom i videli kako njegova kombinacija može rešiti konkretan industrijski problem.“

Zajedničko stvaranje u okviru industrijske akademije Siemens

Projekat se savršeno usklađuje sa filozofijom Siemensove industrijske akademije, koja naglašava zajedničko stvaranje oko stvarnih industrijskih izazova. Studenti imaju priliku da rade u profesionalnom kontekstu, vođeni akademskim stručnjacima i inženjerima iz industrije. Za ASCO, dodatna vrednost se proširila izvan čisto tehničkog rezultata. Inicijativa je pružila prostor za istraživanje i procenu inovativnih tehnologija bez uticaja na tekuću proizvodnju, istovremeno izgradnjom dragocenog internog znanja.

„Ovaj projekat savršeno pokazuje kako nam naša saradnja sa Siemensom i akademskim svetom pomaže da gledamo unapred“, navodi Mohamed El Hatri. „Studenti donose novu perspektivu, donosimo industrijsko iskustvo, a u okviru Siemens industrijske akademije možemo istražiti inovativne ideje bez uticaja na našu tekuću proizvodnju. Zajedničkim razvijanjem prvog dokaza koncepta gradimo znanje, stičemo uvid u nove tehnologije i možemo pristupiti inovacijama na fazan i promišljen način. Ova saradnja potvrđuje kako partneri u industriji, obrazovanju i tehnologiji jačaju jedni druge - i zajedno grade sigurniju, pametniju proizvodnju u vazduhoplovnom sektoru.

Za same učenike projekat je bio jednako vredan. „Radili smo sa istim softverom i uslovima kao u stvarnom industrijskom okruženju. To je projekat učinilo tehnički izazovnim, ali i posebno edukativnim. Smernice ASCO-a i Siemensa osigurale su da stalno moramo razmišljati o tome šta je izvodljivo i relevantno u praksi „, zaključuje student master studija Rohan Vits.