Budowanie warsztatu cyfrowych maszyn przyszłości

 

Producent form w Europie musi konkurować z producentami z mniej regulowanych rynków oraz z lokalnymi firmami, jednocześnie dostarczając produkty szybciej, by dostosować się do cyklów rozwoju produktu, które są obecnie o połowę krótsze niż kiedyś. Na przykład, w przemyśle samochodowym opracowanie nowego pojazdu trwało niegdyś dziewięć, a nawet dziesięć lat, a obecnie czas ten skrócił się do zaledwie czterech lat, co oznacza, że czas realizacji elementów jest również krótszy.

Aby poprawić efektywność produkcji, producenci części często starają się zautomatyzować niektóre kroki w procesie, wykorzystując oddzielne systemy oprogramowania, arkusze i dokumentację papierową. Jeśli nie zostanie to zrobione poprawnie, proces często staje się chaotyczny, a wartościowe informacje i krytyczne know-how nie jest wykorzystywane w sposób efektywny. Takie podejście nie sprawia, że producenci stają się bardziej skuteczni lub konkurencyjni.

By osiągnąć wyższy poziom efektywności produkcji i dotrzymać kroku konkurencji, narzędziownie potrzebują nowego modelu biznesowego, który pozwoli im wykorzystać najnowsze techniki. Wykorzystanie jednego zintegrowanego systemu oprogramowania tworzy spójne modele i procesy oraz łączy planowanie w dziale konstrukcji z wytwarzaniem na hali produkcyjnej za pośrednictwem „cyfrowej nitki”, która biegnie przez całą firmę, upraszcza proces produkcji części, obniża koszty i zwiększa prędkość.

Zamiast budowania modelów CAD, które muszą być eksportowane i importowane przez systemy komputerowe wykorzystywane na wszystkich poszczególnych etapach produkcji, możesz stworzyć kopię „digital twin” („cyfrowy bliźniak”) - precyzyjną, wirtualną kopię fizycznego produktu, która przechodzi pomiędzy poszczególnymi działami, nie tracąc na dokładności i pomagając w stworzeniu części, która będzie dokładnie odpowiadać potrzebom klienta.

Taki zdigitalizowany proces produkcji natychmiast sprawia, że nawet małe warsztaty stają się szybsze i bardziej efektywne, ale zapewnia też skalowalność, pomagając im w rozwoju działalności. Digitalizacja oznacza nie tylko uniknięcie konieczności manualnego przenoszenia i dostosowywania modelu na każdym etapie procesu. Wykorzystywanie jednego systemu oprogramowania i jednego precyzyjnego, spójnego modelu pozwala różnym zespołom pracować równolegle, a operatorzy sprawdzają plan procesu, gdy części są ciągle jeszcze programowane w module CAM. Takie podejście umożliwia automatyzację całego procesu, jednocześnie wciąż zapewniając elastyczność i adaptacyjność.

Jeśli w projekcie zostaną dokonane jakiekolwiek zmiany, automatycznie przechodzą one do wszystkich etapów procesu, bez konieczności przeprogramowania. Można porównać model do ukończonych części, wykorzystując współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM), przesyłające informacje z powrotem do tego samego oprogramowania, które programuje maszyny do toczenia lub frezowania. Ułatwia to znalezienie i naprawienie wszelkich programów związanych z produkcją, zapewniając zamkniętą pętlę projektowania i udoskonaleń procesowych.

Poprawia to jakość, a jednocześnie redukuje czas konfiguracji i zwiększa wydajność; można szybciej tworzyć dokładniejsze części i szybciej przechodzić do kolejnych zadań. Nowe zadania mogą nawet wykorzystywać już stworzone modele i udoskonalać je na potrzeby nowego projektu zamiast za każdym razem zaczynać od zera. Ponowne wykorzystywane najlepszych praktyk i know-how firmy jest doskonałym sposobem doskonalenia wydajności i jakości.

Wykorzystanie digitalizacji sprawi, że produkcja będzie dokładna i zautomatyzowana, a także ułatwi nawet mniejszym firmom wykorzystanie nowych technologii takich jak robotyka i wytwarzanie addytywne, które w jeszcze większym stopniu opierają się o cyfrowy proces.

Wcześniej roboty były wykorzystywane w produkcji części przede wszystkim do konfiguracji i obsługi, w tym do ładowania części do narzędzi maszynowych i następnie do ich wyładowywania. Obecnie w coraz większym stopniu są one wykorzystywane do faktycznej obróbki, ponieważ robot jest w stanie wywiercić setki tysięcy otworów potrzebnych przy produkcji skrzydła nowoczesnego samolotu w dokładny sposób, pracując bezpośrednio z cyfrowego modelu. Taka metoda nie będzie działać, jeśli model nie będzie przechodzić bez zakłóceń poprzez poszczególne etapy: od projektowania, poprzez programowanie NC i robotyki, a następnie przez produkcję.

Drukowanie 3D i inne narzędzia wytwarzania addytywnego umożliwiają firmom produkowanie części, których wykonanie było kiedyś po prostu niemożliwe lub wykorzystywanie nowych materiałów i stylów projektowania, poprawiających wydajność, redukujących wagę i upraszczających montaż części. Jednak korzystanie z nich oznacza konieczność przyjęcia bardzo odmiennych technik projektowania niż w przypadku części, które będą po prostu toczone i frezowane. Na przykład części zaprojektowane tak, by można było je efektywnie wydrukować w 3D z wykorzystaniem mniejszej ilości materiału, wyglądają zupełnie inaczej niż konwencjonalnie zaprojektowane części. Dzięki projektowaniu generatywnemu, projektanci mogą tworzyć struktury, które są o wiele lżejsze, ale wciąż zapewniają tę samą wydajność, mogą być puste w środku lub mieć wysoce organiczny projekt; muszą jednak jednocześnie nauczyć się, by unikać niepotrzebnych struktur wspierających, które spowalniają produkcję, ponieważ trzeba będzie je usunąć po jej zakończeniu. Wykorzystywanie oprogramowania projektowego, które jest w stanie wykonać optymalizację topologiczną konwencjonalnie zaprojektowanych części jest kluczowe. Metody wytwarzania addytywnego pozwolą wytwarzać produkty nowej generacji przy minimalizacji etapów konfiguracji i obróbki.

Cyfrowa hala produkcyjna łączy kluczowe elementy - od projektu aż do produkcji. Ten oparty na danych proces łączy ludzi, dane i sprzęt, zapewniając możliwość wytwarzania produktów, których chcą klienci, zwiększanie zysków i podnoszenie efektywności.

Cyfrowa hala produkcyjna w akcji

Nie trzeba być przemysłowym gigantem, by korzystać ze zdigitalizowanego przepływu zadań w produkcji. Austriacka firma produkująca formy HAIDLMAIR zaczęła swoją działalność jako mała firma kowalska, ale stale wdrażała nowe technologie. Gdy obecny CEO, Mario Haidlmair, przejął firmę po swoim ojcu, zdał sobie sprawę, jak nieefektywne jest wykorzystywanie oddzielnego i czasem niekompatybilnego oprogramowania do programowania części i sterowania narzędziami. Wprowadzając oprogramowanie Siemens, firma stworzyła od początku do końca uproszczony proces, który tworzy cyfrowego bliźniaka dla każdej części: „w dziale CAM budujemy taką samą sytuację, jaką mamy na maszynie” - wyjaśnia Haidlmair.

Tworzenie formy angażuje wiele różnych działów, a wszystkie wykorzystują ten sam model do wszystkich prac, od projektu części i formy, przez symulację części przed jej stworzeniem w celu sprawdzenia wydajności, napędzanie maszyn toczących oraz 3- i 5-osiowych maszyn frezujących wykorzystujących oprogramowanie Siemens NX CAM, aż do końcowego montażu. Ponieważ modele, dane narzędzi tnących i plany procesu oraz programy NC znajdują się w oprogramowaniu Siemens Teamcenter, wszystkie działy mają dostęp do jednego źródła informacji. Ta cyfrowa nitka umożliwia całemu zespołowi efektywną współpracę. Operator maszyny może sprawdzić programowany model CAD i współpracować z projektantem i programistą NC w celu szybkiego rozwiązywania wszelkich możliwych problemów przed obróbką części.

Posiadanie zintegrowanego systemu oprogramowania do projektowania części, kontrolowania maszyn i zarządzania procesem obniża koszty - Haidlmair szacuje, że 15-20% oszczędności daje w sumie „setki tysięcy euro każdego roku”. Kolejna zaleta na bardzo konkurencyjnym rynku to „krótsze czasy dostawy do klientów”.

Aby w jeszcze większym stopniu zautomatyzować proces i zwiększyć efektywność produkcji, Haidlmair wykorzystuje obróbkę opartą na cechach konstrukcyjnych w oprogramowaniu NX CAM.

Chcemy budować do 80% naszych elektrod dla maszyny w pełni automatycznie, bez ingerencji człowieka - mówi Stefan Pendl, menadżer systemu CAM. Nie chodzi tylko o cięcie kosztów; ambicją Haidlmair jest, aby ten niewielki warsztat produkcyjny „stał się najlepszym producentem form na świecie” i aby ich działalność wyróżniała się jakością swoich produktów. Jestem przekonany, że będziemy w stanie osiągnąć niższe ceny w przyszłości przy jeszcze wyższej jakości niż obecnie. I podejrzewam, że każdy klient się z tego ucieszy.

Źródło: Siemens PLM Software