Pravilno že v prvem poskusu

Pravilno že v prvem poskusu

Z naraščanjem potreb po kupcu prilagojenih izdelkih se v proizvodnji povečuje tudi nujnost uporabe načela "pravilno že v prvem poskusu". V ta namen se je potrebno učiti iz odstopanj in se v realnem času odzivati na spremembe.

Iz revije Hi!tech 1/22, marec 2022

Predstavljajte si, da se v temni noči vozite proti hotelu, ki ste ga rezervirali.  Avtomobilski žarometi so izključeni. Imate navigacijsko napravo, ki vam govori "sedaj zavijte desno", "vozite naravnost" in tako naprej. Ne da bi kar koli videli, slepo sledite navodilom navigacije, dokler ne prispete do hotela. Na tak način priti do cilja sicer ni popolnoma nemogoče, vendar pa bi vsak razumen človek prižgal luči.

 

To je samoumevno za vsakega šoferja avtomobila, ne pa tudi v industrijski proizvodnji. Tam s pomočjo najnovejših tehnologij s programsko opremo CAD izdelek najprej skonstruirajo, nato pa njegove značilnosti optimizirajo s pomočjo visoko tehnoloških simulacijskih programov. Za podrobno načrtovanje obdelave na računalniško vodeni napravi CNC uporabijo programsko opremo CAM. Pred začetkom proizvodnje izvedejo še simulacijo, ali je program CNC pravilen in ali bo izdelek predvidoma pravilno proizveden. Še klik z miško in program je poslan neposredno stroju. 

Slepo zaupanje v načrt?

Toda takoj, ko se proizvodnja na stroju CNC zažene, potekajo premiki znotraj stroja večinoma na slepo. Navodila za rezkalno glavo se glasijo "sedaj se pomakni v desno", ali pa "hitrost podajanja 300mm na minuto" in podobno. Stroj je zgrajen tako, da krmilniki SINUMERIK z najvišjo natančnostjo upoštevajo vse specifikacije načrta. Tako kot pri avtu tudi tu velja, da cilj visokokakovostne proizvodnje na ta način ni nedosegljiv. Vendar to verjetno ne bo uspelo takoj pri prvem kosu novega izdelka. Če naj proizvedem 10.000 identičnih kosov izdelka, potem je naloga bolj obvladljiva, če na začetku tako dolgo proizvajam škart, dokler načrt do popolnosti ne ustreza dejanskemu stanju. 

 

Če pa je vsak kos prilagojen kupcu, torej če se proizvaja samo en kos vsake vrste (velikost serije ena), potem je negospodarno, če šele po petih kosih škarta dosežemo zahtevano kakovost izdelka. Tu je potrebno upoštevati načelo "pravilno že v prvem poskusu". Odgovor na to je proizvodnja v zaprti zanki (closed loop manufacturing). Če želimo že pri prvem kosu novega izdelka doseči zahtevano kakovost proizvodnje, se moramo učiti iz preteklih odstopanj pri podobnih proizvodih. 

 

Inštitut za proizvodno tehnologijo pri Tehnični univerzi Dunaj pod vodstvom profesorja Friedricha Bleicherja je eden od vodilnih raziskovalnih inštitutov na področju strojev CNC in razvija inovativne pristope proizvodnje v zaprti zanki. Ideja proizvodnje v zaprti zanki je enostavna. Podatki iz posameznih delovnih korakov se zberejo, ugotovitve na njihovi podlagi pa nato naložijo v program CAM. V tem programu poteka podrobno načrtovanje proizvodnje, tu nastajajo tudi krmilni programi za stroje CNC. To kontinuirano učenje na podlagi pridobljenih podatkov imenujemo zapiranje zanke od načrtovanja do proizvodnje in ponovno nazaj k boljšemu načrtovanju oziroma z angleško besedo "closed loop".    

 

V praksi pa ni tako enostavno. Pri kosih, ki se izdelujejo na novo, roka izkušenega upravljalca stroja vedno počiva na gumbu za razveljavitev (override), ki v tem primeru deluje kot neke vrste pedal za plin, s katerim lahko poseže v programirano hitrost obdelovanja, torej počasneje ali hitreje kot načrtovano. Upravljalec ve, kakšno je trenutno stanje obrabe orodja, na vibracijah stroja čuti in po zvoku sliši, kdaj se bo začela resonanca stroja oziroma tim. drdranje. Močno resonančno nihanje lahko povzroči nastanek neželenih znakov drdranja v obliki manjših hrapavosti na sicer gladki površini. Če upravljalec dovolj hitro reagira, lahko v tem območju vozi počasneje ali, če je zelo izkušen, celo hitreje kot načrtovano, s čimer prepreči drdranje.

Profesor Friedrich Bleicher (TU Dunaj) in njegova ekipa razvijajo inovativne pristope k proizvodnji v zaprti zanki za proizvodnjo prihodnosti.

Gernot Mauthner in Philipp Schaubmayr iz Inštituta za tehnologijo proizvodnje pri delu na tim. hibridni celici v dunajski pilotni tovarni.

Program se uči iz izkušenj 

Prvi pristop k proizvodnji v zaprti zanki je, da se aktualna nastavitev funkcije za razveljavitev vedno shrani in avtomatično naloži v CAM program. Ta se nato lahko uči iz izkušenj ter krmilno kodo stroja prilagodi tako, da ta naslednjič sam takoj uporabi optimalno hitrost podajanja. 

 

Friedrich Bleicher pa gleda še korak naprej. "V prihodnosti bomo programirali samo še hrapavosti in ne več hitrosti podajanja. Pri današnjih digitalnih tehnologijah moramo način strojne obdelave popolnoma na novo premisliti. CNC naprava prihodnosti bo sama izvajala optimizacijo tehnoloških parametrov in to bolje, kot bi jo lahko človek," razloži Bleicher. Njegov inštitut je na primer izumil inteligentno držalo za orodje in ga skupaj s podjetjem Schunk razvil v produkt. "Meritve izvajamo 8000-krat na sekundo ter tako zaznamo že najmanjše vibracije. Naš cilj je, da na neželene vibracije reagiramo tako hitro, da ne pride do poslabšanja kakovosti površine," nadaljuje Bleicher, njegov sodelavec Gernot Mauthner pa doda: "Industriji želimo dati na razpolago celotni potencial proizvodnje v zaprti zanki. Skupaj z našimi partnerji v industriji tehnologijo, ki nam je danes na voljo, v praktičnih preskusih potiskamo do njenih meja in jo razvijamo naprej tam, kjer je to potrebno. Tehnologije, kot so SINUMERIK Integrate, Siemens Industrial Edge ter NX Open, so ključne tehnologije v prihajanju." 

 

"K sodelovanju vabimo partnerje iz industrije, ki želijo s pomočjo proizvodnje v zaprti zanki v svoji proizvodnji povišati kakovost izdelkov ter znižati stroške in časovne cikle. Pokličite nas in za začetek vam bomo pokazali možnosti, ki smo jih v našem TEC laboratoriju v kompleksu Arsenal na Dunaju ter v pilotni tovarni na Tehniški univerzi Dunaj že uresničili," poziva Bleicher. Kot pravi, sta nevtralno območje pilotne tovarne in univerzitetnega laboratorija idealen prostor za prevajanje takšnih inovativnih konceptov v lastne zahteve v okviru sodelovanja z ustreznimi partnerji iz industrije. 

 

Tako kot šofer samodejno vključi žaromete, se bodo v prihodnosti samoumevno iz krmilnega sistema stroja odčitali podatki o obdelovanju ter uporabili vsi senzorji, ki so na voljo. Na podlagi teh podatkov se bo za načrtovanje v prihodnosti možno učiti iz dejanskega obnašanja stroja ter navodila CAM programa prilagoditi trenutnim pogojem. Zgolj zbiranje podatkov ne zadostuje, ampak jih je potrebno kolikor mogoče samodejno (zaprta zanka) uporabiti za izboljšanje procesov, če želimo s tem pridobiti konkurenčno prednost.

UI in zaprta zanka

Inštitut za tehnologijo proizvodnje na Tehnični univerzi Dunaj si prizadeva za uporabo načela proizvodnje v zaprti zanki v industriji. Zgolj doslednost podatkov v inženiringu (0 do 4 – glej grafiko) sama po sebi ni dovolj. Za proizvodnjo v zaprti zanki je potrebna tudi doslednost podatkov v proizvodnji in njenem digitalnem dvojčku (5 do 8). Zanka pa je resnično zaprta šele takrat, ko se iz zajetih podatkov ukrep lahko oblikuje samostojno. Tu pridejo v poštev metode umetne inteligence (9).