Цифровое управление инструментами:несколько концепций начинают сближаться

Акцент на цифровизацию проектирования и обработки подчеркнул важность и преимущества более сложных цифровых систем управления инструментом (DTM). Хотя это привело к значительной степени дифференциации и некоторой путанице в отношении общепринятого определения системы, это привело к эволюции целей и возможностей, которые стали более всеобъемлющими и более ориентированными на клиента.

В то время как многие более ранние разработки в области производства, включающие как аппаратное, так и программное обеспечение, были отмечены корпоративным соперничеством между строителями и разработчиками, что мешало процессу, достижения в области систем управления инструментами были гораздо более совместными и, следовательно, более быстрыми и эффективными.

Среди факторов, влияющих на развитие DTM, следующие:потребность в управлении инструментами в автоматизированных системах и все чаще в мало- и среднесерийном производстве сложных деталей на уровне цеха; установление стандартов, таких как ISO 13399; совместные программы, такие как MTConnect и несколько подпрограмм в рамках Индустрии 4.0; и потребительский спрос на системы, предлагающие более высокую эффективность, большую гибкость и, при необходимости, сотрудничество с несколькими поставщиками.

В настоящее время системные предложения варьируются от отдельных модулей, выполняющих ограниченные функции, до комплексных пакетов, простирающихся от станции CAM до производственного цеха. Корсин Бюрер, руководитель отдела управления производственными данными в Siemens PLM Software (Плано, Техас), заявила:«Мы рассматриваем DTM как ключевой компонент общей информационной системы, включая программное обеспечение для организации различных аспектов требований к инструментам, возможность для удовлетворения потребностей автоматизации и возможности интеграции инструментов в функцию CAM. Конечно, из-за широкого круга клиентов, которых мы обслуживаем, мы должны быть в состоянии предложить широкий выбор конфигураций, которые адаптируются к индивидуальным потребностям производителя».

Александр Золлер, президент Zoller Inc. (Анн-Арбор, Мичиган), представляет систему DTM как «цифрового двойника» для всех соответствующих производственных процессов. «Наша система включает в себя библиотеку цифровых двойных инструментов, а также полную функциональную информацию об обработке/инструменте, которая включает в себя станок, державку, спецификацию инструмента, геометрию и любые другие данные, необходимые на протяжении всего процесса. Информация должна быть доступна всем, от программиста CAM до руководителя производства».

При оценке функций, которые будут иметь решающее значение для новых систем DTM, Джефф Риззи, директор по продажам цифровой обработки в Северной и Южной Америке для Sandvik Coromant (Фэр-Лоун, Нью-Джерси), смотрит на них с широкой точки зрения. «В то время как многие производители обычно начинают с базовой системы минимального/максимального запаса для пополнения инструментов, мы считаем, что разработка полнофункциональных систем необходима для будущего. При создании этих систем наша главная цель — предложить более эффективные способы предоставления данных в зависимости от того, как эта информация будет использоваться клиентом».

Чувствительность к клиенту имеет решающее значение для процесса. «Наши предложения включают полную интеграцию всей информации и процессов, связанных с производственным процессом», — сказал Грегг Биглман, директор по Северной Америке TDM Systems (Шаумбург, Иллинойс). «Это позволит бизнесу легче перейти к интеллектуальному цифровому производству. Важным элементом является то, что все исходит из единой базы данных».

Тайлер Мартин, техник STEP в Seco Tools LLC (Трой, Мичиган), также считает доступность данных об инструменте важной. «Легкая доступность данных имеет решающее значение. Мы делаем информацию о наших инструментах доступной через модули, которые можно загрузить из облака. Наше соответствие стандарту ISO 13399 гарантирует клиентам, что правильная информация будет доступна, когда она им понадобится, и [будет] легко понятна».

Компания Walter AG (Тюбинген, Германия) была одним из первых сторонников систем управления инструментами и сегодня предлагает полный комплекс услуг крупным клиентам. Флориан Беппле, менеджер по цифровому производству, прокомментировал:«Наши первые усилия по управлению инструментами включали торговые автоматы. Сегодня наши логистические системы позволяют нам сотрудничать с компанией, интегрируя полный пакет, который позволяет им разгрузить функцию управления инструментами. В самом высоком состоянии расширения мы размещаем людей на постоянной основе у клиентов и покупаем все инструменты — даже некоторые у конкурентов. Мы позаботимся о предварительной настройке, технической эксплуатации и оптимизации машин. Это позволяет производителю сосредоточиться на своем основном бизнесе и доверить управление инструментами профессионалам».

Как средство реагирования, DTM будет развиваться таким образом, чтобы сочетать в себе достижения в области производства и видение вовлеченных инструментальных компаний. Как лаконично выразился Александр Золлер, "функционально новая система будет появляться каждый год".

Биглман из TDM System подчеркнул необходимость «подключения нескольких объектов в любой точке мира», что обеспечит постоянную эффективность. В Siemens Бюрер, старший менеджер по маркетингу продуктов, подчеркнул логическое развитие DTM с самого начала:«Мы перешли от разработки библиотеки цифровых инструментов к системам, предназначенным для управления физическими инструментами. Это может включать как расположение любого инструмента в производственном процессе, так и инструменты на складе, потому что это создает постоянные проблемы в текущей производственной среде».

Риззи из Sandvik Coromant также рассказала о пути развития системы. «Исторически системы управления инструментами основывались на статических расчетах запасов инструментов и соответствующих обновлениях. В современных условиях это устарело, и мы должны перейти к динамическому анализу тенденций на основе данных в реальном времени, включая состояние на компьютере. По сути, мы переходим от дискретных систем к интерактивным».

Уолтер работает над многоканальной концепцией за счет использования «кабин» управления инструментами. Бёппле пояснил:«Панель управления будет составлять отчет об экономии с течением времени для руководства, чтобы определить окончательную экономию в общем процессе путем установления базового уровня производительности. Понятно, что заказчик не должен знать данные логистического инструмента. Используя наш опыт, мы можем предоставить более содержательную и эффективную информацию, особенно когда речь идет о процессе обработки. Еще одна кабина предоставит нам в Walter данные о производительности, которые позволят нам улучшить производительность инструмента».

Запросы и требования клиентов

Существенными факторами в улучшении цифровых систем управления инструментами являются пожелания и требования клиентов. Синтез, основанный на потребностях клиентов и опыте производителей инструментов, становится, пожалуй, наиболее важным фактором, способствующим расширению более стандартных возможностей систем DTM.

Мартин из Seco Tools упомянул просьбу об улучшенных библиотеках данных инструментов, применимых к CAM-системам. «Возможности CAM будут абсолютно необходимы для того, чтобы системы управления инструментами полностью реализовали свой потенциал».
Сказал Золлер:«Клиенты начинают с того, что видят общую картину, а затем просят нас поработать с ними над разработкой конкретных решений. Например, обычно считается пустой тратой времени на поиск конкретных инструментов. Введя адекватный контроль, мы можем решить эту проблему. Мы также видим другие запросы на 3D-приложения, а также мобильные возможности, которые могут общаться через мобильный телефон и планшет».

Новый клиент, рассматривающий возможность установки DTM, предъявляет несколько требований, на которые можно ответить различными способами. Как сказал Биглман из TDM Systems:«Сегодняшние заказчики всегда стремятся к расширению и включению большей части своего производственного процесса в системы DTM. Таким образом, потенциальный новый клиент может войти в цифровую производственную среду на любом этапе процесса с помощью простых дополнительных усовершенствований. После того, как будут предприняты первоначальные шаги, можно расширяться вверх или вниз по течению без потери данных или эффективности».

Ризи согласилась. «Мы в Sandvik Coromant ищем стартовую платформу, позволяющую подключать дополнительные приложения. Однако в этом контексте поставщику необходимо доказать, каким образом каждое новое приложение добавляется к потоку создания ценности».

В то время как начальный этап разработки DTM в значительной степени был прерогативой крупных OEM-производителей и, соответственно, крупных производителей инструмента, отрасль также населена множеством небольших инструментальных компаний, многие из которых поддерживают как продажи, так и консультационные отношения с конечными пользователями, особенно мастерскими. и более мелкие производители. Переход к цифровым технологиям неизбежно ставит вопрос о том, что будет с этими ресурсами.

Беппле из Walter видит грядущую «встряску» как из-за стандартизации, так и из-за DTM. «Идет постоянная борьба между поставщиками низкого уровня и поставщиками премиум-класса. Те, кто находится на нижнем уровне, на самом деле не заинтересованы в переходе к системам в любом качестве. Их самая большая угроза исходит из того факта, что инструменты, особенно на товарном уровне, становятся все более и более похожими».

Zoller предлагает место для небольших компаний, при условии, что они выполняют ключевые требования. «Небольшие компании должны стать более эффективными. Мы видим возможность для них в охвате небольшой клиентской базы в партнерстве с такими фирмами, как наша. По сути, они заполняют наш каталог и базу данных».

Количество сервисных компаний, заполняющих нишу между крупными поставщиками DTM и мелкими производителями инструментов, также, вероятно, увеличится. По словам Бюрера, «компании, которые серьезно относятся к сохранению своих позиций и даже к росту, смогут получить доступ к поставщикам, которые могут дополнить их данные. Кроме того, небольшие производители, которые специализируются на определенных дисциплинах инструментов, таких как резьбофрезерование, также найдут свою нишу и получат дополнительное преимущество в партнерстве с более крупными компаниями, предоставляющими DTM».

Мартин называет важный фактор выживания и роста мелких производителей. «Эти компании могут не только привиться к существующим системам в форме партнерства, но благодаря облаку их сервисные возможности станут более расширенными и эффективными».

Дальнейшая поддержка мелких поставщиков инструментов будет осуществляться в форме стратегий открытых платформ, реализованных несколькими крупными игроками. «Мы «независимы от брендов», — заявила Риззи. «Любой инструмент может подключаться к нашей системе. Я думаю, что все крупные компании со временем поймут, что это так благодаря таким общим программам, как ISO 13399 и MTConnect».

Лидерство в DTM, продемонстрированное основными производителями инструментов и их клиентами, а также их различные принципы работы и функции поднимают вопрос о масштабируемости. Степень, в которой более комплексные системы могут быть преобразованы в более компактные конфигурации или разделены на модули, во многом зависит от их неотъемлемых целей и первоначальной разработки.

Беппле отмечал высокую степень дифференциации. «Наиболее эффективные системы DTM по определению являются всеобъемлющими и, как таковые, менее доступны для небольших компаний. Так будет и впредь, поскольку крупным компаниям нужны системы, способные к немедленному внедрению и требующие не только обширного проекта, но и, возможно, ключевых модификаций. Небольшие компании могут внедрять модули по частям, но, честно говоря, это не целостная система».

Мартин предвидит, что «по мере того, как все больше протоколов станут стандартными, все больше аспектов DTM станет доступным для небольших операций». Тот факт, что система Seco Tools возникла как комбинация нескольких компонентов, полученных из обширной и разнообразной библиотеки инструментов, делает системы, по словам Бюрера, «очень масштабируемыми».

Необходим долгосрочный план

Биглман отметил важность долгосрочного плана в развитии любой системы. «Каждое наше предложение разрабатывается специально для каждого отдельного клиента с учетом его потребностей. Он может начинаться с простого и иметь поэтапный план реализации или включать общий подход с самого начала».

Риззи использует другой подход и предлагает гибкий многоуровневый путь, при котором пакеты DTM малого и среднего размера, включающие стандартизированные компоненты, будут доступны для удовлетворения потребностей небольших операций.

Растущее разнообразие систем, модулей и подходов также поднимает вопрос реализации, который может стать решающим фактором, когда дело доходит до решения клиента о покупке. Бёппле отмечает важность комплексного планирования для успеха DTM. «Мы советуем нашим клиентам представлять себе, где они хотят быть, и это выходит далеко за рамки управления инструментами. Из общего плана мы выводим стратегию, затем выбираем и объединяем лучших партнеров и реализуем решение. Мы предупреждаем наших клиентов, чтобы они не боялись вносить изменения или быть перегруженными избыточными данными. Результаты гораздо предпочтительнее путаницы».

Мартин рекомендует включать всю систему сразу:«Это имеет смысл не только с операционной точки зрения, но и с финансовой. Выбирая единовременную оплату, клиент избегает непредвиденных надстроек и дополнений».

«Осторожный подход к серьезному внутреннему участию со стороны заказчика обязателен», — заявил Золлер. «Самое главное — собрать команду. Это не только экономит время, но и позволяет людям, хорошо знакомым с процессами, получить внутреннее представление. Затем расставьте приоритеты в ключевых областях и реализуйте их поэтапно».

Бюрер выступает за изменение парадигмы для крупных компаний и стратегию «начать, а затем расширить» для более мелких. «Успех большой системы сильно зависит от подготовки и обучения, и люди считают гораздо более логичным сразу понять всю концепцию. Там, где это невозможно с финансовой или оперативной точки зрения, мы рекомендуем начать с определенного отдела или набора машин, изучить систему и определить желаемый конечный результат, а затем расширяться оттуда».

Влияние Индустрии 4.0

Понятно, что инициативы Индустрии 4.0 являются основной движущей силой внедрения DTM. Скорость и степень его реализации варьируются в зависимости от срочности пользователя в соответствии с протоколами.

Когда дело доходит до расширения, Бюрер видит потребность в системах, выходящих за рамки простого инструментария. «Если компании хотят расширить возможности автоматизации, они должны согласиться с потребностью в DTM. Кроме того, цифровые системы не могут ограничиваться только инструментами, они также должны включать управление приспособлениями и калибрами».

Золлер считает, что DTM «вполне подходит для инициатив 4.0. Единственный эффективный способ использовать все ресурсы — использовать общую систему. Это способствует повышению эффективности, что положительно влияет на баланс:сегодняшние расходы определяют инструментальный цех, и мы движемся к полностью автоматизированному роботизированному инструментальному цеху».
По словам Мартина, «полностью цифровая производственная система обязательно должна целостный характер. DTM является важной частью микса. Подписчики серьезно относятся к Индустрии 4.0».

Риззи отметила:«В основе Индустрии 4.0 лежит концепция подключения. Управление инструментами должно быть взаимосвязано, чтобы предоставлять динамические данные, которые регистрируют и в конечном итоге влияют на все, от оптимизированных циклов до срока службы инструмента».

Хотя существует общее согласие в отношении необходимости DTM, различные интерпретации того, как такие системы должны быть построены и реализованы и что они должны включать, естественным образом приводят к визуализации того, где такие протоколы будут в ближайшем и среднесрочном будущем. Еще один фактор включает способы, которыми система будет охватывать или адаптироваться к новым и нетрадиционным методам, материалам и технологиям.

Биглман предвидит революцию в коммуникациях:«В ближайшем будущем не может быть больше «бункеров». Коммуникация должна быть четкой, и промышленность должна принять идею прозрачной коммуникации во всех процессах, системах и отделах. По мере появления новых технологий поставщики будут разрабатывать программное и аппаратное обеспечение, которое их всех объединяет».

Zoller предвидит «непрерывное развитие систем DTM, которые естественным образом будут охватывать новые материалы и технологии, особенно в том, что касается способности клиентов производить свои собственные инструменты».

Böpple считает, что в краткосрочной перспективе лидерство в Индустрии 4.0 в металлообрабатывающей промышленности будет обеспечиваться крупными OEM-производителями и компаниями, производящими инструмент, и стремиться к оптимизации инструментов в качестве основной цели. «Производитель инструмента должен помогать в технологическом процессе, начиная с CAM, планирования, закупки и применения. Это упростит поиск лучшего инструмента и сделает его более эффективным, даже если это влечет за собой глобальный поиск продуктов, поскольку мы предоставляем его с помощью GPS».

Что касается новых технологий, он предвидит больше печати деталей, особенно в автомобильной и аэрокосмической промышленности, с упором на меньший вес и улучшенную структуру металла. Однако по-прежнему будут требоваться обычные инструменты.

«Поскольку некоторые клиенты развивают способность создавать свои собственные полуфабрикаты, они должны в то же время определять, какие методы и инструменты будут использоваться в процессе отделки», — сказал Бёппле. «Для большинства клиентов это по-прежнему применимо и к процессу черновой обработки, тем более что сложность обработки постоянно растет из-за новых материалов и сплавов. Такая задача требует обширного
опыта и знаний, а поскольку многие специалисты достигают пенсионного возраста, будет крайне важно обучать новых людей».

По словам Бюрера, «в ближайшее время системы DTM потребуются для предоставления большего количества 3D-данных, а также возможностей моделирования. Большая часть 3D-данных должна будет поступать от производителей инструментов, которые будут работать с клиентами над оптимизацией подачи и скорости, минимизацией складских запасов и открытием возможности для большей обратной связи с инструментами и процессами обработки».

По словам Мартина, ключевое значение имеет усиление акцента на быстром создании и/или поиске данных. Что касается новых технологий, он считает, что «поскольку стоимость входа очень высока, включение передового аддитивного производства будет экономически невыгодно для большинства клиентов. Принимая во внимание потребность в оборудовании, программном обеспечении и людях, разработку узкоспециализированных инструментов лучше всего осуществлять в сотрудничестве с производителями инструментов».

Риззи заметил, что связь на всех уровнях будет основным направлением DTM в ближайшей и среднесрочной перспективе. «Ускоренное подключение в ряде случаев определит потребность в специализированных инструментах, которые в некоторых случаях требуют печати. Решающим фактором здесь является разработка материалов, которые могут обеспечить наилучшие результаты».

Множество расходящихся направлений в DTM указывают на то, что жесткие протоколы не подходят. В динамичной производственной среде, характеризующейся революционным дизайном, новыми и в некоторых случаях изготовленными по индивидуальному заказу материалами, а также методами и машинами, о которых еще недавно не слышали, традиционное определение «инструмента» расширилось. Аналогичным образом, для оптимального использования всех ресурсов и активов в производстве требуются системы, способные выполнять как интерактивные, так и незаметные функции. Как заметила Риззи, «с цифровыми технологиями мы переходим от племенных знаний к системным знаниям».

Хотя растущий сегмент производственного сообщества признает необходимость и неизбежность систем DTM, понимание того, как эти протоколы будут определяться, внедряться и в конечном итоге использоваться, сильно различается. В то время как стандарты, включая ISO 13399, Industry 4.0 и MTConnect, внесли определенный вклад в структуру, продолжаются многочисленные споры о том, что должна включать в себя система (только инструменты или инструменты, приспособления и вспомогательное оборудование), кто должен нести ответственность за текущее управление система (персонал на объекте в сравнении с производителями/поставщиками инструмента), насколько DTM должен функционально расширяться и какие отделы должны быть включены (производственные операции, финансы, управление), и как система должна развиваться от внедрения в будущее.

То, что когда-то можно было представить как более сложную версию инструментального цеха, еще больше осложняется быстрым ускорением развития производственных технологий и вызовом, который представляют совершенно новые альтернативы, включая аддитивное производство и нанотехнологии, которые размывают определение того, что представляет собой инструмент.

Из многих направлений этой прорывной технологии кажется, что системы DTM неизбежно будут сильно настраиваться и постоянно развиваться в зависимости от таких факторов, как природа деталей и материалов, степень автоматизации и желаемые результаты. Очевидно, что модульность продолжит играть важную роль.