Цифровое управление инструментами: унифицированные, клиентоориентированные решения для современного производства

Фокус на оцифровке в проектировании и обработке подсветил важность и преимущества более сложных систем цифрового управления инструментами (DTM). Хотя это создало значительную степень дифференциации и некоторое непонимание относительно общепринятого определения системы, это привело к эволюции целей и возможностей, которые являются одновременно более комплексными и более клиентоориентированными.

В то время как многие ранние разработки в производстве, включающие как оборудование, так и ПО, были отмечены корпоративными соперничествами среди строителей и разработчиков, которые препятствовали процессу, достижения в системах управления инструментами были гораздо более кооперативными и, следовательно, более быстрыми и эффективными.

Среди драйверов, влияющих на развитие DTM: необходимость управления инструментами в автоматизированных системах и всё чаще в мелко- и среднесерийном сложном производстве деталей на уровне цеха-заказчика; установление стандартов, таких как ISO 13399; кооперативные программы, такие как MTConnect и несколько подпрограмм под зонтиком Индустрии 4.0; и спрос клиентов на системы, предлагающие большую эффективность, большую гибкость и, при необходимости, отношения с несколькими поставщиками.

В настоящее время системные предложения варьируются от отдельных модулей, выполняющих ограниченные функции, до общих пакетов, расширяющихся от CAM-станции до цеха. Корсин Бюрер, лидер стартапа по управлению производственными данными в Siemens PLM Software (Плейно, штат Техас), заявил: «Мы видим DTM как ключевой компонент общей информационной системы, включая ПО для организации различных аспектов инструментальных требований, способность отвечать на потребности автоматизации и возможность интегрировать инструментарий в CAM-функцию. Конечно, из-за диапазона клиентов, которых мы обслуживаем, мы должны иметь возможность предлагать широкий выбор конфигураций, адаптирующихся к индивидуальным потребностям производителя».

Александр Цоллер, президент Zoller Inc. (Анн-Арбор, штат Мичиган), видит систему DTM как «цифровой двойник» для всех соответствующих производственных процессов. «Наша система включает цифровую библиотеку инструментов-двойников, а также полную функциональную информацию по обработке/инструментам, которая включает станок, держатель инструмента, спецификацию инструмента, геометрию и любые другие данные, требуемые на протяжении всего процесса. Информация должна быть доступна всем, от CAM-программиста до производственного менеджмента».

Оценивая функции, которые будут критически важны для новых систем DTM, Джефф Риззи, директор по цифровым продажам обработки, Америки, для Sandvik Coromant (Фэр-Лоун, штат Нью-Джерси), занимает широкую перспективу. «Хотя многие производители обычно начинают с базовой системы min/max для пополнения инструментов, мы видим разработку полнофункциональных систем как необходимую для будущего. В построении этих систем наша главная цель — предложить лучшие способы предоставления данных, основанные на том, как эта информация будет потребляться клиентом».

Клиентоориентированность критична для процесса. «Наши предложения включают полную интеграцию всей информации и процессов, связанных с производственным процессом», — сказал Грег Бигльман, директор Северной Америки для TDM Systems (Шаумбург, штат Иллинойс). «Это позволит бизнесу легче перейти к интеллектуальному цифрово-связанному производству. Критический элемент в том, что всё исходит из единой базы данных».

Доступность данных инструментов также считается важной Тайлером Мартином, техником STEP в Seco Tools LLC (Трой, штат Мичиган). «Легкая доступность данных критична. Мы делаем информацию об инструментах доступной через модули, которые можно скачать из облака. Наше соответствие ISO 13399 гарантирует клиентам, что правильная информация будет там, когда она понадобится, и [будет] легкой для понимания».

Walter AG (Тюбинген, Германия) был ранним сторонником систем управления инструментами и сегодня предлагает полную сервисную способность для крупных клиентов. Флориан Бёппле, менеджер по цифровому производству, прокомментировал: «Наши ранние усилия по управлению инструментами включали вендинговые автоматы. Сегодня наши логистические системы позволяют нам партнерить с компанией, интегрируя полный пакет, позволяющий им выгрузить функцию управления инструментами. В состоянии наивысшего расширения мы размещаем людей полной занятости у клиентов и закупаем все инструменты — даже некоторые от конкурентов. Мы заботимся о предустановке, технической эксплуатации и оптимизации на станках. Это позволяет производителю сосредоточиться на своем основном бизнесе и оставить управление инструментами в руках профессионалов».

Как реактивное средство, DTM будет развиваться способом, сочетающим достижения в производстве и видение вовлеченных инструментальных компаний. Как лаконично выразился Александр Цоллер: «Функционально, будет новая система каждый год».

Бигльман из TDM Systems подчеркнул необходимость «соединять множество объектов где угодно в мире», что обеспечит текущие эффективности. В Siemens, Бюрер, старший менеджер по продуктовому маркетингу, подчеркнул логическую прогрессию DTM от её начала: «Мы перешли от разработки цифровой библиотеки инструментов к системам, посвященным физическому управлению инструментами. Это включало бы как местоположение любого инструмента в производственном процессе, так и инструменты на складе, потому что это создает непрерывные вызовы в текущей производственной среде».

Риззи из Sandvik Coromant также указал путь системного развития. «Исторически системы управления инструментами основывались на статических расчетах запасов инструментов и соответствующих обновлениях. В современной среде это устарело, и мы должны перейти к динамическим трендам от данных в реальном времени, включая статус на станке. В сущности, мы движемся от дискретных к интерактивным системам».

Walter работает над мультиканальной концепцией через использование «кабин» управления инструментами. Бёппле объяснил: «Кабина будет разрабатывать отчет для менеджмента об экономии во времени для определения окончательной экономии в общем процессе путем установки базовой линии производительности. Явно, не клиенту знать логистические данные инструментов. Включая нашу экспертизу, мы можем предоставить более значимую и эффективную информацию, особенно когда речь идет о процессе обработки. Дальнейшая кабина предоставит нам в Walter данные о производительности, которые позволят нам улучшить производительность инструментов».

Вклад и требования клиентов

Значительными факторами в улучшении систем цифрового управления инструментами являются вклад и требования клиентов. Синтез, возникающий из потребностей клиентов и опыта производителей инструментов, выступает, пожалуй, самым значительным вкладчиком в расширение более стандартных возможностей систем DTM.

Мартин из Seco Tools привел запрос на улучшенные библиотеки данных инструментов, применимые к CAM-системам. «Способность CAM будет абсолютно необходима для систем управления инструментами, чтобы достичь их полного потенциала».

Цоллер сказал: «Клиенты начинают с взгляда на большую картину, затем просят нас работать с ними в разработке конкретных решений. Например, обычно воспринимается потеря времени на поиск конкретных инструментов. Вводя адекватные контролы, 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 установку DTM, приносит несколько требований, на которые можно ответить разными способами. Бигльман из TDM Systems сказал: «Клиенты сегодня всегда ищут расширение и включение большей части своего производственного процесса в системы DTM. Таким образом, потенциальный новый клиент может войти в среду цифрового производства в любой точке процесса через использование простых "bolt-on" улучшений. После того как первоначальные шаги предприняты, возможно расширяться вверх или вниз по потоку без потери данных или эффективности».

Риззи согласился. «В Sandvik Coromant мы смотрим в сторону стартовой платформы, позволяющей подключать дополнительные приложения. В этом контексте, однако, необходимо, чтобы поставщик доказал способ, которым каждое новое приложение добавляет в поток ценности».

В то время как начальная фаза разработки DTM в значительной степени была прерогативой крупных OEM и соответствующих крупных производителей инструментов, индустрия также населена множеством мелких инструментальных компаний, многие из которых поддерживают как продажи, так и консультационные отношения с конечными пользователями, особенно цехами-заказчиками и малыми производителями. Движение к оцифровке неизбежно поднимает вопрос о том, что будет с этими ресурсами.

Бёппле из Walter видит грядущий «отсев» из-за стандартизации не меньше, чем из-за DTM. «Существует постоянная борьба между поставщиками низкого уровня и премиальными поставщиками. Те, кто на нижнем конце, действительно не мотивированы переходить в системы в какой-либо степени. Их главная угроза исходит от того, что инструменты, особенно на товарном уровне, становятся всё более похожими».

Цоллер видит место для мелких компаний, при условии выполнения ключевых требований. «Мелкие компании должны стать более эффективными. Мы видим возможность для них в покрытии меньшей клиентской базы в партнерстве с фирмами вроде наших. Фактически, они заполняют наш каталог и базу данных».

Ряд сервисных компаний, заполняющих пробел между крупными провайдерами DTM и мелкими производителями инструментов, также, вероятно, увеличится. Согласно Бюреру, «Компании, серьезно относящиеся к поддержанию своей позиции и даже росту, смогут получить доступ к поставщикам, которые могут дополнить их данные. Кроме того, малые производители, специализирующиеся на определенных инструментальных дисциплинах, таких как резьбовое фрезерование, также найдут нишу и получат дополнительное преимущество партнерства с крупными компаниями, предоставляющими DTM».

Значительный фактор в выживании и росте мелких поставщиков инструментов указан Мартином. «Эти компании могут не только встраиваться в существующие системы в форме партнерства, но благодаря облаку их сервисная способность станет более расширенной и эффективной».

Дополнительная поддержка для мелких поставщиков инструментов придет в виде стратегий открытых платформ, включенных несколькими крупными игроками. «Мы "бренд-агностичны"», — заявил Риззи. «Любой инструмент может подключиться в нашей системе. Думаю, все мажоры в конечном счете придут к этому благодаря таким общим программам, как ISO 13399 и MTConnect».

Лидерство в DTM, демонстрируемое крупными производителями инструментов и их клиентами, а также их различными операционными философиями и функциями, поднимает вопрос масштабируемости. Степень, в которой более комплексные системы могут быть отредактированы до более компактных конфигураций или модуляризированы, во многом зависит от их внутренних целей и оригинальной разработки.

Бёппле отметил высокую степень дифференциации. «Наиболее эффективные системы DTM по определению комплексны и, как таковые, менее доступны для мелких компаний. Это будет продолжаться, так как крупные компании хотят систем, способных к немедленному внедрению и требующих не только обширного чертежа, но, возможно, ключевых модификаций. Мелкие компании могут внедрять модули кусками, но честно говоря, это не холistyczная система».

Мартин предвидит, что «по мере того как больше протоколов станут стандартными, больше аспектов DTM станут доступны для малых операций». Тот факт, что система Seco Tools возникла как комбинация множества компонентов, полученных из обширной и диверсифицированной библиотеки инструментов, делает системы, в словах Бюрера, «очень масштабируемыми».

Необходимость долгосрочного плана

Бигльман отметил важность долгосрочного плана в разработке любой системы. «Каждое наше предложение специально разрабатывается для индивидуального клиента на основе их потребностей. Оно может начаться просто и иметь поэтапный план внедрения или включать общий подход с самого начала».

Риззи занимает другой подход и видит гибкий, многоуровневый путь, где небольшие и средние пакеты DTM, включающие стандартизированные компоненты, будут доступны для удовлетворения потребностей малых операций.

Растущее разнообразие систем, модулей и подходов также поднимает вопрос внедрения, который может быть решающим фактором при покупке клиентом. Бёппле указывает на важность комплексного планирования для успеха DTM. «Мы советуем нашим клиентам представить, где они хотят быть — и это идет далеко за пределы управления инструментами. Из общего плана мы выводим стратегию, затем выбираем и включаем лучших партнеров и внедряем решение. Мы предостерегаем наших клиентов не бояться делать изменения или быть ошеломленными избыточными данными. Результаты бесконечно предпочтительнее путаницы».

Мартин рекомендует внедрять всю систему сразу: «Это имеет смысл не только с операционной точки зрения, но и с финансовой. Выбирая разовую стоимость, клиент избегает непредвиденных дополнений и экстрасов».

«Осторожный подход касательно тяжелого внутреннего вовлечения со стороны клиента обязателен», — заявил Цоллер. «Самое важно — поставить команду на место. Это не только экономит время, но позволяет людям, наиболее знакомым с процессами, принять внутренний взгляд. Затем приоритизируйте ключевые области и внедряйте поэтапно».

Бюрер выступает за парадигмальный сдвиг для крупных компаний и стратегию «начни и затем расширяй» для мелких. «Успех большой системы сильно зависит от подготовки и обучения, и людям гораздо логичнее ухватить всю концепцию сразу. Там, где это финансово или операционно невозможно, мы рекомендуем начать с конкретного отдела или набора станков, узнать о системе и определить желаемый конечный результат, а затем расширяться оттуда».

Влияние Индустрии 4.0

Ясно, что инициативы Индустрии 4.0 являются основной движущей силой за принятием DTM. Скорость и степень внедрения варьируются в зависимости от срочности пользователя соответствовать протоколам.

Когда речь идет о расширении, Бюрер видит необходимость систем, выходящих за пределы просто инструментов. «Если компании хотят увеличить способность к автоматизации, они должны подписаться на необходимость DTM. Далее, цифровые системы не могут остановиться на инструментах, но должны также включать управление приспособлениями и измерительными приборами».

Цоллер видит DTM как «точное попадание в инициативы 4.0. Единственный эффективный способ использовать все ресурсы — через общую систему. Это способствует эффективности, которая положительно влияет на баланс — расходы движут инструментальной комнатой сегодня, и мы движемся к полностью автоматизированной роботизированной инструментальной комнате».

По словам Мартина, «Полностью оцифрованная производственная система по необходимости должна быть холistyczной по природе. DTM — критическая часть микса. Подписчики серьезны насчет Индустрии 4.0».

Заметил Риззи: «В сердце Индустрии 4.0 лежит концепция связанности. Управление инструментами должно быть взаимосвязано для предоставления динамических данных, которые записывают и в конечном счете повлияют на всё — от оптимизированных циклов до срока службы инструмента».

Хотя есть общее согласие о необходимости DTM, различающиеся интерпретации того, как такие системы должны быть построены и внедрены и что они должны включать, естественным образом ведут к визуализации того, где такие протоколы будут в ближайшей- и среднесрочной перспективе. Дополнительный фактор включает способы, которыми система будет охватывать или адаптироваться к новым и нетрадиционным методам, материалам и технологиям.

Бигльман предвидит революцию в коммуникациях: «В ближайшей перспективе не может быть больше "силосов". Коммуникация должна быть четкой, и индустрия должна принять идею прозрачных коммуникаций во всех процессах, системах и отделах. По мере появления новых технологий провайдеры будут разрабатывать ПО и оборудование, соединяющие их все».

Цоллер предвидит «продолжающееся развитие систем DTM, которые естественным образом будут охватывать новые материалы и технологии, особенно в связи с способностью клиентов производить свои собственные инструменты».

Бёппле верит, что ближайшее лидерство в Индустрии 4.0 в металлорежущей промышленности будет предоставлено крупными OEM и инструментальными компаниями и будет нацелено на оптимизацию инструментов как первичную цель. «Производитель инструментов должен помогать в потоке процесса, от CAM, планирования, закупки и применения. Это облегчит поиск лучшего инструмента более эффективно — даже если это влечет глобальный поиск продукта, как мы предоставляем через использование GPS».

Что касается новых технологий, он предвидит больше печати заготовок, особенно в автомобильной и аэрокосмической отраслях, с акцентом на меньший вес и улучшенную металлическую структуру. Однако конвенциональные инструменты продолжат быть необходимы.

«По мере того как некоторые клиенты развивают способность создавать свои собственные полуфабрикаты, они должны одновременно определять, какие методы и инструменты будут использоваться в финишном процессе», — сказал Бёппле. «Для большинства клиентов это также будет применяться для чернового процесса, особенно поскольку сложность обработки продолжает расти из-за новых материалов и сплавов. Такая задача требует обширного опыта и знаний, и с множеством экспертов, достигающих пенсионного возраста, будет критически важно обучать новых людей».

По мнению Бюрера, «Ближайшая перспектива: системы DTM будут вызываться для предоставления большего количества 3D-данных, а также возможностей симуляции. Большая часть 3D-данных должна придти от производителей инструментов, которые будут работать с клиентами для оптимизации подач и скоростей, минимизации запасов и открытия двери для большей обратной связи от инструментов и процессов обработки».

Увеличенный акцент на быстром создании и/или извлечении данных является ключевым, согласно Мартину. Что касается новых технологий, он считает, что «поскольку стоимость входа очень высока, включение передовых аддитивных технологий не будет экономически целесообразным для большинства клиентов. Учитывая необходимые вводы в виде оборудования, ПО и людей, разработка высокоспециализированных инструментов лучше всего делать в партнерстве с производителями инструментов».

Риззи заметил, что связанность на всех уровнях будет главным направлением DTM в ближайшей- и среднесрочной перспективе. «Ускоренная связанность в ряде случаев определит потребность в специализированном инструментарии, которое в некоторых случаях требует печати. Критический фактор здесь — развитие материалов, которые могут дать лучшие результаты».

Многие расходящиеся направления в DTM указывают на то, что жесткие протоколы неуместны. В динамической производственной среде, характеризующейся революционными дизайнами, новыми и в некоторых случаях кастомизированными материалами, методами и станками, неслыханными короткое время назад, традиционное определение «инструмента» расширилось. Также оптимизированное использование всех входов и активов в производстве требует систем, способных принимать как интерактивные, так и дискретные функции. Как заметил Риззи, «С цифровым мы движемся от племенных знаний к системным знаниям».

Хотя растущий сегмент производственного сообщества признает необходимость и неизбежность систем DTM, понимание того, как эти протоколы будут определены, внедрены и в конечном счете использованы, сильно варьируется. Хотя стандарты, включая ISO 13399, Индустрию 4.0 и MTConnect, внесли некоторую структуру, много споров продолжается о том, что система должна включать (только инструменты или инструменты, приспособления и вспомогательное оборудование), кто должен отвечать за текущее управление системой (персонал объекта против производителей/поставщиков инструментов), как далеко DTM должно функционально распространяться и какие отделы должны быть включены (производственные операции, финансы, менеджмент), и как система должна развиваться от внедрения в будущее.

То, что когда-то можно было представить как более сложную версию инструментальной комнаты, ещё больше усложняется быстрым ускорением в развитии производственных технологий и вызовом, представленным полностью новыми альтернативами, включая аддитивное производство и нанотехнологии, которые размывают определение того, что составляет инструмент.

Из множества нитей этого разрушительного технологического процесса, кажется, что системы DTM по необходимости будут высоко кастомизированными и непрерывно эволюционирующими на основе факторов, включая природу деталей и материалов, степень автоматизации и желаемые результаты. Четко, модуляризация продолжит играть основную роль.