Раскрываем эффективность ЧПУ: переходите на подключенное управление

Интернет и облачные вычисления меняют работу с ЧПУ. Ваш цех готов?

Ethernet-порты на ЧПУ появились 20+ лет назад. Стандарт MTConnect дебютировал на IMTS 2010 в Чикаго. Облачные вычисления и ППИ (IIoT) стали мейнстримом после публикации Клауса Шваба 2015 г. о 4-й промышленной революции.

Добро пожаловать в 2021 год. ЧПУ-станки стали намного умнее, генерируя массивы данных о процессах. ПО производства также выросло: интероперабельность и облачные возможности, о которых мечтали в 2000-х.

Хорошо это или нет — спорно. Некоторые: цех и так сложен, зачем Big Data и умные станки? Другие: Industry 4.0 — единственный путь вперед, кто не примет — выйдет из бизнеса.

Получение FOCAS

Правда посередине. Пол Вебстер, директор F.A. Engineering в FANUC America (Рочестер Хиллз, Мичиган): ЧПУ были сетевыми и интернет-готовы до Y2K. Цеха, игнорирующие это, работают нормально и будут работать годами. Но мало кто спорит, что связность и видимость процессов — никогда не вредят и могут отличать прибыльный заказ от провала.

«Мы ввели FOCAS API в начале 90-х, волокно, потом Ethernet — подключить ЧПУ легко давно. Сложность — понять, какие данные нужны и что с ними делать».

Данные: истории аварий, переопределения подачи/шпинделя, температуры серво/шпинделя, потребление энергии, макропеременные и др. — непрерывно и автоматически. Плюс ввод оператора: номер заказа, статус, расход инструмента, качество детали. Полная картина цеха — взгляд на дашборд мониторинга.

У FANUC — MT-LINKi (бренд-агностичная аналитика для 1000+ станков) и FASData (мониторинг производства). У других производителей — аналогичные решения. Все дают сбор горы данных и представление в понятном виде для реакции на тренды и проблемы до воздействия на выпуск.

Дилемма облака

Где хранить данные и ПО анализа? В облаке на внешнем хостинге под управлением специалистов? Или on-premise на своих IT-ресурсах?

Вебстер и другие в основном согласны: облако часто безопаснее и дешевле, но многие цеха боятся вывода программ и данных за периметр. Гисберт Ледвон, директор по развитию станков в Heidenhain (Шаумбург, Иллинойс): клиенты могут ставить StateMonitor где угодно, но он продвигает on-premise.

«Философия: клиенты должны защищать интеллектуальную собственность — значит, подключать станки и ПО к должным образом защищенной корпоративной сети. Были взломы с вымогательством (обычно через почту, не ЧПУ, но риск есть). NTMA بدأ семинары по защите от киберпреступности».

Ледвон признает: облако — растущий тренд. Нужен IT-гигиена: надежный файрвол, никаких прямых ЧПУ-облако соединений (скачивание на внутренний сервер, антивирус, распределение), обучение пользователей (пароли, фишинг, защита инфо).

«Учитывая, что ЧПУ — нервный центр станка, удобство облака не стоит риска экспозиции в интернет. Но это не мешает внедрять Industry 4.0: сеть станки, собирайте данные для анализа — это даст ускорение наладки, сокращение циклов, максимальный ресурс инструмента и все преимущества современных ЧПУ и ПО».

Нативные таланты: цифровой двойник

Другой компонент Industry 4.0 — цифровой двойник: виртуальное, высокоточное представление ЧПУ. Вивек Фуртадо, глава цифровизации станков в Siemens Industry (Элк Гров, Иллинойс): цифровые двойники оптимизируют проектирование и внедрение ЧПУ, делая производителей эффективнее.

«SINUMERIK One — digital native, созданный для поддержки цифрового двойника. Дает производителям станков создавать виртуальные версии токарных/фрезерных центров со всей кинематикой и характеристиками. Сокращает инженеринг-время и затраты, гарантирует соответствие нуждам пользователя».

Цифровые двойники ускоряют обучение новичков, снижают риск аварий на дорогих станках, помогают оценивать заказы, разрабатывать оптимальные процессы, валидировать G-код и выбор инструмента до отправки в цех. На производстве — улучшенная графика и юзабилити.

Высокоуровневые CAM/PLM могут делать похожее, но станки в цифровой цепи дают важный инструмент: улучшают обмен данными и закрывают петлю интероперабельности.

Адаптируйся и преодолевай

Фуртадо: ЧПУ-контроллеры становятся умнее и дружелюбнее, с функциями как в смартфонах. «Мы помним, когда телефоны были для звонков. Сейчас — здоровье, поиск, заказы. Новые контроллеры — похоже: обрабатывают и готовят данные для эффективного использования людьми или системами».

Интеллект расширяется на обработку. Siemens, FANUC, Caron Engineering предлагают адаптивный контроль: непрерывный мониторинг нагрузок шпинделя/осей, вибрации — факторы, влияющие на ресурс инструмента и качество. Умные системы корректируют параметры в реальном времени, оптимизируя удаление материала и предотвращая проблемы.

Fagor Automation (Элк Гров, Иллинойс): ARFS (Adaptive Real-time Feed and Speed) делает это и больше, но сенсорная технология применима и для предиктивного обслуживания. «i4.0 Connectivity Pack позволяет собирать данные, отправлять алерты по условию, настраивать станок, обновлять прошивку, менять параметры — с мобильного или удаленного ПК».

Главное узкое место

Бибра видит большие перемены: ИИ далеко за адаптивными возможностями станет преобладающим, открывая дорогу к автоматизированным решениям для беспилотного производства. 5G ускорит всё: полоса до 10 Гбит/с, низкая задержка, возможно, снизит страхи взлома. «Контроллеры будущего будут с 5G, данные уйдут на edge-устройства. Через несколько лет это трансформирует сбор инфо с цеха».

Минус Industry 4.0 — дефицит кадров для работы с передовыми технологиями. Переобучение нужно. Но проблемы с теряемым при уходе на пенсию tribal knowledge станут историей.

Посещение магазина приложений

Джим Козмала, VP инженерии и технологий Okuma America (Шарлотт, NC): рост связности — благодаря ПК-базированным контроллерам. «Okuma — не только станкостроитель, но и производитель серво и контроллеров. Они на Windows с Intel чипами — легкая связность».

ПК-контроллеры позволяют ставить софт на ЧПУ. В начале COVID клиенты Okuma коллаборировали через Microsoft Teams, шарили экраны, давали удаленный контроль. «За это мы сделали App Store — качают и ставят на OSP контроль, без отдельного ПК. Новые возможности коллаборации и связности».

Приложение Connect Plan мониторит ЧПУ и собирает операционные данные. Работает с любыми брендами/винтажами станков, роботами, автоматизацией. AI-алгоритм ищет тренды, которые человек пропускает.

Пример: начальник токарного отдела видит через недели дашбордов, что токарник всегда стартует на 10 мин позже из-за кофе оператора, или температура шпинделя шлифовального падает при открытии двери отгрузки. AI ловит это быстрее, давая возможность устранить проблему раньше. Информация в БД — нет потери знаний при уходе руководителя.

«Деминг: без данных вы просто человек с мнением. IIoT и Industry 4.0 — сбор данных и превращение в знание. Первый шаг. Виртуальные конференции, проверка статуса станка откуда угодно, удаленные инструменты автоматизации. Если можно без заезда на завод — тем лучше. Всё ради эффективности и аптайма, легче достигаемых современными ЧПУ».