Металообработващи машини 4.0

ТенденцииСпециален брой: Машини, технологии, оборудване за Industry 4.0 • 11.07.2018

Металообработващи машини 4.0
Металообработващи машини 4.0
Металообработващи машини 4.0

Четвъртата индустриална революция създава условия за умните съвременни фабрики да функционират като цялостни системи, а не просто като сбор от отделни производствени единици. В модерния промишлен свят машините и технологичното оборудване са все по-свързани и интелигентни, включват възможности за събиране и обработка на големи масиви данни, отдалечен мониторинг, управление посредством облачни платформи и други, доскоро невероятни иновации. Степента на индустриална автоматизация непрекъснато нараства, променяйки ролята на човека от изпълнител в проектант на производствените операции.

Част от този мащабен процес на дигитализация и интелигентна трансформация са и металообработващите машини, при които водещите тенденции са свързани с IoT и Industrial Internet of Things (IIoT) технологии, новости в роботиката и роботизираното обслужване, умни системи и алгоритми за събиране и обработка на данни, все по-тясна свързаност между човека, машината и работното място, и т. н. За да бъде достатъчно плавен преходът между конвенционалното автоматизирано оборудване за машинна обработка към интелигентните металообработващи машини в Industry 4.0 среда, основна роля изпълнява еволюцията на индустриалните технологии и съгласуваните усилия на продуктови инженери, проектанти, разработчици и технолози, изследователи, системни интегратори и др.

Предизвикателства на трансформацията
От край време сред най-критичните задачи за производителите на металорежещи и металообработващи машини са непрекъснатото изискване за подобряване на качеството, производителността и гъвкавостта на операциите. Характерни особености на конвенционалната машинна обработка, които се явяват предизвикателство пред проектантите на машини, готови за Industry 4.0, са прекъснатият поток от данни при машинните операции, необходимостта от множество ръчни интервенции, както и липсата на видимост при някои процеси.

Благодарение на технологичния напредък в сферите на цифровизацията и автоматизацията, IoТ и роботиката, съвременното индустриално производство изживява сериозна реорганизация. Преходът при металообработващите машини се случва стъпка по стъпка, с постепенното навлизане на интелигентните производствени технологии. Те са съвкупност от високонадеждно оборудване – роботи и умни инструменти, и интелигентен софтуер за управление. 

Първата фаза на прехода към Industry 4.0 е свързана с интегрирането на машините в цялостни производствени мрежи заедно с останалото технологично оборудване и осигуряването на възможности за събиране на данни, обмен на информация и комуникация между отделните елементи на мрежата. Втората фаза се корени в анализа на събраните данни и използването на резултатите за създаване и подобряване на производствена интелигентност, която прави възможни променливите работни скорости, все по-гъвкавото производство, оптималната производителност и светкавичното персонализиране на продукцията.

Всички тези подобрения спомагат за създаването на поток от производствена информация в реално време, който позволява целенасочена диагностика на металообработващите машини, превантивен мониторинг и поддръжка, усъвършенствана ефективност и многократно увеличена добавена стойност за крайния потребител.

Нарастваща степен на автономност
Съвременното ниво на технологично развитие в умните фабрики, в които Industry 4.0 вече е факт, позволява оборудване на металообработващите машини с множество интелигентни системи, повишаващи степента им на независимост от човека. Най-модерните програмни управления дават възможност за интуитивно вземане на решения без намеса на оператор, а все повече производители влагат в най-иновативните си модели и изкуствен интелект, които допълнително увеличава тяхната автономност.

Индустрията все повече се доближава до момента, в който човешкото усилие в машинната обработка ще се сведе единствено до задаване на съответната команда или програма, а за всичко останало ще се грижат съвкупност от интелигентни системи, интегрирани в металорежещите и металообработващи машини. Макар роботизираното обслужване далеч да не се смята за новост в бранша, иновациите в областта свидетелстват за непрекъснатото развитие в сферата на роботиката и обещават непостигана досега самодостатъчност, прецизност и производителност на машините.

Друга основна движеща сила в тази посока са IoT технологиите. Част от върховите постижения там са т. нар. Internet of Machines (Интернет на машините) или Internet of Tools (Интернет на инструментите) платформи, в рамките на които се разработват специални системи за мрежово свързване и управление на интелигентни металообработващи машини, модули и инструменти.

Все по-голямо търсене на автоматизирани решения
През последните години нарастващите разходи за труд и липсата на квалифицирана работна сила значително увеличават необходимостта от автоматизирани решения в сферата на металообработката. Докато първоначално предприятията избираха по-прости форми на автоматизация, например автоматично зареждане и разтоварване, в съвременните фабрики все по-често се търси висока степен на автоматизация, изискваща минимална човешка намеса. Автоматизираните решения при металорежещите и металообработващи машини включват богато разнообразие от портални и роботизирани системи, както и комбинации от двата типа.

Смята се, че машините, пригодни за работа с роботи, са по-практични от тези, които са приспособени за работа с портали. Тъй като роботите се предлагат с различни товароносимости и обхват, възможността за работа на множество машини с един робот намалява разходите за автоматизация. Роботите могат да се използват активно и за други спомагателни операции в допълнение към функцията за зареждане и разтоварване на машината например измиване, смазване и др.

Все повече производители на металорежещи машини осъзнават потенциала на роботизирания интерфейс и предлагат машини, готови за работа с роботи. Използването на робот води до необходимостта от интегриране на допълнителни функции в машината, като автоматична врата, конфигуриране на клетката, така че да подхожда на различни машини, конфигуриране на входящия и изходящия поток, осигуряване на безопасност на машината в допълнение към безопасността на човека и др.

Роля на Internet of Things
Експоненциалното развитие в областта на IoT технологиите създава възможности за все по-добра видимост и корпоративна свързаност в дейността на предприятията. При металорежещите машини днес могат да се създават свързани работни потоци, с чиято помощ да се постигнат значително по-високи нива на производителност, по-дълги непрекъснати цикли на работа (ъптайм), по-голямо удобство при обслужване и т. н.

Интегрирането на съответните сензори и системи за обратна връзка може да осигури връзка в реално време с техници и експерти от страна на производителя, които да диагностицират и отстраняват отдалечено различни проблеми при клиентски машини в експлоатация. На базата на събраните данни от IoT мрежите в производството могат да се разработят и широк набор от превантивни и прогнозни предписания за поддръжка на ниво производител с цел да се подобри предсказуемостта и производителността на машините.

Основно предимство на т. нар. IoT-ready и Industry 4.0-ready металообработващи машини (пригодни за работа в свързани производствени платформи) е подобрената способност за вземане на решения. Производственото оборудване, свързано с уеб-базирана мрежа, генерира данни, чиито анализ помага на производителите значително да повишат степента на интелигентност и автономност на произвежданите машини.
Дори индивидуално работещи промишлени устройства могат да се интегрират в мрежа за отдалечено управление с цел по-нататъшно повишаване на производителността.

Една свързана в IoT мрежа машина или робот може да събира и изпраща големи обеми информация за произвежданите изделия, поддръжката, дефектите и диагностиката на неизправности и т.н. На база тенденциите при резултатите от анализа на тези данни производителите на металорежещи машини могат да съкратят продължителността на престоите, да изчистят дадени конструктивни проблеми, значително да повишат ефективността и да оптимизират онлайн мониторинга и диагностиката при бъдещите модели.

Технологични подобрения и ефективност
Подобренията от технологично естество при съвременните металообработващи машини в синхрон с дигиталната трансформация и Industry 4.0 могат да се поделят в няколко основни групи: разширяване на свързаността от сензорно ниво до ниво облак; замяна на самостоятелните технологии със свързани технологични решения; надграждане на проектирането на единична машина до разработка на цялостни интелигентни производствени линии; разрешаване на технологични задачи не с отделни компоненти, а с цялостни производствени системи; обединяване на производствените системи в свързани умни фабрики.

Сред основните стълбове на концепцията за Industry 4.0 e събирането на данни. Съвременните металорежещи машини разполагат с все повече сензори, които събират различни видове данни, включително за параметри във връзка с продължителността на работа на машината, условията, при които е работила и др. Чрез инструменти за прогнозен анализ и превантивен мониторинг днес машините могат да изчислят кога даден компонент се нуждае от подмяна – например лагер, който е бил по-тежко натоварван и по-често използван от другите лагери. Тази предсказуема поддръжка значително повишава ефективността на машините и намалява продължителността и броя на прекъсванията в работата им.

В практиката металорежещите и металообработващите машини невинаги се използват толкова ефикасно, колкото е възможно, а работата на празен ход е често срещано явление. Според актуално проучване голяма част от металообработващите машини в глобален план активно режат метал по-малко от 40%, а понякога и по-малко от 25% от работното време. Понякога може да е трудно да се определи причината за това неизползвано време. Събирането на данни за дейности и събития като смяна на инструментите, прекратяване на програмите и забавяния при зареждане прави намирането на тези отговори по-осъществимо и улеснява по-ефективното използване на машините.

Оптимизираното използване на енергия и повишаването на енергийната ефективност са други съществени ползи от внедряването на интелигентни технологии в металообработващите машини. Неслучайно Internet of Things решенията намират толкова широко приложения в енергийната индустрия. Интелигентните електроизмервателни уреди и други иновации в областта спомагат за по-ефективни енергийни потоци. Една умна фабрика, оборудвана с Industry 4.0-ready машини, може да използва данните за търсенето на електроенергия, нужна за увеличаване на производството, за да я използва когато търсенето и цената й са по-ниски. Интелигентните инструменти за енергиен мениджмънт също могат да изключват товарите или да редуцират потреблението, когато това е възможно.

В производствата от Industry 4.0 лесно може да се определи и кога машините биват използвани неправилно. Ако дадена машина “знае” в какъв диапазон на работните параметри и натоварване работи обикновено, тя може да изпрати предупреждение, ако открие опасни отклонения от тези норми. Това би могло да помогне за предотвратяване на неправилна употреба или неизправност, причинени от човешка грешка, които биха могли да предизвикат престой, рискове за здравето на работниците и т. н.

Управление на качеството
Производителите отделят много време и ресурси за управление на качеството. Големите обеми данни, които интелигентните машинни генерират в процеса на работата си, биха могли да помогнат при набелязване на потенциални проблеми с качеството. Ако машината работи по нетипичен начин, това неминуемо ще бъде отразено в потока данни. Операторите могат да проследят и всички продукти, за които е налице риск да бъдат засегнати от съответната грешка. Повишаването на степента на автоматизация при металообработващите машини в Industry 4.0 естествено води до подобряване на качеството в дългосрочен план чрез намаляване на броя грешки, свързани с човешката намеса.

Възможността да се използва огромно количество информация за даден продукт и процесите, прилагани за неговото производство, води до своеобразна революция в качествения контрол. Разработват се платформи за автоматична виртуална метрология (AVM) в реално време, базирани на онлайн системи за проверка. AVM има за цел да елиминира забавянията от офлайн проверката на извадки от данни и да спомогне за доближаване към една от крайните цели на интелигентното производство – нулеви дефекти.

Взаимодействие между човека и машината
Дори с крайно нарастване на степента на автоматизация в съвременните производства и появата дори на т. нар. lights-out фабрики, функциониращи без човешка намеса, много обработващи процеси и операции ще продължат да изискват намесата на незаменимия човешки фактор под някаква форма. На техническия персонал се дават все повече възможности да променя настройките на входящите данни на CNC металообработващите машини отдалечено чрез различни програми, включително и добре познатите от потребителската сфера TeamViewer или Skype. Подобрените човеко-машинни интерфейси (HMI) могат да се приспособяват към автоматично зареждане и разтоварване на машината чрез роботи.

Драстичната промяна в производствения свят вследствие на дигитализацията изисква коренна промяна в ролята, която човекът изпълнява, както и в характера на работното място – от пасивна в интерактивна топология. Много работни места ще се преместят от физически работещите машини до отдалечени места за управление посредством компютър – за наблюдение на данни и за осигуряване надзор на автоматизираните операции.

Сред предимствата на Industry 4.0 за работниците е повишената безопасност. Интелигентните технологии позволяват на операторите да стоят далеч от машините във все по-голяма част от времето и намалява риска при директна работа. Наред с физическата сигурност обаче, е редно да се обърне внимание и на сигурността на данните или на т. нар. киберсигурност. Тя кореспондира както с виртуалното работно поле на металообработващите машини, така и с реалната физическа среда, която носи рискове за операторите, ако управлението на машината бъде поето дистанционно от злонамерени лица.

Добавена реалност
Добавената реалност (AR – Augmented Reality) печели все по-голям интерес сред промишлените приложения през последните години поради спада в цените на устройствата и големите възможности, предлагани от тази технология. AR е и един от основните стълбове на Industry 4.0, който спомага за постигането на висока индустриална производителност. Това допълнително ускорява разгръщането на тази технология в индустриалните приложения. Потенциалът на технологията е особено голям в контекста на производството с компютърно цифрово програмно управление (ЦПУ). Добавената реалност може да помогне за преодоляването на традиционни проблеми като: ниска ергономичност на работното място; зацапване на прозореца на металообработващата машина от смазочно-охлаждащите течности, което влошава директната видимост; сложен машинен интерфейс; усложнена поддръжка и др.

Различни преносими устройства могат да се използват за изпълнение на AR приложения като помощно средство при работата с металорежещи машини с ЦПУ, включително таблети, очила за добавена и виртуална реалност и т. н. Тези устройства могат да се свързват към всяка интелигентна металорежеща машина без специфична настройка, като по този начин предлагат на операторите нужната лекота за масово използване в съвременните фабрики. Необходим е потребителски интерфейс за управление на профилите на операторите с персонализирано извеждане на информация, например 3D изображение на движението на режещия инструмент.

Новият Специален брой: Машини, технологии, оборудване за Industry 4.0/2018

Специален брой: Машини, технологии, оборудване за Industry 4.0-2018

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО
Top