Изкуствен интелект в обработката с ЦПУ

• Еволюцията на механичната обработка през последните десетилетия е белязана от редица значими технологични иновации
  
  
• Навлизането на изкуствения интелект при оборудването с ЦПУ е сред пробивите, които коренно трансформират съвременното производство
  
  
• Съществено поле за “изява” на AI в металообработката е прогнозната поддръжка

Еволюцията на механичната обработка през последните десетилетия е белязана от редица значими технологични иновации от арсенала на дигитализацията и четвъртата индустриална революция. Навлизането на изкуствения интелект (ИИ) в сегмента на оборудването с ЦПУ е сред пробивите, които коренно трансформират съвременното индустриално производство. За компаниите, които се стремят да подобрят прецизността и ефективността на металообработващите си операции и значително да намалят разходите, AI базираните платформи за цифрово програмно управление се очертават като революционно решение с огромен потенциал за бъдещето. ИИ, заедно с машинното и дълбокото самообучение, изглежда е първата технология на Industry 4.0, която обещава изцяло да впрегне мощта на големите информационни масиви в оптимизация на металообработката и в повишаване на степента на автоматизация на машините с ЦПУ по посока пълна и интелигентна автономност.

Футуристика или възможна реалност са умните металообработващи системи, които сами генерират програми за обработка, избирайки оптимални траектории, последователности, инструменти и работни параметри, само след кратък разговор с оператора например? Каква се очертава да е ролята на изкуствения интелект за по-нататъшното развитие на CAD/CAM и ЦПУ платформите? И какви ще са функциите на човека в подобни визионерски сценарии?

Предимства на AI опосредстваните машини с ЦПУ

Ключово преимущество на машините с интегриран изкуствен интелект категорично са подобренията в качеството и прецизността на обработка. Те се постигат чрез гъвкаво адаптиране на процесите на металорязане и работните параметри в реално време чрез усъвършенстван анализ на големите масиви от данни, събирани от интегрираните в оборудването сензори.

Според проучване на Deloitte AI базираните системи за контрол на качеството могат да сведат дефектите при механичната обработка с до 50%. Алгоритмите с изкуствен интелект извличат само ценната информация от огромните генерирани обеми, систематизират я и я превръщат в изпълними насоки за оптимизация на металообработващите операции. Особено точни и ефективни са моделите с ИИ при регистрирането на различни “скрити” аномалии и отклонения, които операторите лесно биха могли да пропуснат. По този начин се елиминират още в зачатък множество рискове и проблеми, които биха довели до мащабни прекъсвания, разходи и пропуснати ползи за предприятията. Това допринася и за по-високо и устойчиво качество на крайната продукция, което на практика означава по-малко цикли на преработка на бракувани изделия и по-високо ниво на удовлетвореност у клиентите.

Съществено поле за “изява” на изкуствения интелект в контекста на металообработката е прогнозната поддръжка, която през последните години се налага като стандарт в осигуряването на максимална експлоатационна готовност и наличност на оборудването. Ако средствата за индустриална автоматизация са ключов лост на многосменните и непрекъснати режими на работа на машините, при които капацитетът им се използва оптимално, то изкуственият интелект идва да противостои на нежеланите престои, които все пак нарушават производствения ритъм, вследствие на повреди или преждевременно налагащи подмяна инструменти.

Скорошен доклад на McKinsey информира, че AI базираната превантивна поддръжка може да намали средните разходи за обслужване в един цех за металообработка с до 25 на сто, както и непланираните прекъсвания с до 30 – 40%. Чрез анализ на събраните данни от сензорите в исторически план и извличане на полезната информация от мониторинга в реално време платформите с изкуствен интелект могат с висока точност да прогнозират потенциални аварии, много преди те реално да настъпят. Така предприятията получават уникалния шанс да “погледнат в бъдещето” на машината и да я “спасят” от фатални или извеждащи я от експлоатация за дълго щети, причинени от иначе сравнително лесни за навременно предотвратяване проблеми.

Опосредстваните от AI интелигентни металообработващи машини могат без съществени и скъпи преустройства и хардуерни модернизации да се справят със значително по-сложни задачи, каквито предлагат многоосната обработка, рязането на труднообработваеми материали и все по-комплексните геометрии при компонентите за автомобилния сектор, машиностроенето, авиокосмическата индустрия и др. Традиционно предизвикателство, с което всеки цех и машина за изработка на метални детайли се борят, е преждевременното скъсяване на жизнения цикъл на инструментите, особено при високоскоростни режими, прецизни операции и процеси с по-интензивно отнемане на материал. Изкуственият интелект би могъл да поеме изцяло грижата за инструменталната екипировка, следейки износването и прилагайки стратегии за неговото намаляване чрез по-подходящи траектории, геометрии, материали и покрития при режещите инструменти. С AI неочакваните счупвания или некачествените повърхности вследствие на изхабени вложки могат да останат завинаги в миналото.

Автоматизация и оптимизация

Автоматизацията на комплексни металообработващи процеси посредством AI значително повишава производителността, сочат не само тестовете и пилотните приложения, но и редица вече реализирани проекти. Друго специализирано проучване на Deloitte показва, че близо 70% oт компаниите в сегмента с фокус върху интелигентното производство възнамеряват да си осигурят или вече са внедрили базирани на изкуствен интелект платформи за автоматизация, именно с цел да подобрят производителността си.

Изкуственият интелект и машинното самообучение са особено подходящи за повторяеми, тежки и уморителни задачи – често монотонни и податливи на човешки грешки, a също и опасни за персонала. Автоматизирането им чрез AI би донесло множество преки и индиректни ползи за производителите, включително по-малко разходи за труд и по-високо ниво на безопасност за служителите, възможност за пренасочване на опитния персонал към по-стратегически и интелектуални дейности и т. н.

Уникалната функция на ИИ да опростява и систематизира огромни обеми от информация крие значителен потенциал за улесняване и по-ефективно автоматизиране на традиционно времеемките и сложни процедури по настройка, смяна на инструментите или адаптиране на производственото оборудване към нови продуктови дизайни. Всичко това води до по-кратки цикли на обработка, повече реализирана продукция за единица време, значително по-малко опасности от човешки грешки и минимална необходимост от човешка намеса.

AI моделите могат също да оптимизират и ползите от софтуера за краткосрочно планиране, който е ключово средство за повишаване на ефективността. Международният журнал за производствена икономика през 2024 г. публикува свое изследване, в което разкрива, че само платформите за планиране на работни графици с изкуствен интелект могат да подобрят производствената ефективност с до цели 20 на сто.

AI алгоритми могат да бъдат използвани за още ключови задачи, като оптимизиране на траекториите на инструмента и ъглите на заход към заготовката, управление на капацитета на машината и редуциране на работата на празен ход с цел максимизиране на производителността. Изкуственият интелект може да бъде и важен инструмент за оценка, прогнозиране и оптимизиране на енергийното потребление на машините с ЦПУ, както и на консумацията на смазочно-охлаждащи течности и други консумативи, а също и на загубите. Така чрез платформи с AI не след дълго може да бъде постигната трайна и всеобхватна устойчивост в сектора.

В епохата на четвъртата индустриална революция осигуряването на възможности за нестандартни, специализирани и персонализирани дизайни при металните изделия, включително при инструменталната екипировка, се превръща в стремеж на всяко предприятие в сегмента. ИИ би позволил много по-плавна и същевременно бърза адаптация на оборудването към подобна динамика без съществени затруднения за персонала. Така цеховете за металообработка могат да си осигурят непостигана досега гъвкавост и сериозно конкурентно предимство на пазара.

Може ли ИИ да програмира машини с ЦПУ?

Един от логичните въпроси, които възникват на фона на бурния ентусиазъм във връзка с ползите от навлизането на изкуствения интелект в сегмента на машините с ЦПУ, е могат ли AI моделите да заместят човека и в една от най-трудните и изискващи висока специализирана квалификация дейности – програмирането. Нещо повече – достатъчно безопасно, сигурно и надеждно ли е да оставим тази критична задача в “ръцете” на ИИ? Краткият отговор на експертите на първото питане е категорично “Да”. Изкуственият интелект може напълно задоволително да създава програми за металообработка с ЦПУ, автоматизирайки и оптимизирайки различни ключови аспекти на процеса, като генерирането на G- и M-code.

Посредством анализ на триизмерни модели на детайлите и свойствата на материалите, подходящи за изработка на съответната геометрия на компонента или изделието, както и на данни за преходни успешни процеси на обработка, AI платформите могат да идентифицират най-добрите възможни траектории на инструментите и параметри на обработка, оптималните комбинации от операции и най-икономичните стратегии по отношение на енергията, изразходването на материал и смазочните флуиди. При рязането на листов метал за серийно производство на детайли със сложни и прецизни контури изкуственият интелект би могъл например да “побере” възможно най-много елементи върху заготовка с единица площ, както и да изготви концепция за рязане, гарантираща точно спазване на профила и размерите.

В близко бъдеще металообработващите машини с ЦПУ и изкуствен интелект ще могат все по-ефективно и автономно да реагират на гласови команди и да вземат самостоятелни решения не само за стандартни и повторяеми операции, но и за сложни задачи и детайли с невъобразими геометрии, смятат експертите.

Готова ли е технологията за масово внедряване?

Експериментите и научноизследователските проекти с фокус върху внедряването на изкуствен интелект във всеки възможен аспект на съвременното производство са в разгара си, а с това наближава моментът и за по-масовото внедряване на технологията в практиката. Но достигнала ли е тя етап на готовност за тази важна крачка напред? И по-важното – готови ли са производителите и потребителите на машини с ЦПУ да конституират изкуствения интелект като нов златен стандарт в металообработката?

Появяват се все повече специализирани платформи и решения, целящи да улеснят компаниите в сектора при извличането на максимални ползи от мощта на AI. Пазарните анализатори отбелязват, че силата и мащабът на AI като основополагаща тенденция в модерното развитие на сегмента непрекъснато нарастват. Успешното й превръщане от футуристична концепция в реален широко използван инструмент за подобряване на производителността обаче зависи от множество фактори, голяма част от които са на ниво организация. От съществена важност са мащабът и бюджетът на предприятието, възрастта и възприемчивостта на персонала, волята на ръководството за драстична трансформация, а също и структурата и характерът на технологичните и бизнес процеси и в частност – на металообработващите операции.

Въпреки множеството потенциални ползи масовото внедряване на изкуствен интелект в производството на метални детайли няма как да се случи без някои сериозни предизвикателства. На първо място производителите на изделия и машини поставят необходимата значителна инвестиция – не само на средства, но и на време за обучение на служителите. Предварителните проучвания показват, че на този етап не всички цехове в бранша биха били способни да капитализират предимствата на AI решенията.

Някои малки нишови производства се радват на стабилно търсене поради спецификата на предлаганите услуги и е възможно да не припознаят ползите от изкуствения интелект като приоритет. У други компании е налице цялостен отказ от автоматизация поради недоверие в новите технологии или опасения, че биха затруднили работниците. За трети пък AI инструментите вероятно изглеждат недостатъчно надеждни, проучени, проверени или доказани, за да бъдат съчетани с критична производствена дейност като металообработката. Всички тези сценарии са свързани по-скоро с малките и средните предприятия в сектора. Същевременно обаче те са и онези, които най-силно усещат негативните ефекти от дефицита на квалифициран персонал. Ето защо е необходимо чрез повече позитивни примери от практиката нагледно да се показват реално измеримите ползи от внедряването на изкуствен интелект, считат експертите. При големите компании по-голяма част от тези бариери липсват, ето защо се очаква именно те да поведат революцията в съвременната металообработка.