Съвременните металорежещи машини – надеждни и прецизни

МашиниТехнологииСпециален брой: Иновации в машиностроенето • 08.09.2022

  • Металообработващите машини не само в преносен, но и до голяма степен в буквален смисъл са силата, която кара светът на модерната индустрия да се върти

  • В основна градивна единица на дигитализираните производства се превръщат интелигентните металорежещи системи, проектирани за повишена ефективност и производителност, съкратени цикли на обработка и оптимизирано качество

  • Високопрецизните, автоматизирани и роботизирани машини са новият “златен стандарт” в металообработката, а в хода на индустриалната революция към следващата технологична епоха те стават и все по-достъпни

Металообработващите машини не само в преносен, но и до голяма степен в буквален смисъл са силата, която кара светът на модерната индустрия да се върти. Само за няколко десетилетия тези системи изживяваха поредица от бурни технологични промени по пътя на цифровизацията с цел непрекъснато повишаване на тяхната степен на автоматизация, свързаност, интелигентност и устойчивост. С масовото възприемане на концепцията за Industry 4.0 в глобалния машиностроителен сектор пазарните анализатори все по-често говорят за следващата епоха в технологичното развитие на този бранш и на промишленото производство като цяло – Industry 5.0 или т. нар. устойчива и човекоцентрична хиперавтоматизирана индустрия. Можем само да гадаем какво залагат визионерите в още по-футуристичната идея за Industry 6.0 или “повсеместното, управлявано от клиентите, виртуализирано производство, базирано на принципа за “антикрехкост” (“antifragility” – понятие дори отвъд принципите на устойчивостта, с фокус върху нулевите дефекти, ултрапрецизността и дълготрайната издръжливост) и как биха изглеждали свръхинтелигентните и автономни машини на това далечно бъдеще.

Преди обаче фабриките по света реално да достигнат до този етап в еволюцията си, настъпва една междинна ера, предшестваща поредната смяна на парадигмата, в чиито рамки принципите на четвъртата индустриална революция вече обхващат не само големите компании, но и малките и средните предприятия на пазара. Този период, за който е характерно постепенното елиминиране на пречките пред автоматизацията и роботизацията и в по-дребномащабните бизнеси, маркетинговите агенции дефинират като “Industry 4.5”. Как изглежда светът на металорежещото оборудване днес?

Изолираните самостоятелни машини постепенно биват заменяни от мрежово свързани кибер-физични системи, които комуникират в своеобразна екосистема помежду си и споделят цялата необходима информация за безпроблемното протичане и управление на технологичните процеси. Новите методи за взаимодействие между човека и машината, усъвършенстваната роботика, изкуственият интелект (AI), облачните платформи, IoT и технологиите за обработка на големи обеми от данни коренно трансформират глобалната индустрия чрез мощната концепция, която ги обединява – умните фабрики. В основна градивна единица на дигитализираните производства се превръщат интелигентните металорежещи машини, проектирани за повишена ефективност и производителност, съкратени цикли на обработка и оптимизирано качество. Фокусът при оборудването от последно поколение безспорно обхваща и фундаментални подобрения при надеждността и прецизността – две от водещите характеристики на устойчивото производство през новото хилядолетие.

› Реклама

Ключови технологични тенденции

Отдавна отминаха времената, в които няколко страници бяха достатъчни, за да бъдат описани всички водещи тенденции, около които се “върти” светът на металообработката. От първите средства за автоматизация на металорязането през напредъка при цифровото програмно управление и изкуствения интелект, та чак до метавселената технологичната еволюция в сегмента протича толкова динамично, че често всеки следващ модел носи белезите на цяло ново поколение от иновации.

Маркетолозите отчитат, че този процес води до стабилен ръст в търсенето на металорежещи машини, а глобалният пазар на такива системи се очаква да нарасне от 77 млрд. щатски долара през 2019 г. до близо 100 млрд. до края на 2027 г.

Компютърните интерфейси в дигиталната производствена реалност буквално отвеждат програмирането и управлението “в ръцете” на операторите, като с всяка нова модификация достигат до тях във все по-компактен и удобен вид – под формата на преносими HMI терминали, таблети и мобилни приложения. Това спомага за по-стриктен контрол на технологичните операции и много по-малко грешки. В допълнение, повсеместната и облачната свързаност спомагат подобна оптимизация да се постигне не само при конкретната машина или цех, но и на ниво предприятие.

Сред ключовите фактори, които правят възможни всички иновационни скокове в развитието на сегмента, без съмнение са достиженията в сферата на софтуера и хардуера с акцент върху автоматизацията. Те опосредстват непрекъснатото разширяване на интелигентната функционалност при металорежещите машини и техните ЦПУ системи, CAD/CAM платформите и мрежовите производствени архитектури. С масовото възприемане на принципите на Industrial Internet of Things в металообработката все повече машини на пазара се предлагат като “IoT-ready” или готови за внедряване в свързани приложения. Това често води със себе си и допълнителни предимства пред конвенционалното оборудване като усъвършенствани системи за комуникация, отдалечен мониторинг и управление, базирани на изкуствен интелект, машинно и дълбоко самообучение и инструменти за интелигентна превантивна диагностика и прогнозна поддръжка.

 

Иновации при технологиите за обработка

Маркетинговите проучвания през последните години показват, че нараства използването на 5- и 6-осните металообработващи машини с оглед на тяхната по-висока точност, гъвкавост и производителност. Същевременно софтуерът за компютърно проектиране става все по-достъпен за потребителите както в ценови план, така и по отношение на лесното и интуитивно управление. От ключово значение за оптимизацията на ефективността в металорязането е и все по-масовата роботизация в обслужването на оборудването като аналог на ръчното и конвенционално автоматизираното зареждане и разтоварване на детайли, подаване на материал, смяна на инструменталната екипировка и др. В допълнение към стандартните манипулатори за автоматизация на спомагателните дейности в металообработката все по-популярни стават и колаборативните системи, които позволяват безопасно и рентабилно извършване на редица операции в споделена работна зона с оператор. В резултат от роботизирането на все повече обслужващи дейности се постигат значително по-висока гъвкавост и производителност, оптимално оползотворяване на ресурсите и материалните активи, редуцирани загуби, намалени оперативни разходи (включително за труд), по-дълги работни цикли без необходимост от прекъсвания (с възможност и за непрекъснат режим на работа) и значително по-високо качество на крайните продукти.

Необятните възможности на дигитализираната обработка правят възможно възникването и развитието и на нови бизнес модели – например за производство като услуга (Manufacturing-as-a-service, MaaS), който освен абонаментно предоставяне на софтуер за програмиране, диагностика, мониторинг и управление (SaaS) включва предоставяне на същия принцип и на цялото необходимо оборудване, обслужване и сервизна дейност.
Скокообразната еволюция при всяко следващо поколение металорежещи машини и центри се дължи и на множеството иновации при производствените методи и техники, включително високоскоростната и високопрецизна обработка, многоосната и повърхностна обработка, неконвенционалното и абразивното рязане и т. н.

С намаляването на обемите на производствените партиди до единични серии, стремежът към съкращаване на работните цикли и все по-сложните изделия, които е необходимо да се изработват, производителите непрекъснато търсят технологии за завършване на продуктите в един етап. Сред новаторските концепции в това направление, които се оказват силно атрактивни не само за производителите, но и за нарастващ процент от потребителите в интелигентните фабрики, са т. нар. цялостна обработка (complete machining), която позволява изработка на готови изделия с високо качество на крайните повърхности и без нужда от довършителни операции само в рамките на един работен цикъл и с едно захващане. Интересна в тази посока е и хибридната обработка, която съчетава традиционно “субтрактивно” отнемане на материал с адитивно производство с цел получаване на завършен продукт в един етап.
Впечатляващо нововъведение са и т. нар. обърнати (inverted) обработващи центри, при които рязането се извършва подобно на това при вертикална конфигурация, само че отдолу нагоре. Така се улеснява стружкоотнемането и се повишават стабилността, скоростта и прецизността на системата, като е възможна едно- или многошпинделна обработка.

 

Преходът към ултрапрецизна обработка

Високопрецизните и високоавтоматизирани машини са новият “златен стандарт” в металообработката, а в хода на индустриалната революция към следващата технологична епоха те стават и все по-достъпни за цеховете от малък и среден мащаб. Големите глобални предприятия пък усилено се насочват към т. нар. ултрапрецизни системи в сегмента, при които съществената инвестиция в дългосрочен план категорично се обосновава благодарение на множеството икономически ползи и предимства по отношение на качеството във връзка с подобрената точност, гъвкавост и надеждност на оборудването от този тип. След постигането на условно съвършенство при макрообработката съобразно актуалното пазарно търсене, проектантите на модерни металорежещи машини смело отправят поглед към технологиите за микро- и нанообработка, при които изискванията за прецизност, производителност и повторяемост са смайващо високи. Няма как и да е иначе, тъй като компютърното 3D проектиране и онлайн моделиране, генеративните техники, бързото прототипиране, обратното инженерство, виртуалната и добавената реалност и изкуственият интелект до такава степен “освободиха” и усъвършенстваха продуктовия дизайн, че стана възможно ефективното производство на доскоро невъобразими по форма, геометрия и характеристики изделия.

Сред най-революционните иновации в модерното индустриално производство безспорно са дигиталните двойници, които позволяват не само симулиране и тестване на сложни дизайнерски концепции, но и оптимизирано виртуално управление на физически производствени активи. Пътят към напълно автономните интелигентни фабрики, които човекът отдалечено наблюдава и управлява, без да “износва на плещите си” производствените операции, изглежда все по-кратък.

В тази вече съвсем постижима визия за изцяло автоматизирана индустрия металообработващите машини могат да функционират напълно самостоятелно, без необходимост от намеса на оператор. За обслужването, спомагателните операции и палетизирането се грижат роботизирани манипулатори, а мобилни роботи и самонасочващи се превозни средства отговарят за транспорта между отделните станции, клетки и линии. Всеки компонент на металорежещото оборудване и всеки отделен обработен детайл могат да бъдат прецизно проследени в ERP платформата на предприятието или друга цялостна софтуерна система за управление на производството благодарение на IoT и генерираните от свързаните сензори и устройства данни. Машинното зрение от последно поколение позволява изключително ефективна автоматизирана визуална инспекция и свеждане на бракуваната продукция до абсолютния минимум, а изкуственият интелект, машинното и дълбокото самообучение в комбинация с иновациите в производствената метрология позволяват реализиране на амбициозни методологии за подобряване на качеството като Quality 4.0, Lean, SixSigma, Total Quality Management (TQM) и Zero Defects Manufacturing (с нулеви дефекти).

В контекста на прецизността на металорежещите машини AI базираните платформи позволяват стриктен мониторинг на технологичните операции с почти нулеви отклонения от зададените работни параметри. При необходимост алгоритмите с изкуствен интелект могат автономно да спрат, рестартират или пък преконфигурират процеса, за да се избегнат всякакви рискове за качеството и здравината на детайла, инструменталната екипировка или самата машина. Автоматизираната диагностика не само мигновено, но и проактивно открива потенциални проблеми и неизправности, за да предотврати негативни ефекти като износване, загуби на материал, прегряване или счупване.

Инструментите, държачите и шпинделите също могат да бъдат свързани с AI платформата посредством умни сензори, за да се събират от тях необходимите данни за протичането на технологичните процеси и статуса на машината. Крайните цели са максимална готовност на системата с нулеви непредвидени прекъсвания за инспекция и обслужване и сведена до минимум необходимост от намеса на оператор, а основни средства за постигането им са специализираните интелигентни решения за мониторинг на инструментите, допуските, работните траектории и параметри и т. н. Така съвременните металорежещи машини – все по-надеждни и прецизни, покриват непрекъснато нарастващите изисквания по отношение на качеството и производителността в цифровизираното производство.





ЕКСКЛУЗИВНО

Top