Digitální dvojče: dokonalý nástroj pro zvýšení bezpečnosti výroby

Tags: CAM | CAM/CAD | CNC | Digitální dvojčata | Digitální dvojče | Simulace | Tebis

Di­gi­tál­ní dvoj­če. Je­den z tren­do­vých ter­mí­nů dneš­ní do­by ve vý­ro­bě nás­tro­jů a fo­rem. Co však zna­me­ná di­gi­tál­ní dvoj­če ve vý­ro­bě? Po­ten­ci­ál to­ho­to kon­cep­tu je mi­mo­řád­ný – stej­né pra­cov­ní čin­nos­ti, kte­ré pro­bí­ha­jí v re­ál­ném vý­rob­ním pro­ce­su, lze pro­vá­dět ve vir­tu­ál­ním mo­de­lu a tím urych­lit ce­lý vý­voj pro­duk­tu i je­ho nás­led­nou vý­ro­bu „na­čis­to“. Vý­rob­ní prů­my­sl je si­ce te­pr­ve na za­čát­ku zá­sad­ní změ­ny pa­ra­dig­ma­tu, ale už teď je jis­té, že di­gi­tál­ní dvoj­če a prá­ce ve vir­tu­ál­ním mo­de­lu před­sta­vu­jí výz­nam­ný krok k au­to­ma­ti­za­ci a stá­va­jí se tak ne­díl­nou sou­čás­tí Prů­mys­lu 4.0.

Neustálý tlak na optimalizaci vyžaduje nové nápady

Ve vysoce konkurenčním prostředí výroby lisovacích nástrojů, forem a zápustek, kde jsou výrobci a výrobní společnosti neustále nuceni optimalizovat a zvyšovat svou efektivitu, poskytuje používání digitálních dvojčat speciální přidanou hodnotu, a to bezpečnou výrobu. Bezpečná výroba znamená zejména výrobu bez kolizí, protože kolize jsou drahé – dochází ke zpoždění dodacích lhůt, bývá poškozen obrobek či samotný stroj nebo může dojít k ohrožení zdraví zaměstnanců. Rychlá výroba znamená optimální využití pracovního prostoru stroje, přičemž se berou v úvahu všechny komponenty s ideálními pohyby příjezdu a odjezdu k místu obrábění.

Použití Tebisu – 5osé frézování elektrody

Základní technologie digitálního dvojčete – CNC simulátor

Tebis CNC simulátor v tomto kontextu zajišťuje bezpečnost a rychlost procesu využitím velkého množství virtuálních dat. Uživatelé zde důsledně plánují a programují od samého počátku s digitálními dvojčaty všech nástrojů, jednotek, strojů a dalších komponent. Na tomto pozadí CAM software Tebis definuje digitální dvojče jako reprezentaci veškerého skutečně existujícího výrobního zařízení a procesů. Skutečná výrobní situace je zaznamenána ve virtuálním světě 1:1.

Digitální dvojče představil Tebis na EMO Hannover 2019

Digitální dvojče je evoluce, ne revoluce

Přes modernitu terminologie není skutečný koncept digitálního dvojčete v prostředí CAM nový. Tebis integroval postprocesory jako obraz řídícího systému již od první verze svého softwaru. Knihovna virtuálních strojů je již dlouhou dobu součástí standardního vybavení, postupem času však byla digitální dvojčata stále přesnější a podrobnější.

V oblasti nástrojů vše začalo jednoduchou frézou, následovaly frézovací a vrtací nástroje založené na komponentách, později pak 3D soustružnické nástroje (také založené na komponentách). V současné době neexistuje prakticky žádný nástroj, který by nemohl být reprodukován v knihovně nástrojů Tebisu.

Knihovna upínacího zařízení

Digitální dvojče v praxi

Digitální dvojčata strojů, využívaná zákazníky Tebisu, obsahují více než 1400 virtuálních modelů ve 3700 variantách, což zahrnuje všechny běžné typy strojů různých výrobců s jejich geometrickými a kinematickými vlastnostmi.

V současné době tak více než 70 % stávajících zákazníků Tebis aktivně využívá při programování modely virtuálních strojů. Od verze V4.0 R6 má Tebis také souhrnnou knihovnu pro další vybavení, jako jsou upínací čelisti, stabilní opěrky (lunety) a středicí hroty nebo upínací stoly strojů… Součástí CAD/CAM softwaru Tebis jsou v současnosti i virtuální upínací zařízení.

Sestava upínacího zařízení (vlevo). Simulace pohybu – priorita použití (vpravo).

Přesná simulace výrobního prostředí pomocí digitálního dvojčete

Použitím digitálního dvojčete Tebis zcela přebírá reálné výrobní prostředí do virtuálního světa CAD/CAM a splňuje tak požadavky na přesnou simulaci. Aby byla co nejpřesnější, Tebis používá jiný přístup – simulátor je plně integrován do prostředí Tebis CAD/CAM. Simulaci a kontrolu kolizí tak lze provádět kdykoli během NC programování a ne pouze před NC výstupem. To je velmi důležité, protože zkontrolovat kolize dráhy nástroje v CAM prostředí před NC výstupem a v případě potřeby provést potřebné korekce dráhy je vždy nejbezpečnější. Tento postup je tedy především bezpečný a představuje základ při vícestrojové obsluze, nebo dokonce pro bezobslužnou výrobu (např. o víkendu). Podmínkou je však zajištění nepřerušeného provozu všech strojů.

Tebis automatisch Fraesen virtuell real copy (vlevo). Tebis poskytuje virtuální obraz skutečné osy C (vpravo).

Řízení výroby pomocí MES jako digitálního dvojčete

I když používáte výkonný CAD/CAM software a simulátor, chcete-li plně digitálně a vysoce automatizovaně naplánovat, zpracovat a řídit své objednávky v souladu s Průmyslem 4.0, nemůžete se vyhnout řešení MES (Manufacturing Execution System). MES software „ProLeiS“ (Proleis) je nedílnou součástí Tebisu, může však integrovat i další systémy. Proleis obsahuje nejen prostředí výroby, ale i know-how založené na šablonách, které jsou kombinovány se znalostmi z předchozích projektů.

Proleis přistupuje také k dalším relevantním datům, jako jsou rozpisky, dostupnost zdrojů a doba výroby. Všechny procesy objednávek včetně materiálové logistiky a termínů lze řídit prostřednictvím integrovaného MES, a to nejen těch vlastních, ale i dodavatelů a poskytovatelů služeb. MES tak digitálně mapuje všechny procesy související s výrobou jako druh digitálního dvojčete výroby a umožňuje efektivní správu úloh. Navíc kombinuje data ze strojů, skladů a empirických hodnot jako základ pro výhledové plánování. Sběr dat ze stroje také vytváří digitální stopu – sleduje např. zbývající životnost nástroje, takže obsluha stroje je včas vybavena potřebným náhradním nástrojem.

Autor je produktový manažer ve společnosti Tebis AG.