Η κατασκευή κινείται από μεμονωμένες μηχανές και χειροκίνητη συλλογή δεδομένων προς συνδεδεμένα δεδομένα-καθοδηγούμενα συστήματα παραγωγής. Αυτός ο μετασχηματισμός συνδέεται συνήθως με Βιομηχανία 4.0, η τέταρτη βιομηχανική επανάσταση, όπου μηχανές, αισθητήρες, λογισμικό και άνθρωποι επικοινωνούν μέσω ψηφιακών δικτύων.

Για την κατεργασία CNC, το Industry 4.0 δεν αφορά απλώς την αντικατάσταση των συμβατικών μηχανών με νεότερο εξοπλισμό. Πρόκειται για τη σύνδεση ολόκληρης της διαδικασίας παραγωγής, έτσι ώστε τα δεδομένα παραγωγής να μπορούν να συλλέγονται, να αναλύονται και να χρησιμοποιούνται για τη λήψη καλύτερων αποφάσεων. Συνδεδεμένες μηχανές CNC, Industrial Internet of Things (IIoT) συσκευές, πλατφόρμες cloud, πραγματικό-η παρακολούθηση του χρόνου και η αυτοματοποιημένη ανάλυση δεδομένων γίνονται ολοένα και περισσότερο σημαντικά μέρη της σύγχρονης κατασκευής ακριβείας.

Το Industry 4.0 αναφέρεται στην ενοποίηση των ψηφιακών τεχνολογιών με τις φυσικές διαδικασίες παραγωγής. Τα παραδοσιακά εργοστάσια λειτουργούν συχνά μέσω χωριστών συστημάτων: οι μηχανές CNC παράγουν εξαρτήματα, οι χειριστές καταγράφουν πληροφορίες παραγωγής, τα τμήματα ποιότητας επιθεωρούν προϊόντα και οι διευθυντές εξετάζουν τα δεδομένα παραγωγής στη συνέχεια.

Σε ένα περιβάλλον Industry 4.0, αυτές οι διαδικασίες μπορούν να συνδεθούν.

Τα μηχανήματα μπορούν να επικοινωνήσουν την κατάσταση λειτουργίας τους, οι αισθητήρες μπορούν να συλλέγουν δεδομένα παραγωγής, το λογισμικό μπορεί να παρακολουθεί την απόδοση του εξοπλισμού και το cloud ή το edge-Τα υπολογιστικά συστήματα μπορούν να επεξεργάζονται πληροφορίες σε σχεδόν πραγματικό χρόνο. Αυτό δημιουργεί ένα συνδεδεμένο οικοσύστημα παραγωγής στο οποίο οι πληροφορίες παραγωγής μπορούν να μετακινούνται μεταξύ μηχανών, συστημάτων λογισμικού και ανθρώπων.

Για την κατεργασία CNC, αυτό σημαίνει ότι πληροφορίες όπως η χρήση του μηχανήματος, η κατάσταση του άξονα, η θερμοκρασία, οι κραδασμοί, η κατάσταση του εργαλείου, ο χρόνος κύκλου και η πρόοδος παραγωγής μπορούν ενδεχομένως να παρακολουθούνται ψηφιακά αντί να βασίζονται αποκλειστικά σε μη αυτόματες εγγραφές.

Το Διαδίκτυο των πραγμάτων (IoT) παρέχει μία από τις βασικές τεχνολογίες πίσω από την έξυπνη κατασκευή. Σε ένα εργοστάσιο CNC, οι αισθητήρες και τα συστήματα επικοινωνίας μπορούν να συλλέγουν πληροφορίες από μηχανές και να τις μεταφέρουν σε πλατφόρμες παρακολούθησης ή ανάλυσης.

Για παράδειγμα, οι αισθητήρες μπορούν να παρακολουθούν:

· Θερμοκρασία και δόνηση ατράκτου

· Ρεύμα κινητήρα

· Κατάσταση λειτουργίας του μηχανήματος

· Συνθήκες ψυκτικού

· Φθορά εργαλείων

· Χρόνος κύκλου

· Κατανάλωση ενέργειας

· Συναγερμοί μηχανών και βλάβες

Αυτές οι πληροφορίες μπορούν στη συνέχεια να μεταδοθούν μέσω ενός βιομηχανικού δικτύου σε τοπικούς υπολογιστές, συσκευές αιχμής ή πλατφόρμες cloud για ανάλυση. Έρευνα για το IIoT-η βασισμένη παρακολούθηση μηχανικής κατεργασίας έχει διερευνήσει χρησιμοποιώντας δεδομένα αισθητήρων για τον εντοπισμό παραλλαγών της διαδικασίας και πιθανών ελαττωμάτων, ενώ τα συστήματα cloud μπορούν να υποστηρίξουν περαιτέρω ανάλυση και λήψη αποφάσεων-κατασκευή.

Η σημαντική αλλαγή είναι ότι το μηχάνημα δεν αντιμετωπίζεται πλέον ως απομονωμένη μονάδα παραγωγής. Γίνεται μέρος ενός ευρύτερου πληροφοριακού συστήματος.

Μία από τις πιο πρακτικές εφαρμογές του Industry 4.0 είναι πραγματικό-παρακολούθηση της παραγωγής χρόνου.

Σε ένα συμβατικό συνεργείο, ένας διευθυντής παραγωγής μπορεί να χρειαστεί να ελέγξει φυσικά τις μηχανές ή να ρωτήσει τους χειριστές για την πρόοδο της παραγωγής. Αυτό μπορεί να δυσκολέψει την απόκτηση ακριβούς εικόνας του εργοστασίου σε μια συγκεκριμένη στιγμή.

Τα συνδεδεμένα μηχανήματα μπορούν να προσφέρουν μια διαφορετική προσέγγιση. Ένας ψηφιακός πίνακας οργάνων μπορεί ενδεχομένως να δείξει ποια μηχανήματα λειτουργούν, ποια είναι σε αδράνεια, ποια έχουν σταματήσει λόγω συναγερμού και πώς προχωρά η παραγωγή.

Αυτή η ορατότητα μπορεί να βοηθήσει τους κατασκευαστές να εντοπίσουν προβλήματα νωρίτερα. Για παράδειγμα, εάν ένα μηχάνημα σταματήσει απροσδόκητα, το σύστημα μπορεί να καταγράψει το συμβάν και να διαθέσει τις πληροφορίες στο προσωπικό παραγωγής. Μια μελέτη ενός IoT-βασισμένο σύστημα παρακολούθησης έξυπνων μηχανών βρήκε ότι είναι πραγματικό-Οι πληροφορίες της χρονομηχανής μπορούν να υποστηρίξουν τον προγραμματισμό παραγωγής, τον προγραμματισμό, τη χρήση μηχανών και τη διαχείριση πόρων.

Πραγματικό-Η παρακολούθηση του χρόνου δεν εξαλείφει το χρόνο διακοπής λειτουργίας, αλλά μπορεί να καταστήσει ευκολότερο τον εντοπισμό των αιτιών και του χρόνου διακοπής λειτουργίας.

Η συντήρηση μηχανών είναι ένας άλλος σημαντικός τομέας όπου το IoT μπορεί να προσφέρει αξία.

Η παραδοσιακή συντήρηση βασίζεται συχνά σε σταθερά χρονοδιαγράμματα ή σε αντιδραστικές επισκευές. Ένα μηχάνημα μπορεί να επισκευαστεί μετά από έναν ορισμένο αριθμό ωρών λειτουργίας ή η συντήρηση μπορεί να γίνει μόνο μετά από μια βλάβη.

Με τη συνδεδεμένη παρακολούθηση, η συντήρηση μπορεί όλο και περισσότερο να υποστηρίζεται από το πραγματικό μηχάνημα-δεδομένα κατάστασης.

Για εξοπλισμό CNC, οι μη φυσιολογικοί κραδασμοί, οι αλλαγές θερμοκρασίας, το ρεύμα κινητήρα ή άλλα σήματα λειτουργίας ενδέχεται να παρέχουν ενδείξεις ανάπτυξης προβλημάτων. Όταν αυτά τα σήματα συλλέγονται συνεχώς, τα αναλυτικά συστήματα μπορούν να βοηθήσουν στον εντοπισμό ασυνήθιστων μοτίβων και ενδεχομένως να παρέχουν έγκαιρες προειδοποιήσεις.

Έρευνα στο IoT-Η παρακολούθηση συνθηκών με βάση CNC έχει εξετάσει τη χρήση πολλαπλών αισθητήρων για προγνωστική συντήρηση, ενώ πιο πρόσφατη έρευνα διερευνά το cloud και το edge computing για παρακολούθηση κατάστασης CNC και εργαλείο-ανάλυση φθοράς.

Ο στόχος δεν είναι απλώς η συλλογή περισσότερων δεδομένων. Η πραγματική αξία προέρχεται από τη μετατροπή αυτών των δεδομένων σε χρήσιμες πληροφορίες για αποφάσεις συντήρησης και παραγωγής.

Η τεχνολογία Cloud παρέχει ένα άλλο σημαντικό επίπεδο έξυπνης κατασκευής.

Αντί να διατηρούν πληροφορίες παραγωγής μόνο σε μεμονωμένα μηχανήματα ή τοπικούς υπολογιστές, οι κατασκευαστές μπορούν να χρησιμοποιούν συνδεδεμένες πλατφόρμες για να αποθηκεύουν και να αναλύουν δεδομένα σε διαφορετικούς πόρους παραγωγής.

Αυτό μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για εταιρείες που λειτουργούν πολλαπλά μηχανήματα, γραμμές παραγωγής ή τοποθεσίες κατασκευής. Οι πληροφορίες παραγωγής μπορούν να ενοποιηθούν σε ένα κοινό σύστημα, επιτρέποντας σε διευθυντές και μηχανικούς να βλέπουν την απόδοση παραγωγής χωρίς να είναι φυσικά δίπλα σε κάθε μηχανή.

Η κατασκευή cloud έχει επίσης μελετηθεί ως ένας τρόπος παροχής πόρων και υπηρεσιών παραγωγής μέσω συνδεδεμένων ψηφιακών συστημάτων, υποστηρίζοντας πιο ευέλικτα και-μοντέλα παραγωγής ζήτησης.

Ωστόσο, τα συστήματα cloud δεν είναι πάντα η μόνη απάντηση. Οι σύγχρονες αρχιτεκτονικές συνδυάζονται όλο και περισσότερο υπολογιστική ακμή και υπολογιστικό νέφος. Χρόνος-ευαίσθητες πληροφορίες μπορούν να υποβληθούν σε επεξεργασία κοντά στο μηχάνημα, ενώ μεγαλύτερα σύνολα δεδομένων και μεγαλύτερα-Η ανάλυση όρων μπορεί να γίνει μέσω πλατφορμών cloud. Αυτή η προσέγγιση μπορεί να μειώσει τις καθυστερήσεις επικοινωνίας διατηρώντας παράλληλα τις δυνατότητες κεντρικής ανάλυσης δεδομένων.

Η έξυπνη κατασκευή υπερβαίνει την παρακολούθηση μεμονωμένων μηχανών.

Ένα πιο προηγμένο σύστημα Industry 4.0 μπορεί να συνδέσει διαφορετικά στάδια της ροής εργασιών κατασκευής, όπως:

CAD/CAM → Σχεδιασμός Παραγωγής → Μηχανική CNC → Επιθεώρηση Ποιότητας → Διαχείριση δεδομένων → Παράδοση

Για παράδειγμα, οι πληροφορίες παραγωγής μπορούν να συνδεθούν με παραγγελίες εργασίας, προγράμματα μηχανικής κατεργασίας, αποτελέσματα επιθεώρησης και αρχεία παραγωγής. Αυτό δημιουργεί μεγαλύτερη ιχνηλασιμότητα σε όλη τη διαδικασία παραγωγής.

Για τη μηχανική κατεργασία CNC ακριβείας, αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό επειδή η ποιότητα του προϊόντος εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και όχι μόνο από τη μηχανική κατεργασία. Η επιλογή υλικού, τα εργαλεία, οι παράμετροι μηχανικής κατεργασίας, η κατάσταση του μηχανήματος, η επιθεώρηση και ο έλεγχος της διαδικασίας μπορούν όλα να επηρεάσουν το τελικό αποτέλεσμα.

Ένα συνδεδεμένο ψηφιακό σύστημα μπορεί να διευκολύνει τη συσχέτιση δεδομένων παραγωγής με συγκεκριμένα εξαρτήματα, μηχανήματα, παρτίδες και αποτελέσματα επιθεώρησης.

Τα πιθανά οφέλη της ενσωμάτωσης Industry 4.0 και IoT μπορούν να ομαδοποιηθούν σε διάφορους τομείς.

1. Μειωμένος απρογραμμάτιστος χρόνος διακοπής λειτουργίας

Η συνεχής παρακολούθηση μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό προβλημάτων του μηχανήματος νωρίτερα και να παρέχει καλύτερες πληροφορίες σχετικά με συμβάντα διακοπής λειτουργίας.

2. Ανώτερη Αξιοποίηση Μηχανών

Τα δεδομένα παραγωγής μπορούν να αποκαλύψουν πόσο χρόνο ξοδεύουν οι μηχανές στην κατεργασία, την αναμονή, τη ρύθμιση ή την παραμονή σε αδράνεια. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν να βοηθήσουν τους κατασκευαστές να εντοπίσουν ευκαιρίες για βελτίωση της χρήσης.

3. Καλύτερη ορατότητα παραγωγής

Οι διευθυντές και οι μηχανικοί μπορούν να λάβουν πληροφορίες παραγωγής πιο γρήγορα αντί να εξαρτώνται αποκλειστικά από τη μη αυτόματη αναφορά.

4. Βελτιωμένος ποιοτικός έλεγχος

Τα δεδομένα αισθητήρα και οι πληροφορίες διεργασίας μπορούν να υποστηρίξουν την παρακολούθηση κατάστασης και να βοηθήσουν στον εντοπισμό αλλαγών στη διαδικασία που μπορεί να επηρεάσουν την ποιότητα του προϊόντος.

5. Δεδομένα-Βασισμένη Λήψη Αποφάσεων

Τα ιστορικά δεδομένα παραγωγής μπορούν να βοηθήσουν τους κατασκευαστές να κατανοήσουν τα επαναλαμβανόμενα προβλήματα, να συγκρίνουν διαδικασίες και να λάβουν αποφάσεις με βάση μετρήσιμες πληροφορίες και όχι υποθέσεις.

Παρά τις δυνατότητές της, η έξυπνη κατασκευή δεν είναι απλώς θέμα σύνδεσης κάθε μηχανής στο διαδίκτυο.

Μια πρόκληση είναι συμβατότητα εξοπλισμού. Πολλά εργοστάσια λειτουργούν μηχανές από διαφορετικούς κατασκευαστές και διαφορετικές γενιές. Οι παλαιότερες μηχανές CNC ενδέχεται να μην έχουν τις δυνατότητες επικοινωνίας του νεότερου εξοπλισμού, καθιστώντας την ενσωμάτωση πιο περίπλοκη.

Το κόστος είναι μια άλλη εκτίμηση. Οι αισθητήρες, η δικτυακή υποδομή, οι πλατφόρμες λογισμικού, η αποθήκευση δεδομένων, η ασφάλεια στον κυβερνοχώρο και η ενοποίηση συστημάτων απαιτούν επενδύσεις.

Υπάρχει επίσης ένα κενό δεξιοτήτων. Η επιτυχής υλοποίηση του Industry 4.0 απαιτεί γνώση μηχανικής κατεργασίας καθώς και αυτοματισμού, δικτύωσης, διαχείρισης δεδομένων και λογισμικού. Η έρευνα για την παρακολούθηση έξυπνων μηχανών για ΜΜΕ έχει εντοπίσει το κόστος, την τεχνική τεχνογνωσία, τη διαλειτουργικότητα και την ασφάλεια δεδομένων ως σημαντικές προκλήσεις υλοποίησης.

Η κυβερνοασφάλεια είναι ιδιαίτερα σημαντική επειδή η σύνδεση μηχανών με δίκτυα δημιουργεί πρόσθετα ψηφιακά σημεία πρόσβασης. Ως εκ τούτου, οι κατασκευαστικές εταιρείες πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τον έλεγχο πρόσβασης, την ασφάλεια δικτύου, την προστασία δεδομένων και την αξιοπιστία του συστήματος κατά την εφαρμογή συνδεδεμένων συστημάτων παραγωγής.

Η ανάπτυξη του Industry 4.0 αλλάζει σταδιακά την κατεργασία CNC από μηχανή-επικεντρωμένη διαδικασία σε α δεδομένα-συνδεδεμένο σύστημα παραγωγής.

Τα μελλοντικά περιβάλλοντα CNC είναι πιθανό να συνδυάζουν συνδεδεμένα μηχανήματα, αισθητήρες IIoT, υπολογιστές ακμών, πλατφόρμες cloud, τεχνητή νοημοσύνη, ψηφιακά δίδυμα και αυτοματοποιημένα αναλυτικά στοιχεία. Πρόσφατη έρευνα διερευνά ήδη το cloud-με βάση συνεργατική κατασκευή CNC, εργαλείο-παρακολούθηση φθοράς, κατάσταση-βασισμένος προγραμματισμός και έξυπνη υποστήριξη αποφάσεων.

Ο στόχος δεν είναι να γίνει η κατασκευή πολύπλοκη για χάρη της. Αντίθετα, ο σκοπός της έξυπνης κατασκευής είναι να αυξήσει την παραγωγή ορατό, μετρήσιμο, προβλέψιμο και ανταποκρινόμενο.

Για την κατεργασία ακριβείας, όπου η συνέπεια, η αποτελεσματικότητα, η ιχνηλασιμότητα και η αξιοπιστία παράδοσης είναι κρίσιμες, το Industry 4.0 παρέχει ένα πλαίσιο για τη σύνδεση αυτών των απαιτήσεων μέσω δεδομένων.

Καθώς τα εργοστάσια CNC συνεχίζουν να υιοθετούν συνδεδεμένο εξοπλισμό και ψηφιακά συστήματα παραγωγής, το ανταγωνιστικό πλεονέκτημα θα προέρχεται όλο και περισσότερο όχι μόνο από την ικανότητα του μηχανήματος, αλλά και από το πόσο αποτελεσματικά ένας κατασκευαστής μπορεί να συλλέγει, να κατανοεί και να ενεργεί σχετικά με τις πληροφορίες παραγωγής.