Programowanie CNC Cyfrowe wytwarzanie staje się faktem

Import zadań dla maszyny bezpośrednio z oprogramowania CAD, a następnie wydawanie poleceń osprzętowi CNC jest jednym ze sposobów oszczędzania czasu i nakładów pracy w przypadku stosowania narzędzi nowej generacji.
W firmie Step Tools Inc. twierdzi się, że jej produkty z grupy ST-Machine wprowadzają do procesu produkcyjnego procedury zgodne ze STEP-NC AP-238; zapewnia to niezależność wykorzystania narzędzi od maszyny, w której są stosowane

Świat maszyn (w tym obrabiarek sterownych numerycznie) bazuje na paradygmacie, jakim jest od blisko 50 lat język G-kodów. Wydaje się, że w obecnej sytuacji konieczne jest poczynienie jakichś zmian, mających na celu rozszerzenie możliwości współpracy, np. poprzez ułatwienie wymiany danych z innymi programami. Jest to nawet bardziej istotne, aniżeli odtwarzanie tych samych informacji przez inny system. Dodatkowo, nie ma żadnego standardu mówiącego o tym, jak szybko zoptymalizować narzędzia podczas projektowania, żeby móc określić, które maszyny w procesie produkcyjnym pracują najefektywniej.
Główni użytkownicy końcowi rynku angażują się z tego powodu w działania, mające na celu doprowadzenie do standaryzacji z użyciem STEP-NC. Nie zaskakuje wcale fakt, iż producenci oprogramowania i maszyn CNC uważnie słuchają zdania swoich klientów, próbując wprowadzać do swoich produktów chociaż część z funkcji, jakich oczekują użytkownicy – nawet jeżeli nie są one zgodne z obowiązującymi standardami. 
To, że funkcje te nie są ujęte w standardzie, według niektórych jest działaniem celowym. Niektórzy producenci celowo hamują wprowadzenie standardów do świata maszyn, sprawiając tym samy, że nie są one tak efektywne, jak mogłyby być.
Starania nad wprowadzeniem jednego standardu do „świata maszyn” czyni grupa robocza ds. wytwarzania i narzędzi maszyn organizacji OMAC1. STEP-NC jest podgrupą pracującą nad zrozumieniem i dostosowaniem punktów normy ISO 10303 do celów członków grupy OMAC, nowego działu ISA. (Kolejna podgrupa HMI-API zajmuje się pracami nad definiowaniem standardów dla interfejsu użytkownika dla poszczególnych urządzeń CNC). Użytkownicy końcowi oraz producenci pokazują wiele sposobów na wykorzystanie standardów do cyfrowego przesyłania/ zabezpieczania danych w wielu systemach CNC oraz procesach wytwórczych.
Coraz więcej do zaprezentowania
W dniach 26–30 czerwca br. we Francji, w mieście Touluse, odbyło się spotkanie robocze „ISO TC184/Sc4 Wg3-T24 STEP-Manufacturing”, podczas którego użytkownicy i producenci mieli przyjemność zapoznać się z maszyną, zaprojektowaną przez firmy Airbus i Boeing, wykorzystującą procedury STEP-NC. Wśród producentów, zaangażowanych w projekt, spotkać można między innymi firmy: Siemens, Fanuc, Fidia, Okuma, Step Tools czy LSC Co.
Około 10 lat temu ISO STEP opracowała protokół wymiany danych dla systemów CAD, nazwany AP-203, jak wyjaśnia przedstawiciel organizacji OMAC; wtedy to przesyłanie danych o obiektach trójwymiarowych pomiędzy systemami projektowymi było dość trudne, a czasami nawet niemożliwe; AP-203 umożliwił lepszą wymianę danych. Dodatkowo, ta sama grupa robocza organizacji OMAC pracowała nad protokołem wymiany danych pomiędzy systemami CAM oraz CNC – protokół ten nazwano AP-238 lub STEP-NC.

STEP-NC (z użyciem pliku AP-238) kieruje strumień danych od oprogramowania wspomagającego wytwarzanie CAM do oprogramowania sterowania numerycznego, jednocześnie chroniąc i upraszczając informacje. Pracownicy firmy, zaangażowani w ten projekt, uważają, że znacznie uprości to określenie najefektywniejszej maszyny w procesie produkcyjnym
 „Z użyciem STEP-NC systemy CAM i CNC mogą bez problemu wymieniać między sobą: geometrię trójwymiarową obiektów, właściwości przestrzenne, tolerancje w przestrzeni czy informacje na temat obróbki w trzech wymiarach; wynikiem tego jest uproszczenie programów maszyn CNC, a systemom CNC dodaje się dzięki temu inteligencji i bezpieczeństwa” – podaje organizacja OMAC w jednym ze swoich oficjalnych oświadczeń. 
Protokoły wymiany danych opracowane przez zespół STEP-Manufacturing obejmują między innymi:

  • AP-219 CMM Inspection data,
  • AP-223 Casting data,
  • AP-224 Manufacturing feature data,
  • AP-229 Forging data,
  • AP-238 CNC data,
  • AP-240 Process Planning data,
  • ISO 13399 Cutting Tool Catalog data; and
  • ISO 14649 CNC Operations.

Czemu ma to służyć?
David Odendahl, inżynier wyposażenia w fabrykach Boeinga oraz Sid Venkatesh, przewodniczący grupy roboczej OMAC dla wytwarzania maszynowego (OMAC Machine Tool Working Group, również zatrudniony w Boeingu) wyjaśnia, że współczesne urządzenia CNC odbierają szereg danych opisujących ruch poszczególnych osi, koniecznych do wytworzenia produktu. Dane te nazywa się sterującymi danymi maszynowymi MCD (z ang. machine control data) – są to instrukcje stosunkowo niskiego poziomu. Zwykle maszyny CNC nie mają dostępu do informacji wyższego rzędu na temat wykonywania poszczególnych zadań czy produktów (ich części). Z powodu tego właśnie braku przenaszalności informacji większość funkcji wyższego rzędu obsługiwanych jest przezsystemy CAD/CAM.
Dodatkowo te unikalne dane muszą zostać wygenerowane dla każdego systemu sterowania maszyny, na której zadanie ma być wykonywane. W konsekwencji maszyna nie odbiera żadnych informacji, dzięki którym mogłaby adaptować się do otaczającego ją „świata”, zmian w nim zachodzących, co z pewnością wpływa na dynamikę wytwarzania czy przydział odpowiednich narzędzi. Główne standardy są niewystarczające, słabe, a formaty danych są niespójne – twierdzą panowie Odendahl i Venkatesh.
Znacznie lepszym rozwiązaniem jest system, w którym zamiast danych o ruchach osi przesyła się informację o ruchach narzędzia –sugeruje m.in. firma Boeing. Wyrafinowane systemy CNC mogą przeliczać dane o ruchu narzędzia na dane o ruchu poszczególnych osi. Informacje wysokiego poziomu na temat właściwości wytwarzanych elementów, materiałów, narzędzi oraz tolerancji wymiarów, przesyłanych do CNC. W sytuacji gdy używa się standardów, takich jak np. AP-238 (STEP-NC), wtedy dane o ruchach narzędzi są „niezależne od maszyny” i mogą być wykorzystywane bez dedykowanych do danej maszyny translatorów geometrii. AP-238 zawiera informację na temat właściwości części, ich przynależności, narzędzi, „ścieżek” narzędziowych czy geometrii, przy jednoczesnym nacisku na wymianę informacji procesowych, dzięki czemu uzyskuje się znaczące uproszczenie implementacji.
Przenoszenie instrukcji
Spośród wielu prezentacji komitetu badawczego na uwagę zasługuje przenoszalność instrukcji dla pięcioosiowej maszyny w przemyśle lotniczym, wykorzystującej pliki AP-238. Przykładowo:

  • plik Catia CL – rozmiar: 2,077 KB,
  • plik AP-238 Part 21 – rozmiar: 2,305 KB,
  • plik NC – rozmiar: 560 – 1,304 KB,
  • całkowity czas translacji z użyciem komputera z procesorem Intel Pentium 4: 20 sekund.

Wśród firm zaangażowanych w projekt można znaleźć takich dostawców CNC, jak np. GE Fanuc. Pan Bill Griffith z firmy GE Infrastructure, twierdzi, że firma GE Fanuc z całą energią wspiera wysiłki związane ze STEP-NC, brała udział w większości spotkań roboczych oraz zademonstrowała już STEP- -NC, działający w produktach serii GE Fanuc Open System na targach oraz innych spotkaniach. GE Fanuc współpracuje z integratorami oprogramowania innych producentów podczas obsługi klientów, którzy zamawiają produkty CNC GE Fanuc Open System.
Inni producenci sprzętu CNC nie angażują się aż tak bardzo, jak na przykład MDSI, analizująca jeszcze ewentualne korzyści z wprowadzania STEP-NC. – Bierzemy pod uwagę wykorzystanie STEP-NC w naszych planach dotyczących rozwoju zarówno sprzętu, jak i oprogramowania – mówi Michael Tarr, dyrektor firmy MDSI ds. globalnej sprzedaży.
Więcej inwestycji
Większa wydajność może wydatnie przyczynić się do wzrostu produktywności – między innymi dzięki większym w 2006 aniżeli 2005 roku wydatków przemysłu na inwestycje.
Firma konsultingowa CIMdata dokonała oszacowania wzrostu dochodów na światowym rynku oprogramowania dla sterowania numerycznego (NC) oraz usług z nim związanych. Wyliczenia bazowały na płatnościach dokonywanych przez użytkowników końcowych – okazuje się, że od 2005 roku zanotowano wzrost o około 6,5%, aby osiągnąć poziom 1,25 miliarda USD amerykańskich; w 2006 roku przewidywany jest wzrost o kolejne 7,2% – aż do poziomu 1,34 miliarda USD.
Według firmy CIMdata („Version 15 of the CIMdata NC Software and Related Services Market Assessment Report”) skala wzrostu na tymże rynku jest największa od 1999 roku, kiedy to zanotowano przyrost o 8%. Od roku 2000 do 2004 na rynku oprogramowania panowała umiarkowana stagnacja. W tej sytuacji analitycy firmy CIMdata zauważają, że:

  • rynek oprogramowania NC wykazuje stabilny wzrost wtedy, gdy umacnia się globalny rynek;
  • zaobserwowano wzrost poziomu wytwarzania na całym świecie;
  • większą wagę przywiązuje się do efektywnego operowania narzędziami maszyny – z pewnością dużą rolę odgrywa tutaj diagnostyka stanu narzędzi i ochrona ich przed uszkodzeniem – wynika to z konieczności bycia konkurencyjnym na rynku;
  • cały rynek PLM (zarządzania cyklem życia produktu, z ang. product lifecycle management) wykazuje silny wzrost.

Zakupy oprogramowania CAM związane są ze wszystkimi wymienionymi powyżej czynnikami.
– Pomimo tego, że rynek oprogramowania służącego do sterowania maszynami do cięcia części jest stosunkowo dojrzały, ciągle jednak jest aktywny i wydarzenia na nim zachodzące w ciągu ostatnich kilku lat są dość ekscytujące – jak podaje pan Alan Christman, przewodniczący CIMdata i główny autor raportu.
– Niektórzy producenci oprogramowania zanotowali wzrost przychodu sięgający nawet 40% w ciągu roku; zysk ten z pewnością prowadzi do konsolidacji rynku, rozszerzenia obszarów produkcji na kraje rozwijające się, jak np. Chiny; korporacje zaczynają przywiązywać większą wagę do przepływu informacji w procesie produkcyjnym, a leżąca u tego podstaw technologia systemów CAM ciągle ewoluuje w kierunku nowocześniejszych rozwiązań – mówi Christman.
ce
Artykuł pod redakcją
dr. inż. Krzysztofa Pietrusewicza,
Instytut Automatyki Przemysłowej
Politechniki Szczecińskiej


 Przyszłość technologii CNC

Technologie CNC nowej generacji znacznie podnoszą wydajność wszędzie tam, gdzie są stosowane. Mówi się o nich, że są znacznie bardziej „otwarte” oraz że pozwalają na znacznie prostszą wymianę informacji, jak również integrację z innymi narzędziami, nawet jeżeli nie są one dostarczane przez tego samego dostawcę. Narzędzia wykorzystujące technologię STEP-NC dostarczają wielu korzyści.

Sterowanie numeryczne Fidia C20 wykorzystuje w pełni możliwości, oferowane przez kombinację procesorów Intel Pentium 4 oraz RISC Power PC firmy Motorola. Sterowanie zaprojektowane jest tak, aby obsługiwać nawet bardzo wyszukane 5-osiowe aplikacje, przy dużych prędkościach. Wykorzystuje system operacyjny Microsoft Windows XP Professional, działający w trybie wielozadaniowym. System ten stanowi potężne narzędzie w przypadku obniżania kosztów wykorzystania narzędzi maszynowych. Ma 17-calowy ekran LCD-TFT; umożliwia import plików w formatach IGES, DXF oraz DWG dzięki zastosowaniu HI- -MILL 3D CAM i Isograph 21/2D CAD/CAM. Znacznie to poprawia i upraszcza zarządzanie wykorzystywanymi narzędziami oraz określaniem ścieżek ich ruchu – twierdzi producent systemu.

Firma NFR Partners Inc. w 1993 roku wypuściła na rynek pierwszą wersję systemu editNC. Od tamtego czasu wprowadzono pięć głównych usprawnień, opracowano kilka wersji OEM oraz wprowadzono dziesiątki drobnych modyfikacji. Obecnie editNC, program-edytor CNC zaprojektowany tak, aby współpracować z systemami CAD/CAM, zawiera również funkcje umożliwiające programowanie z użyciem typowych G-kodów. Wersja 8.5.0 oferuje znacznie poprawiony interfejs użytkownika, wiele funkcji analitycznych, wyższą wydajność, jak i mnóstwo innych dodatków. Od swojej pierwszej edycji program editNC firmy NFR był tak zaprojektowany, aby umożliwiać pracę z systemami CAD/CAM, a tym samym obsługiwać wiele z formatów plików, przez nie generowanych. Możliwa jest edycja plików o rozmiarach 60 MB i większych. Większość tejże wydajności uzyskuje się dzięki najnowszym technologiom. Przykładowo, wiele funkcji wykorzystuje całkowicie odmienne techniki przetwarzania, zależnie od wielkości pliku, z jakim pracuje program.

Open CNC – system opracowany przez Fanuc i GE Fanuc – wykorzystuje zoptymalizowane rozwiązania, łączące technologię CNC i PC zarówno w warstwie sprzętowej, jak i programowej. Wykorzystuje interfejs szeregowy o dużej przepustowości, co pozwala na przesył dużej ilości danych. Seria produktów CNC 30i/31i/32i dostępna jest w dwóch opcjach:

  • 300i/310i/320i – otwarte wysoko wydajne systemy z systemem operacyjnym Microsoft Windows 2000/XP,
  • 300is/310is/320is – systemy przemysłowe kompatybilne z platformą Windows CE. Net – nie wymagają twardego dysku.

Obydwie rodziny produktów CNC mają szybki protokół FOCAS2 (Fanuc Open CNC API Specification Version 2) do wymiany danych pomiędzy PC a CNC. Według firmy otwartość tego systemu CNC gwarantuje, że poszczególne aplikacje, wykonywane przez maszynę, będą adaptowane przez wytwórców narzędzi pod kątem specyficznych wymagań klientów.

ADMAC Parts firmy Okuma ma funkcję wirtualnego monitorowania trójwymiarowego (3-D Virtual Monitor), dzięki której możliwe jest zaawansowane modyfikowanie programu oraz monitorowanie możliwych do wystąpienia podczas zamodelowanego procesu produkcyjnego uszkodzeń. Dzięki temu systemowi możliwy jest prosty wybór długości narzędzia oraz typu uchwytu, sprawdzanie i synchronizacja kodu podczas równolegle działających procesów oraz wyłapywanie błędów, zanim spowodują poważniejsze uszkodzenia. Osprzęt i oprogramowanie firmy Okuma tworzą model trójwymiarowy przedmiotu obrabianego, pozwalając użytkownikowi obejrzeć go dokładnie przed wykonaniem. Wiele z maszyn firmy Okuma ma swoje prezentacje na stronie internetowej

Poprzedni artykułZadziwiający świat nanotechnologii
Następny artykułCzujniki pozycji – analiza rynku