WELKE TRENDS SPELEN ER OP BESTURINGSVLAK?

CNC-besturing blijft cruciale factor

De CNC-besturing is eigenlijk het hart van elke machine. Van hieruit worden alle geprogrammeerde bewegingen omgezet in echte bewegingen van de mechanische componenten. Met de toename van het aantal operatoren dat niet langer aan de machine programmeert, maar wel offline via CAM-software, lijkt het belang van een CNC-besturing kleiner te worden. De besturingen blijven echter wel degelijk een grote invloed hebben op de prestaties van de machine. De snelheid en de nauwkeurigheid worden nog steeds mede bepaald door de CNC-besturing.

SNELLE CPU’s

De ontwikkelaars maken dankbaar gebruik van de rekenkracht van de huidige generatie van processoren. Er worden alsmaar krachtigere CPU’s in de CNC-machines gebruikt. Een interpolatiecyclus van 250 µm voor een CNC-machine is vandaag al realiteit. Dankzij die rekenkracht kan de machinebouwer een veelvoud aan assen integreren en vanuit één besturing aansturen, in vergelijking met de oudere versies. In sommige gevallen tot wel 99 assen en 60 kanalen, waarmee andere systemen geïntegreerd worden in de machinebesturing.

De CPU kan van al deze kanalen parallel berekeningen uitvoeren. Het gebruik van meerkanaalsbesturingen biedt bijvoorbeeld de mogelijkheid om een robotprogramma via de CNC-besturing te laten lopen, ook al draait op de achtergrond nog de specifieke robotcontroller mee. De operator bedient beide vanuit één HMI. Ook de combinatie van draaien en frezen in één multi­taskingmachine is te danken aan het gebruik van de generatie van heel snelle CPU’s.

OPEN

Een van de actuele thema’s bij de bouwers van CNC-besturingen is de vraag hoe open de systeemarchitectuur is. Door Industrie 4.0 en Internet of Things staat de CNC-machine steeds minder op zichzelf en maakt ze meer en meer deel uit van een geconnecteerde fabriek. Een beladingsrobot is misschien wel het meest triviale systeem dat met de machine wil communiceren. Een andere voorbeeld zijn MES-systemen, die de productie in de fabriek aansturen. Waar sommige CNC-besturingen vroeger erg gesloten waren, wordt tegenwoordig eigenlijk elke fabrikant gedwongen om de architectuur zo te bouwen dat andere systemen toegang kunnen krijgen tot de machine.

Top 5 heeft 60% van de markt in handen

De 5 grootste fabrikanten hebben zo’n 60% van de markt voor CNC-besturingen in handen. Dat bleek onlangs uit een studie door Transparency Market Research, dat de totale CNC-markt in kaart bracht. Deze 5 grootste fabrikanten zijn Fanuc, Haas Automation, Heidenhain, Siemens en Mitsubishi Electric. Allemaal zijn ze bezig met intuïtieve bediening, Industrie 4.0 en snellere en nauwkeurigere besturingen.

Extra platform

Een typische oplossing die de machinebouwers hiervoor kiezen, is een schil over de besturing heen te leggen. Een extra platform, waarop dan via apps gecommuniceerd kan worden met de CNC-besturing. Op deze manier bieden ze de toegankelijkheid die de klanten – en andere softwareontwikkelaars – vragen, terwijl ze tegelijk hun eigen technologie afdoende beschermen. Ook vanwege veiligheidszaken willen machinebouwers dikwijls niet dat anderen direct toegang krijgen tot bepaalde functionaliteiten in een besturing.

Deze trend heeft eveneens te maken met de ontwikkeling dat steeds meer specifieke bewerkingstechnologie via de software beschikbaar wordt gemaakt. Meerdere machinebouwers bieden ‘technology cycles’ aan. Daarmee maken ze het voor de CNC-operator makkelijker om een bepaalde bewerkingsstrategie te programmeren, omdat dit vooral softwarematig wordt bepaald. Vaak is een CNC-machine tot veel hogere nauw­keurigheden in staat, maar moet dit in de software worden vrijgeschakeld. In dit opzicht begint de CNC-machine op een auto te lijken, waar hetzelfde blok in de ene uitvoering meer vermogen levert dan in de andere, louter door een andere programmering.

INDUSTRIE 4.0

De integratie van een OPC-UA-server, waarmee data kunnen worden uitgewisseld, raakt eveneens in zwang. Het open karakter van een CNC-besturing wordt pas echt essentieel als het om Industrie 4.0 gaat. Open standaarden en open interfaces zorgen er dan voor dat ook apparaten van derden aangesloten kunnen worden. Momenteel is er slechts één leverancier van CNC-besturingen die een volledig open interface aanbiedt: Rexroth.

Configureren

Omdat Open Core-engineering de combinatie is van PLC-gebaseerde engineering en IT-automatisering, krijgt een machinebouwer of een system integrator direct toegang tot de besturing en de drives. Dit concept slaat daarmee een brug tussen de traditionele PLC-technologie en de informatietechnologie. Het programmeren van nieuwe functies wordt vereenvoudigd met een SDK-kit (software development kit), met bibliotheken van voorgeprogrammeerde functies. In plaats van functies te programmeren, schuift het maken van nieuwe functies op richting configureren. Dat scheelt de machinebouwers tijd en kosten. De besturing kan hiermee ook vergaand geïndividualiseerd worden.

Smartphones, tablets en apps

Deze interface zorgt er tevens voor dat smartphones en tablets naadloos geïntegreerd kunnen worden in de machineconcepten om de bediening ervan te vergemakkelijken. De smartphone gaat dan als nieuwe, moderne HMI fungeren, inclusief het gebruik van apps. Ook service engineers krijgen met eigen apps sneller en eenvoudiger toegang tot de CNC-besturing om storingen te achterhalen.

INTUITIEVE BEDIENING

De ontwikkelingen in de mobiele communicatie-industrie hebben hun weerslag op de HMI’s van de machines. Besturingen moeten eenvoudiger bedienbaar worden. Daardoor nemen de schermen in formaat toe, is swipen een standaard geworden en is de bediening intuïtief, doordat de HMI alleen de informatie toont die op dit moment van belang is. Op de achtergrond draaien complexe algoritmen en in sommige gevallen al artificiële intelligentie. Op de voorgrond moet de besturing steeds eenvoudiger worden, doordat de vakkennis schaarser wordt.

Smartphone als benchmark

Sommige machinebouwers die hun eigen besturing ontwikkelen, gaan hierin zover dat ze de operator een soort reuzensmartphone aanbieden, waarop slechts een beperkt aantal parameters kan worden ingesteld. Eigenlijk zetten alle grote besturingsfabrikanten in op intuïtief te bedienen systemen, waarbij het gemak waarmee mensen hun smartphone bedienen, vaak als benchmark wordt gezien. Swipen om door een NC-programma van vele honderden regels te bladeren, is allang geen uitzondering meer. Alles is erop gericht om de complexe bewerkingen te programmeren aan de hand van zo weinig mogelijk parameters, op een begrijpelijke manier aangeboden aan de operator.

MACHINE LEARNING

Technologieën zoals Machine Learning en Artificiële Intelligentie spelen eveneens een grote rol. Machine Learning wordt ingezet om data al in de besturing te analyseren en deze te presenteren aan de operator of om op basis hiervan zaken bij te sturen. Een ander aspect waar sommige ontwikkelaars sterk op inzetten, is dataprotectie. Nu procesketens steeds meer digitaal worden, wordt de bescherming van data belangrijker. Hoewel deze softwaremodules in eerste instantie vooral bedoeld zijn om oneigenlijk datagebruik buiten de supply chain te voorkomen, kan deze software ook gebruikt worden om automatisch te bepalen hoeveel stukken van een onderdeel een machine mag maken. De CNC-besturing belemmert de productie als van een bepaald werkstuk het door de engineer ingegeven maximum is gefreesd of gedraaid. Traceability is daarmee uiteraard vanzelfsprekend.

ARTIFICIELE INTELLIGENTIE

Om de combinatie van hoge bewerkingssnelheden en precisie te waarborgen, passen de ontwikkelaars van de besturingen steeds vaker Artificiële Intelligentie (AI) toe.

Productiviteit

Het gaat er vooral om de acceleratie en de vertraging van de aandrijfassen soepeler te laten verlopen, zodat de overgangen die men soms ziet in het werkstuk, vermeden worden, terwijl de dynamische capaciteit van de machine wel ten volle wordt benut. Versnellen en weer snel afremmen zijn ook belangrijk om de maximale productiviteitswinst te boeken met nieuwe freesstrategieën zoals trochoïdaal frezen, het afschillen van het materiaal.

Vooruitlezen

Naast minder gereedschapsslijtage levert de strategie weliswaar tijdwinst op, maar niet wat men er vaak over leest. Dergelijke resultaten worden pas bereikt als een machine is uitgerust met adaptieve voedingscontrole, en daarin speelt de besturing met AI een rol. Wat hierbij een kritische factor is, is het aantal blokken dat de besturing vooruit kan lezen.

Wie hoge eisen stelt aan de CNC-machine, moet hier bij een investering goed op letten. Niet elke besturing kan evenveel blokken NC-code vooruit lezen. Dit is wel een cruciale factor: hoe meer blokken de besturing vooruit kan lezen, hoe beter de machine om kan gaan met moderne freesstrategieën. Functies zoals de automatische aanpassing van de voeding zijn gebaseerd op het vooruit lezen van de blokken met codes. AI speelt eveneens in toenemende mate een rol als het gaat om het bewaken van gereedschapsslijtage aan de hand van de gemeten belasting van de spindel.