Transitie naar de cloud opent mogelijkheden voor procesverbetering

CAD en CAM: de scheiding wordt alsmaar diffuser

Het platform, de simulatie en duurzaamheid. Dat lijken de drie trefwoorden te zijn die komende jaren de CADCAM-wereld domineren. Niet de cloud? Dat woord kan men op dezelfde lijn plaatsen als het platform. De trend is dat software richting een platform gaat. En wie denkt dat Kunstmatige Intelligentie (AI) vergeten is in dit rijtje: AI is eigenlijk de motor achter simulatie. En wat is een neveneffect van al deze ontwikkelingen? De scheiding tussen CAD- en CAM-ontwikkelaars wordt diffuser.

Ontwikkelingen

De ontwikkeling van CAD-software is jarenlang gericht geweest op het vereenvoudigen van het ontwerpproces. Sinds enkele jaren is er een verschuiving merkbaar. CAD-software gaat naar de cloud, of beter gezegd naar een platform. Er worden tal van functies toegevoegd, met name gericht op het doen van simulaties, het creëren van een doorlopende digitale workflow en het vereenvoudigen van communicatie tussen de betrokken partijen.

Tegelijkertijd lag bij de CAM-pakketten lange tijd de nadruk op zaken als feature herkenning, om het programmeren zover mogelijk te automatiseren, en de integratie van geavanceerde freesstrategieën. Met die laatste kan men relatief eenvoudig bewerkingen uitvoeren die handmatig nauwelijks of helemaal niet geprogrammeerd kunnen worden. Denk aan trochoïdaal frezen of het 5-assig simultaan frezen van vrijvorm vlakken. Maar CAM-ontwikkelaars verbreden hun scope eveneens.

Besparen op hardware

Software as a Service (SAAS) is al jaren aan een opmars bezig in de software-industrie. Dat geldt in toenemende mate ook voor de CADCAM-wereld. Door te betalen voor het gebruik en niet langer een licentie te kopen, kunnen bedrijven sneller en goedkoper opschalen als ze meer CAD-werkplekken nodig hebben.

Voor kmo’s ligt een groot besparingspotentieel in de overstap naar CAD-software op eigen servers

Bedrijven besparen daarnaast op hardwarekosten, want software in de cloud gebruiken vraagt een snelle internetverbinding in plaats van snelle en daardoor dure hardware. Het beheer van deze IT-infrastructuur wordt eveneens eenvoudiger, voor zowel de aanbieders als de gebruikers.

Met name voor de kmo’s ligt hier een groot besparingspotentieel door over te stappen van CAD-software die op eigen servers draait naar het gebruik van een platform in de cloud. Met incentives verleiden de platformaanbieders hun klanten meer en meer om deze stap te zetten. En een voordeel dat bedrijven stilaan beginnen in te zien, is dat men met zo’n cloudoplossing vaak beter beschermd is tegen cybercriminaliteit dan met een eigen server. Cijfers over de verhouding cloud- en licentiegebruikers zijn er niet, maar bij alle ontwikkelaars ligt de nadruk tegenwoordig op de cloudplatformen.

Digital twin

Anno 2023 kan men nog twee argumenten toevoegen aan het lijstje argumenten waarom CAD-gebruikers naar een platform annex cloud overstappen: simulatie en de digitale tweeling. De onderliggende trend is Internet of Things: alles wordt digitaal aan elkaar geknoopt.

Een onmiskenbare trend in CAD is het gebruik van simulatiegestuurd ontwerpen. Enkele jaren geleden werd dit dikwijls in samenhang met 3D-printen gepresenteerd, maar ondertussen kan men ook voor andere productietechnieken algoritmen en een design laten ontwerpen dat voldoet aan de belangrijkste uitgangspunten. Hierdoor automatiseert men het ontwerpproces voor een deel en komt men sneller tot een optimaal design, ongeacht het doel dat voorop staat.

Deze simulatietools kunnen enkel draaien door het gebruik van Kunstmatige Intelligentie (AI) én de rekenkracht van krachtige computers. De cloud leent zich hiervoor als geen andere oplossing. Door de software op een platform aan te bieden in de vorm van apps, worden deze tools bovendien toegankelijker voor het brede publiek. In feite schuift het platform op richting wat we gewend zijn van smartphones. Op het eenmaal gekozen platform (Android of IOS) vind je tal van apps, van nu nog de platformaanbieders maar in de toekomst wellicht ook van derden.

De rol van Kunstmatige Intelligentie neemt ook bij het programmeren van de machines toe. CAM-software programmeert een steeds groter deel van het werk, zodat de CAM-programmeurs hun aandacht kunnen richten op complexe taken, bewerkings- en productiestrategieën en kwaliteitscontrole.

Deze trend zorgt er wel voor dat in de toekomst andere vaardigheden van medewerkers worden gevraagd. Ze moeten inzicht krijgen in hoe algoritmen werken, in het interpreteren van data en in het nemen van beslissingen op basis van wat AI aangeeft en hun eigen ervaringen. Interessant is dat bij Fraunhofer IPT in Aken een systeem wordt ontwikkeld om juist de kennis van de CNC-operator digitaal vast te leggen en deze samen te voegen met de digitale kant van het proces.

Digital thread

De platformen spelen om nog een andere reden een belangrijke rol in de waardeketens van de maakindustrie. Informatie wordt alsmaar meer digitaal uitgewisseld. Orders, tekeningpakketten, specificaties: steeds vaker gaan ze digitaal de keten door. Dat kan door bijvoorbeeld STEP-files of pdf-bestanden uit te wisselen.

Het risico bestaat dan echter dat een van de partners in de keten niet het meest actuele bestand gebruikt. De platformen van de CAD-ontwikkelaars schuiven daarom op in de richting van een communicatieplatform à la Facebook waarin betrokken partijen in een afgeschermde omgeving data uitwisselen en met elkaar communiceren.

De digital thread, de doorlopende digitale connectie in een keten, vereist één dataset die de echte is en waar iedereen mee werkt. Zodra er iets wijzigt, beschikt iedereen over de meest actuele gegevens. Hiermee zijn we eigenlijk in de wereld van PLM aanbeland (Product Lifecycle Management). De platformen nemen dit voor een deel over.

Een trend in CAD is het gebruik van simulatiegestuurd ontwerpen

Een knelpunt blijft het uitwisselen van bestanden als niet alle ketenpartners op hetzelfde platform werken. Zolang dat wel het geval is, verloopt de bestandsuitwisseling vlekkeloos. Werken partijen in een multi-CAD-omgeving, dan is digitale communicatie nog steeds mogelijk, maar minder eenvoudig.

Een recent onderzoek door PTC laat zien dat gemiddeld binnen een OEM 2,7 verschillende CAD-systemen worden gebruikt en daarbuiten nog veel meer. En dan is het lastig om modellen te importeren (vindt 49%), te bewerken (vindt 59%) of om ze te gebruiken voor feature herkenning of andere vormen van automatisering (vindt 42%).

Voor toeleveranciers is dit een struikelblok, omdat ze vaak voor verschillende partijen werken die elk hun eigen platform gebruiken. CAD-ontwikkelaars brengen wel tools op de markt om modellen uit andere CAD-systemen te lezen, toch doet wie investeert in een CAD-platform er goed aan om hiernaar te kijken en eventueel rekening te houden met het platform waarop de grootste klanten zitten.

Duurzaamheid

Er komt nog een ander aspect bij waarom CAD komende jaren verder richting de platformen gaat: duurzaamheid. Grote OEM’s hebben vanaf volgend jaar te maken met Europese regelgeving die hen dwingt om de carbon footprint van hun producten in kaart te brengen en hierover te rapporteren. Dit houdt verband met de Green Deal-wetgeving van de EU.

OEM’s zullen hun toeleveranciers vragen naar de carbon footprint van de onderdelen die ze aanleveren. Deze vraag zal de komende jaren verder doordringen in de ketens, om uiteindelijk ook bij de kmo’s te belanden. Daarnaast hebben alsmaar meer OEM’s de ambitie om een net zero bedrijf te worden: tegen 2040 willen ze geen CO₂ meer uitstoten.

Ontwikkelaars van CAD-software zien hierin een nieuwe kans, namelijk duurzaamheid integreren. Hiermee krijgt de design engineer tijdens het ontwerpproces al inzicht in de voetafdruk van het onderdeel, op basis van materiaal en productietechnologie. Met diepere analyses zullen deze nauwkeuriger zijn, maar ook veel meer data vergen.

Uiteindelijk zal de digitale tweeling een essentiële rol spelen in het verduurzamen van producten en de maakindustrie. Met zo’n Digital Twin kan men straks bijvoorbeeld via een van de simulatietools op het platform analyseren wat de meest energie-efficiënte bewerkingsstrategie is. Of bewerkingsstrategieën en zelfs machines met elkaar vergelijken.

Van CAD naar CAM

CAM-software, om de bewerking op een CNC-machine te programmeren, is tot nog toe vooral het domein van ontwikkelaars die losstaan van de CAD-ontwikkelaars. Dit verandert echter. Steeds meer ziet men in CAD-software ook CAM-mogelijkheden komen. De CAD-ontwikkelaars kiezen ervoor om deze zelf te gaan ontwikkelen vanwege de digital thread die men wil creëren.

Elke conversie levert een foutkans op; elke keer dat data handmatig moeten worden overgenomen, ontstaat het risico op een fout. Een gevolg van deze ontwikkeling - of een bewuste strategie van de aanbieders - is wel dat gebruikers alsmaar dieper in een bepaald platform worden gezogen.

Tegelijkertijd verbreden CAM-ontwikkelaars hun werkgebied richting de digitalisering van de bewerkingsprocessen in een machinefabriek. Dit doen ze onder andere door op te schuiven richting MES-systemen (Manufacturing Execution Systems), een oplossing waar grote bedrijven al langer hun productie plannen en aansturen, maar in de kleinere bedrijven nog amper voet aan de grond heeft gekregen.

De integratie in één platform maakt het makkelijker om data vanuit het CAM-programma, zoals NC-programma’s en gereedschapslijsten, door te sturen naar de planningssoftware. Bedrijven zetten daarmee een nieuwe stap op het vlak van digitalisering. Deze trends geven aan dat alle partijen inzien dat de digital thread, de doorlopende datastroom, cruciaal wordt in de maakindustrie.

Interessant is om te zien wie hierin de dominante partij wordt: de platformaanbieders of de CAM-ontwikkelaars die als tegenreactie hun eigen oplossingen aanbieden? Want een derde partij in dit speelveld zijn de aanbieders en de machinefabrikanten die alsmaar meer CAM-functionaliteiten in hun besturing integreren.

Wie kan meekomen?

Samengevat kan men stellen dat de digitalisering in de CADCAM-wereld versnelt. Dat leidde onlangs in een onderzoek door de Nederlandse bank ABN AMRO naar de verspanende industrie in Nederland tot enige bezorgdheid. De digitalisering vergt, net als de robotisering en de aankoop van nieuwe machines, veel financiële daadkracht van de kleinere verspanende bedrijven. Hebben ze hier voldoende middelen voor?

De fysieke en virtuele werelden komen samen

De onderzoekers verwachten dat hierdoor de kloof met de grotere bedrijven vergroot. Deze zijn bezig hun volledige proces te optimaliseren, waardoor ze tegen lage kosten kunnen werken. Of banken bereid zijn om investeringen in nieuwe technologieën te financieren, hangt af van verschillende factoren, waaronder het bedrijfsplan en de financiële stabiliteit van het bedrijf.

Daarom is het belangrijk voor bedrijven om een duidelijk en gedegen businessplan te hebben en in staat te zijn om de voordelen van de investering in nieuwe technologieën aan te tonen. Bedrijven kunnen investeringen in technologieën prioriteren die de grootste impact hebben op hun activiteiten en bottom line. Dit kan een kosten-batenanalyse inhouden om te bepalen welke technologieën het grootste rendement op investering zullen opleveren.

Virtuele modellen

Kunstmatige intelligentie vereenvoudigt het programmeren in die zin dat de software taken van de CAM-programmeur overneemt. Steeds vaker ziet men in CAM-software opties als best fit, waarmee het nauwkeurig uitklokken van het werkstuk op de machine minder van belang is.

Met een 3D-meettaster wordt de positie bepaald en de software past het NC-programma hiervoor aan. Dankzij de digitale tweeling van de machine kan daarna een simulatie worden gedaan om botsingen te voorkomen. Het gebruik van virtuele modellen van CNC-machine en werkstuk dient om de bewerking vooraf te simuleren en optimaliseren.

De digitale en virtuele werelden komen samen. Dit ziet men ook door de toepassing van VR en AR (Virtual en Augmentend Reality) in CADCAM-software. Een onderzoek door het Fraunhofer Institute for Factory Operation and Automation (IFF) in Duitsland heeft aangetoond dat het gebruik van AR-technologie kan leiden tot een vermindering van foutpercentages met 50%.

AR kan bijvoorbeeld gebruikt worden om operators snel inzicht te geven in de bewerkingsstatus van machines, maar ook om te controleren of het werkstuk correct is opgespannen. Bij AR als tool in kwaliteitscontrole wordt er direct een link gelegd naar het CAD-model dat virtueel op het werkstuk wordt geprojecteerd. Het fysieke en virtuele komen samen.