SIEMENS i FANUM: game changers 5-osiowej obróbki dla najbardziej wymagających

Która firma jest na tyle kompetentna, żeby dostarczać maszyny dla Renishaw?

W świecie maszyn CNC jest kilka takich firm, których marka, pozycja, znaczenie oraz oferowane portfolio jest nie do podważenia. Jeśli chcemy coś zmierzyć w trakcie realizacji programu NC, to zwykle wykorzystujemy do tego celu sondy pomiarowe Renishaw. Gdy uruchamiamy nową maszynę, do pomiaru jej geometrii używamy przeważnie wyposażenia dostarczonego przez Renishaw. A co w sytuacji, kiedy to Renishaw chce zamówić obrabiarkę na swoje własne potrzeby? Z oferty firmy SIEMENS wybiera najbardziej innowacyjne sterowanie numeryczne, digital native CNC – SINUMERIK ONE i polskiego producenta obrabiarek 5-osiowych, firmę FANUM.

Wielopole, Wielopole

Wielopole Skrzyńskie przez wiele lat kojarzono głównie z tytułem spektaklu oraz jego reżyserem Tadeuszem Kantorem, znanym na całym świecie twórcą Teatru Cricot 2. Teraz Wielopole rozsławia firma FANUM, która na polskim rynku zaistniała w 2007 roku.

Kiedy na początku lat 90 XX wieku grupa inżynierów rozpoczęła budowę skomplikowanych maszyn i urządzeń niezbędnych w produkcji elementów drewnianych, produkcji obrabiarek CNC nie było nawet w planach. Te pojawiły się odrobinę później, ale już od samego początku w formie skomplikowanych 5-osiowych obrabiarek z autorskim oprogramowaniem CNC, pierwszych tego typu maszyn powstałych w Polsce.

Kurtyna w górę!

Świat staje się cyfrowy w coraz większym stopniu. Chcemy szybciej, lepiej, taniej. SIEMENS wychodzi naprzeciw tym oczekiwaniom, wprowadzając na rynek pierwsze w pełni cyfrowe sterowanie SINUMERIK ONE – digital native CNC. Sterowanie to charakteryzuje się wieloma unikalnymi cechami i wyznacza trendy na kolejnych kilkadziesiąt lat. SINUMERIK ONE z dumą zastępuje rodzinę SINUMERIK 840D SL, której zejście ze sceny musiało w końcu nastąpić.

Multimedia zastępują kina i teatry, awatary – aktorów, sieć internetowa i audiobooki wypierają książki i czasopisma w wersji papierowej. W świecie maszynowym taką innowacją jest możliwość uruchomienia kompletnej maszyny CNC w wirtualnym środowisku przy pomocy cyfrowego bliźniaka obrabiarki zanim ona jeszcze fizycznie powstanie.

Testowanie programu NC, PLC, sprawdzanie założeń konstrukcyjnych, optymalizacja układów i obserwowanie ruchów modelu 3D maszyny odbywa się na ekranie komputera. Rewolucja dzieje się na naszych oczach, a to dzięki platformom Create MyVirtual Machine oraz Run MyVirtual Machine.

Firma RENISHAW jest klientem wymagającym i współpracuje z firmą SIEMENS od lat na wielu polach. Ma dobre rozeznanie w tym, co na rynku jest warte zainteresowania i który system sterowania zapewnia najwyższe parametry oraz gwarantuje implementację najnowszych możliwości technologicznych. Kiedy firma podjęła decyzję o zakupie nowej, dedykowanej obrabiarki 5-osiowej, było oczywiste, że musi być ona wyposażona w SINUMERIK ONE.

Obrabiarki budowane przez FANUM to maszyny o unikalnych cechach, często budowane dla realizacji konkretnych zadań produkcyjnych i bardzo wyraźnie określonych potrzeb klientów. Jednak w ofercie firmy nigdy nie było maszyny z systemem SINUMERIK. Uruchomiona w maju 2023 r. LAMBDA GT dla RENISHAW była tą pierwszą i – jak się szybko okazało – nie ostatnią.

Konfiguracja tej maszyny wykracza daleko poza standardowe rozwiązania. Lambda GT, projektu Fanum, powstała jako maszyna dedykowana do pięcioosiowej obróbki skomplikowanych modeli i form.

Otwarta konstrukcja maszyny, oparta o stały stół roboczy, bardzo szybko przyjęła się na rynku i jest od wielu lat jednym z najlepiej sprzedających się modeli polskiego producenta maszyn. Bardzo masywny suport porusza się na czterech filarach napędzanych silnikami, które stanowią pary pracujące w tandemach (układ podwójnego „gantry”).

Rozwiązanie to umożliwia aktywne kasowanie luzów zwrotnych przy zachowaniu doskonałej dynamiki osi. Układ podwójnej bramy zamyka głowicę skrętno – uchylną niejako w klatce, zapewniając odpowiednio wysoką sztywność układu przy wymagającej obróbce. Obrabiarka sprawdza się w przy materiałach miękkich, jak pianki czy żywice, ale także przy obróbce kompozytów i aluminium.

Maszyna jest wyposażona w bogate opcje software’owe, w tym SINUMERIK ONE Dynamics 5-axis Milling oraz rozbudowaną wersję funkcji pomiarowych, OPC UA, Advanced Position Control, Friction Compensation czy Run MyHMI.

Wyjątkowo interesującym przykładem cyfrowych rozwiązań, które mają bardzo praktyczne zastosowanie w pracy obrabiarki, jest kompensacja wolumetryczna (przestrzenna). SIEMENS zaimplementował w SINUMERIK ONE opcję VCS-A5-plus pozwalającą na opisanie całej siatki układu współrzędnych obrabiarki drobnymi korekcjami w celu uzyskania w trakcie obróbki niemal idealnej geometrii obszaru obróbczego. Uzyskane z pomiarów konstrukcji dane zostały wprowadzone do systemu sterowania, co natychmiast znalazło swoje odzwierciedlenie w dokładności pozycjonowania maszyny. Opcja kompensacji wolumetrycznej może być zastosowana nie tylko w nowych maszynach, ale też tych już użytkowanych, oczywiście pod warunkiem, że są one wyposażone w system sterowania SINUMERIK.

SINUMERIK ONE z zastosowanymi opcjami zapewnia osiągnięcie wyjątkowej otwartości systemu dla użytkownika maszyny, wspiera nie tylko procesy obróbcze, ale także tworzenie dedykowanych masek ekranowych oraz uzyskiwanie dodatkowych funkcjonalności i pomocy dla operatorów czy technologów/programistów.

Skalowalność SINUMERIK ONE i możliwość konfigurowania go poprzez wybieranie z bogatej oferty komponentów hardware’owych i software’owych było głównym celem firmy FANUM, co umożliwiło przejście na wyższy poziom jakości i możliwości obróbczych obrabiarki.

Sztuka przez duże S

Jak w krótkim czasie zbudować maszynę, zaprogramować ją, uruchomić, przeprowadzić wszystkie wymagane testy i jeszcze mieć czas na wykonanie kilku dokumentujących fotek na koniec? Odpowiedzią jest przeniesienie prototypu tej maszyny do wirtualnej rzeczywistości. LAMBDA GT właśnie tak powstawała.

Przekazane przez FANUM bryły maszyny z programu CAD zostały przez naszego specjalistę umieszczone w wirtualnym środowisku i ożywione za pomocą narzędzi Create MyVirtual Machine (moduły Operate i 3D) w połączeniu z SINUMERIK ONE. W ten sposób można było stworzyć program PLC w środowisku TIA Portal dla sterownika S7-1500F, testować go i de facto uruchamiać bez konieczności dostępu do realnej maszyny. Testowanie obejmowało nawet użyte w maszynie zaawansowane funkcje bezpieczeństwa.

Na tej samej wirtualnej maszynie odbywało się również szkolenie zespołu specjalistów pracujących nad układami sterowania. Jak widać, oczekiwanie na dostawę sprzętu nie stanowi obecnie żadnej przeszkody w prowadzeniu prac inżynierskich i wdrażaniu prototypu.

Za kulisami spektaklu

Platformy Create MyVirtual Machine oraz Run MyVirtual Machine firmy SIEMENS poprzez Open API pozwalają na integrację z dowolnymi oprogramowaniami CAD/CAM, poza tym odwracają konwencjonalny proces projektowy, skracając niebywale czas wprowadzania obrabiarki na rynek. Do symulacji nie używamy emulacji działania sterowania, lecz wirtualnego rdzenia (kernel) NC SINUMERIK, identycznego jak w rzeczywistej obrabiarce.

Zatem cyfrowy bliźniak stworzony na platformach Create Run MyVirtual Machine oraz Run MyVirtual Machine to odwzorowanie rzeczywistego systemu sterowania numerycznego maszyny wraz z działaniem PLC, przetwarzaniem danych napędowych, danych NCK, działaniem procesów systemu w tle, peryferii, funkcjonalnym panelem użytkownika HMI, a także spersonalizowaną klawiaturą maszynową. I co najważniejsze, taki bliźniak cyfrowy pojawia się już przed powstaniem maszyny, a nie dopiero po!

Fakt ten jest główną zaletą całej operacji. Pozwala na równoległe opracowywanie kilku zagadnień oraz tworzenie kilku wariantów jednego rozwiązania w tym samym czasie. Przygotowanie maszyny w środowisku wirtualnym umożliwia wykrycie różnych błędów i potencjalnych niedoskonałości jeszcze na etapie niemal bezkosztowych operacji. To trochę jak ocena gry aktorów zanim pojawią się oni na scenie. Spektakl się jeszcze nie zaczął, a już wiadomo, czy będzie udany.

Za górami, za lasami, za wielkim morzem…

Maszyny najczęściej wysyłane są do odległych krajów. LAMBDA GT z SINUMERIK ONE też pojechała za morze. Wysłanie za granicę pierwszej maszyny, którą wyprodukowało się z nowym systemem sterowania, jest postrzegane jako bardzo ryzykowne. Bo daleko, bo koszty serwisu… Czy aby na pewno?

Cyfrowy bliźniak maszyny pozostał przecież na miejscu. Można na nim testować praktycznie wszystko. W czasach wszechobecnych sieci komputerowych zdalny dostęp do maszyny nie jest wyzwaniem. Narzędzia inżynierskie i możliwości techniczne SINUMERIK ONE pozwalają na prowadzenie serwisu i parametryzacji, modyfikowania PLC czy danych maszynowych z siedziby firmy. Oczywiście ewentualna wymiana uszkodzonego hardware’u musi być wykonana przez kogoś znajdującego się przy maszynie, ale całej diagnostyki można dokonać bez konieczności przemieszczania się.

Gramy też na dużej scenie

Cyfrowy bliźniak tworzony lub odtwarzany na platformach Create MyVirtual Machine oraz Run MyVirtual Machine pozwala na jeszcze więcej. Platformy te uzbrojone w moduł SIMIT oraz NX Mechatronic Concept Designer (MCD) dają możliwość symulowania nie tylko sygnałów dyskretnych, ale też procesów ciągłych, czyli wejść/wyjść analogowych współpracujących z czujnikami na maszynie, nadawania obrabiarce pełnej fizyki bryły sztywnej wraz z siłami bezwładności działającymi na układ kinematyczny. Zatem działanie maszyny będzie zmieniało się w zależności od w pełni konfigurowalnych parametrów wielkości fizycznych: temperatury, hydrauliki, pneumatyki, smarowania i każdego innego procesu ciągłego stworzonego przez producenta.

Wyobraźnia wyzwolona

Cyfrowy bliźniak to nie tylko efekt fascynacji człowieka wirtualną rzeczywistością. Wykorzystanie go przynosi wymierne korzyści: można zobaczyć jak dana maszyna będzie wyglądała, jak będzie działała, jakie będą jej funkcje. I to bez użycia nawet jednego grama metalu do budowy konstrukcji.

Wirtualny SINUMERIK ONE ożywi wirtualną obrabiarkę. Przetestujemy program PLC bez zakupu jednostki centralnej czy nawet pojedynczego układu wejść/wyjść. Wykonamy w wirtualnym środowisku realny program obróbczy i sprawdzimy w jakim czasie zostanie on wykonany (różnice pomiędzy czasem maszyny wirtualnej a realnej na poziomie poniżej ułamka procenta!).

To nie wszystko. Na następnym poziomie abstrakcji jest wirtualne uruchomienie obrabiarki, dzięki któremu możemy do prototypu wgrać z pamięci USB kompletny zestaw danych maszynowych i – jeśli dopełniliśmy wszelkich formalności – obrabiarka powinna praktycznie od razu poprawnie działać.

Akcja sztuki „Wielopole, Wielopole” Tadeusza Kantora rozgrywa się w Pokoiku Wyobraźni. SINUMERIK ONE i środowisko, w którym powstał i funkcjonuje, umożliwia nam rozszerzenie granic wirtualnego pokoiku bardzo daleko. To tylko kwestia fantazji… oraz nowoczesnych narzędzi dostarczanych przez firmę SIEMENS.

Efekty specjalne

Wszystkie elementy spektaklu muszą idealnie ze sobą współgrać i się uzupełniać. Operatorom i użytkownikom maszyn oferuje się kolory, aplikacje, dedykowane rozwiązania. SINUMERIK ONE wpisuje się w te tendencje. Ekrany graficzne, rozwijalne boczne ekrany pomocnicze, trójwymiarowa symulacja, obsługa ekranu gestami (jak na typowym smartfonie), praca w sieci, wyświetlanie dokumentów, podłączenie kamer umożliwiających podgląd obszaru roboczego na ekranie systemu sterowania, obsługa dowolnego oprogramowania CAM z poziomu obrabiarki… SINUMERIK ONE naprawdę dużo potrafi.

Czy to koniec spektaklu?

Dla entuzjastów mamy jeszcze w ofercie rozwiązania z wykorzystaniem Edge Computing (tzw. Industrial Edge for Machine Tools). Służą one do zbierania danych o tym, co się dzieje na obrabiarce w celu dokonania ich analizy. Dla przykładu przy pomocy systemów wizyjnych możliwa jest nauka sieci neuronowych o poprawnie i niepoprawnie założonych mocowaniach przez operatorów czy też roboty, monitorowanie wszelkich danych produkcyjnych, w tym szybkozmiennych o krótkim czasie próbkowania (wyznaczanym przez cykl interpolatora), danych o napędach przekształtnikowych, silnikach serwo, zużyciu energii czy optymalizacja procesu obróbki… I to nadal nie wszystko.

Istnieje też system Optimize MyMachining/AdaptiveControl (adaptacyjne sterowanie prędkościami osi w trakcie obróbki), który – monitorując parametry wrzeciona – „podkręca posuw” w celu skrócenia czasu obróbki, z równoczesnym monitoringiem ewentualnych uszkodzeń narzędzi obróbczych (żegnajcie braki materiałowe itp.).

Dla miłośników małych i przydatnych gadżetów mamy SINUMERIK Powerride handwheel. To krzyżówka typowego potencjometru z przyciskiem startu, zestawem kolorowych lampek i haptycznym sprzężeniem zgodnie z ustalonymi zakresami ustawienia.

Operator nie musi już odrywać ręki od pulpitu MCP (Machine Control Panel). Może skupić się na obserwacji obszaru obróbczego, co jest szczególnie ważne przy wdrażaniu nowego programu na maszynie. START, STOP, realizacja następnego bloku, szybciej/wolniej, funkcja kontroli haptycznej (drgań) potencjometrów przy zmianach z 0% na 100% i powyżej, pozwalająca poczuć, że ustawiono zbyt dużą wartość. Prościej, bezpieczniej, a przy tym z funkcją Configured STOP wpisaną w nowy Powerride mamy możliwość opisania opcjonalnego STOP dowolną jego konfiguracją, np. z przejść G0 na G1, z G1 na G0.

Bis, bis! – czyli biznes i sztuka

Każda sztuka wymaga sceny, aktorów i publiczności. W tym trójkącie odbywa się cała magia. Miarą sukcesu, czy sztuka się spodobała, czy też szybko zejdzie z afisza, są nowi widzowie, zachęceni przez tych poprzednich.

Proponowane rozwiązania mają usprawnić procesy powstawania i testowania maszyn, przyspieszyć ich produkcję. Cyfrowy bliźniak jest tylko jednym z aktorów tej sztuki. Pozwala na prowadzenie prac konstrukcyjnych i programistycznych w czasie, kiedy maszyny fizycznie jeszcze nie ma. Z jego pomocą można też pokazać przyszłemu klientowi, jak będzie wyglądać czy działać zamówiona przez niego maszyna z uwzględnieniem szczegółów, np. masek ekranowych i wyświetlanych na nich komunikatów. Już nie trzeba sobie tego wyobrażać, aczkolwiek wyobraźnia wsparta wiedzą inżynierską pozwoli ten wirtualny model stworzyć.

Firma SIEMENS jest nastawiona na budowanie długotrwałych i stabilnych relacji z producentami maszyn. Od pierwszej wizyty i prezentacji sprzętu, poprzez cały proces uruchomienia, aż do ostatniego testu przed wysyłką maszyny do klienta. Wyprodukowanie przez FANUM obrabiarki LAMBDA GT jest wzorcowym przykładem tej metodologii postępowania.

FANUM zdecydowanie postawił na stosowanie systemów SINUMERIK począwszy od modelu ONE. Najnowszy model sterowania i do tego przeznaczony dla tak wymagającego klienta, jakim jest RENISHAW. Po etapie prezentacji sprzętu, w toku dyskusji technicznych, dopracowano zestaw komponentów dla tej konkretnej maszyny. Od tego momentu prace toczyły się na trzech równoległych polach: realizacji zamówień, projektowaniu i powstawaniu konstrukcji mechanicznej oraz przy szkoleniu i programowaniu z użyciem cyfrowego bliźniaka.

Zapewnienie dedykowanej opieki technicznej i szkoleniowej, realizowanej wyłącznie lokalnymi siłami specjalistów firmy SIEMENS, pełny dostęp do dokumentacji i oprogramowania, wsparcie uruchomieniowe na miejscu, a także pomoc w tworzeniu projektu PLC i optymalizacji napędów, pozwoliły firmie, która nigdy dotąd nie stosowała układów SINUMERIK w swoich obrabiarkach, na przygotowanie maszyny „od zera” w rekordowym czasie.

Czy w tej sztuce będzie bis? Mamy przyjemność ogłosić, iż już trwa: Fanum aktualnie realizuje zamówienie na kolejne maszyny typu Lambda GT dla tego samego klienta, o jeszcze bardziej skomplikowanej specyfikacji i oczywiście również z sterowaniem SINUMERIK ONE.

Jeśli są Państwo zainteresowani, chętnie pomożemy wystawić także Waszą sztukę. I to też będzie sukces kasowy. SINUMERIK ONE to gwiazda pierwszej wielkości, warta zatrudnienia.

Pomocne linki:

www.siemens.pl/SINUMERIK
www.siemens.pl/CNC4you
www.siemens.pl/retrofit
www.siemens.pl/szkoleniaCNC
www.siemens.pl/maszynyzSINUMERIK
www.siemens.com/Xcelerator

Dział Digital Industries MC MTS / SIEMENS Sp. z o. o.

email: automatyka.pl@siemens.com