Optymalizacja pracy maszyn CNC w otoczeniu produkcyjnym

Oprócz weryfikacji podczas fizycznych testów produkcyjnych symulatory są aktualnie najlepszą metodą na sprawdzenie poprawności zaprojektowanego programu obróbczego w kontekście najistotniejszych parametrów: jakości wykonania i szybkości produkcji, a czasami także ilości zużytego materiału. W konsekwencji wykorzystanie symulatorów pozwala na: wyeliminowanie przewidywalnych kolizji oraz sytuacji bliskich kolizji, przyspieszenie czasu wdrożenia, sprawdzenie możliwości obróbczych maszyny przy nastawieniu różnych parametrów produkcyjnych i technologicznych, skrócenie czasu cyklu produkcyjnego oraz poprawienie wydajności, odpowiednie dostosowanie prędkości posuwu, zminimalizowanie zużycia narzędzi skrawających i finalnie zwiększenie produktywności [3].

Teoria a praktyka – monitorowanie wykonania programów

Optymalny program obróbczy z pewnością jest kluczem do sukcesu w kontekście podejścia ekonomicznego do obróbki skrawaniem. Pozwala zaoszczędzić czas pracy maszyn i dzięki temu wykonać większą liczbę detali w danym przedziale czasu, bez konieczności ustępowania tym samym na polu jakości wyrobu.

Praca technologów CNC jest więc w tym zakresie niezwykle istotna i każda godzina poświęcona na optymalizację procesu zwraca się wielokrotnie w czasie trwania produkcji, szczególnie w kontekście produkcji masowej, gdzie raz opracowana ścieżka wdrażana jest w życie tysiące razy. Kluczowym elementem jest jednak upewnienie się, że zaprojektowana przez technologa ścieżkę faktycznie można zaimplementować w rzeczywistości. Okazuje się bowiem, że nie zawsze tak jest. Realnie w przypadku większych zakładów technolog nie ma wpływu na to, co dzieje się na produkcji. Przygotowywane więc z zaangażowaniem programy mogą w rzeczywistości nie być w pełni wykorzystywane. Wynika to z faktu, że zadaniem technologa nie jest stanie przy maszynie, a projektowanie programów obróbczych właśnie. Przy maszynach pracują operatorzy, których praca może być monitorowana dzięki specjalistycznym systemom do obserwacji aktywności maszyn.

Przykładem może być system do monitorowania pracy maszyn Scout [4]. Systemy tego typu pozwalają na podgląd stanu maszyny w czasie rzeczywistym z uwzględnieniem wybranych parametrów, dostęp do raportów i analityki pracy maszyny, monitorowanie zamówień i klientów, a także archiwum wykonanych zadań. Dzięki monitoringowi w czasie rzeczywistym i archiwum działań wiadomo dokładnie, jakie kroki wykonuje kolejno maszyna, a więc, czy oryginalna ścieżka technologiczna została zaimplementowana poprawnie. Niejednokrotnie na linii technolog – operator dochodzi do zmian ścieżki, wynikających z braku wiedzy bądź zrozumienia zastosowanych zabiegów, a także niepełnego wdrożenia instrukcji, wskutek czego może dojść do nieprzewidzianych zachowań maszyny i utraty wartości wypracowanej w procesie optymalizacji.

Wdrażanie automatyzacji i elastyczne systemy produkcyjne

Praca nad efektywnością programu obróbczego i wykorzystywanej technologii jest jednak jedynie pierwszym krokiem w rozbudowanej drodze do optymalizacji pracy maszyn CNC. Obrabiarki, jak wszystkie inne maszyny i urządzenia wykorzystywane w produkcji, są zależne nie tylko od własnych cykli pracy, lecz także od całego otoczenia produkcyjnego, które wchodzi z nimi w interakcje. Kolejnym krokiem ku optymalizacji są więc częściowe lub pełne automatyzacje. Przykładem tutaj może być układ obrabiarka – ramię robota, w którym robot pełni funkcję podajnika i odbiornika detalu. W obróbce jednokrokowej, gdzie obrabiarka wykonuje jedną konkretną czynność i nie dochodzi w międzyczasie do przezbrojeń, dzięki zastosowaniu integracji z robotem przemysłowym możliwe jest obrobienie całej partii materiału bez udziału człowieka. Pogłębieniem tej propozycji jest stosowanie elastycznych systemów produkcyjnych ESP (ang. Flexible Manufacturing System – FMS).

W swojej rozprawie doktorskiej Lech Mazurek wykazuje, że zastosowanie odpowiedniego modelu matematycznego podczas procesu przezbrajania obrabiarek wielozadaniowych umożliwia w elastycznych systemach produkcyjnych np.: zwiększenie bezwzględnej przepustowości systemu o niespełna 13%, zmniejszenie liczby przezbrojeń o około 21,5%, a także zmniejszenie czasu pracy ustawiaczy aż o 14,1%. Ponadto, dzięki zastosowaniu szeregu metod technologicznych i konstrukcyjnych, w elastycznych liniach produkcyjnych możliwe jest znaczne zwiększenie efektywności pracy, a także skrócenie czasu przygotowania i zakończenia procesu produkcyjnego. W przypadku metod konstrukcyjnych może to być nawet skrócenie o 28%, co stanowi blisko ⅓ pierwotnego czasu przygotowania do pracy [5].