互联网和基于云的计算正在改变制造商操作 CNC 机床的方式。您的商店准备好了吗？
FANUC 提供两个数据分析程序，MT-LINKi 和 FASData（此处显示），两者都能够捕获大量机床数据。以太网20 多年前，端口首次出现在 CNC 车床和加工中心上。 MTConnect 机床通信标准在 2010 年芝加哥 IMTS 上正式在美国首次亮相。不久之后，制造商开始谈论云计算和工业物联网 (IIoT)，这些术语在德国经济学家克劳斯·施瓦布 (Klaus Schwab) 于 2015 年发表一篇指出世界已进入第四次工业革命的论文时成为主流。
欢迎来到 2021 年。现在机械车间老板、CNC 程序员和 m机械加工行业在过去二十年发生了巨大变化。 CNC 机床比以前智能得多，能够生成关于玻璃背后发生的所有事情的大量数据。制造软件也变得更加智能，提供互操作性和基于云的功能，这在世纪之交是梦寐以求的。
所有这些技术魔法是否是一件好事还有待商榷。有些人可能会争辩说，车间里的生活已经足够具有挑战性了——当一天几乎没有足够的时间将零件运出门时，谁还需要大数据和智能机械呢？其他人将工业 4.0 及其带来的一切视为制造商前进的明确道路，任何不接受它的人都将很快被淘汰。
获得 FOCAS
真相介于两者之间。总部位于罗切斯特的 FANUC America Corp. 的 F.A. Engineering 总监 Paul Websterr 密歇根州希尔斯指出，自 Y2K 之前，CNC 机床就已准备好联网和因特网。选择忽略此功能的商店仍然运转良好，谢谢，并将在未来几年继续这样做。然而，很少有人会争辩说，机床连接性和由此实现的加工过程的更大可见性从来都不是坏事，并且可能会在有利可图的工作和您很快就会忘记的工作之间产生差异。
“我们在 90 年代初推出了我们的 FOCAS API（应用程序编程接口），以及光纤和以太网端口，因此现在连接 CNC 已经很容易了一段时间，”他说。 “困难的部分一直是弄清楚你需要什么数据，以及一旦你拥有它你打算用它做什么。”
Heidenhain客户可以安装本公司的StateMonitor 软件位于其公司网络或云中，尽管该公司建议“本地”安装更安全。此数据包括警报历史记录、进给速率和主轴倍率设置、伺服电机和主轴温度、功耗、宏变量等等，所有这些都可以连续自动地从机床中提取。再加上操作员提供的各种输入——作业编号、生产状态、刀具消耗，甚至零件质量信息——获得车间活动的完整画面并不比看一眼收集这些数据的监控软件的仪表板更难.
在 FANUC 的案例中，这是一个与品牌无关的分析平台 MT-LINKi，它能够同时监控 1,000 多台 CNC 机床，以及 FASData，一个生产监控程序。其他控制制造商提供类似的解决方案，许多机床制造商也是如此，cutting 工具供应商和第三方软件开发商。所有这些都提供了收集公认的海量数据并以对人类有意义的方式呈现这些数据的方法，使他们能够在趋势和潜在问题对生产水平产生负面影响之前很久就对其做出反应。
云难题那么问题就变成了存储这些数据和存放用于分析它的软件的最佳位置在哪里？两者都应该位于异地托管设施的云中，并由专门的硬件和软件专家管理吗？还是使用商店拥有的任何内部 IT 人才进行“内部部署”安装更合适？
Webster 和其他接受本文采访的人基本同意，虽然前者通常更安全且成本更高- 有效的方法，许多商店对离开他们工厂的零件程序和生产数据仍然感到不安。 Mac 业务开发总监 Gisbert Ledvon 也是如此位于伊利诺伊州绍姆堡的 Heidenhain Corp. 的 hine 工具。他指出，客户可以在任何他们希望的地方安装公司的 StateMonitor 软件，但尽可能促进现场安装。
实时机器状态和零件质量监控只是其中之一Siemens Industry 的 SINUMERIK One 控制器提供了许多好处。“我们的理念是客户应该保护他们的知识产权，对我们来说，这意味着将他们的机床和软件系统连接到适当安全的公司网络，”他说。 “在很多情况下，商店遭到黑客攻击并被迫支付赎金。诚然，这些攻击通常是通过电子邮件而不是通过机床控制来完成的，但这仍然是一个问题。这就是为什么 NTMA（国家工具和机械加工协会协会）已经开始举办研讨会，向制造商展示他们如何保护自己免受此类网络犯罪的侵害。”
尽管如此，Ledvon 承认云是一种只会获得动力的技术趋势。减轻任何相关风险所需的是良好的 IT 内部管理实践。在商店网络和外界之间安装强大的防火墙。通过将外部文件、软件程序和补丁下载到安全的内部服务器来避免 CNC 到云的直接连接，然后在分发之前使用防病毒软件对其进行检查。培训所有计算机用户如何管理密码、发现恶意电子邮件和网站以及保护公司信息。这样的例子不胜枚举。
“考虑到控制是任何机床的神经中枢，我认为云访问的便利性不值得冒着接触互联网的风险，”Ledvon 说. “这一切都不能阻止制造商实施然而，工业 4.0 战略。无论如何，他们应该将他们的机床联网并开始收集数据进行分析。这样做将为他们提供更快地设置机器、缩短周期时间、最大限度地延长刀具寿命以及获得当今 CNC 控制和软件系统提供的所有其他优势所需的信息。”
Native Talent
工业 4.0 的另一个组成部分是数字双胞胎，在这种情况下，它指的是 CNC 机床的虚拟但高度准确和全面的表示。据位于伊利诺斯州埃尔克格罗夫村的西门子工业公司数字化机床主管 Vivek Furtado 称，数字孪生简化了 CNC 机械的设计和部署，最终提高了制造商的效率。
Fagor 的 ARFS（自适应实时进给和速度）控制提供自适应控制能力持续监控主轴和轴负载、机器振动和其他值的工具。“我们的 SINUMERIK One 控制器被称为数字原生，因为它是从头开始构建的，以支持数字孪生和其他支持技术， “ 他说。 “它使 CNC 机床制造商能够创建包含所有运动学和操作特性的车床或加工中心的虚拟版本。这大大减少了工程时间和开发成本，并确保产品能够满足最终用户的需求。”
数字孪生控制器还有其他用途。它们加快了新员工的培训速度，并降低了损坏昂贵机床的可能性。它们使估算人员能够更准确地报价，工程师能够开发优化的制造流程，CNC 编程人员能够在将工作发送到车间之前验证 G 代码和刀具选择。一到那里，他们就制作 mac借助增强的图形和更高的可用性，使工具操作更轻松。
任何拥有高端 CAM 系统或 PLM 软件的人都可能会说，他们无需先进的 CNC 控制也能完成大部分工作。尽管近年来这些软件平台和其他软件平台的功能有了显着提高，但参与数字主线的机床为机械车间提供了一种重要的工具，它可以增强数据交换并关闭互操作性循环，这一点毋庸置疑。
适应和克服
撇开数字孪生，Furtado 表示 CNC 控制器正变得更加智能和用户友好，具有任何智能手机用户都会认可的功能和特性。 “我们大多数人都记得我们曾经用手机打电话给别人，”他说。 “今天，它们让你可以监控自己的健康状况、搜索信息、下订单等等。新一代控制器提供类似的功能。他们’能够处理信息和准备数据，使其能够被人类操作员或其他系统更有效地利用。”
这种智能也延伸到加工过程。 Siemens、FANUC 和 Caron Engineering 等第三方解决方案提供商提供自适应控制功能，可以持续监控主轴和轴负载、机器振动以及影响刀具寿命和零件质量的类似因素。然后，这些智能系统实时调整加工参数，优化材料去除并消除潜在问题。
因为 Okuma 的 OSP 控制是基于 PC 的，所以很容易从公司的 App Store 和其他来源下载和安装软件。Fagor Automation Corp.，伊利诺伊州埃尔克格罗夫村，是另一家着眼于工业 4.0 奖项的控制供应商. Fagor 北美总经理 Harsh Bibra 解释说，其 ARFS（自适应实时进给和速度）控制可以做到这一切以及更多，但指出这种基于传感器的技术也可用于预测性维护。
“我们还提供 i4.0 连接包，”他说。 “当然，这允许用户收集加工数据，但也可以通过移动设备或远程计算机执行诸如发送基于条件的警报、调整机床并更新其固件、更改参数设置等操作。”
最大的瓶颈
Bibra 看到了未来的巨大变化。除了在机床中更多地使用具有 IIoT 功能的传感器和加速度计，以及更智能的控制器，工厂本身也将变得更加智能。远远超出刚才提到的适应能力的人工智能 (AI) 将变得普遍，为广泛照明所需的自动化决策打开大门ts-out 制造。
Bibra 建议，鉴于 5G 蜂窝网络的开发和后续推出，所有这一切都将真正加速。这些不仅会增加 Internet 带宽并减少延迟，而且可能会减轻前面提到的黑客恐惧。 “未来的控制将配备 5G，然后它们生成的数据可以以高达每秒 10 吉比特 (Gbit/s) 的速度无线发送到所谓的边缘设备，”他说。 “我们预计，在几年内，这项技术将从根本上改变制造商从车间收集信息的方式。”
工业 4.0 的缺点是缺乏能够理解和使用先进技术的熟练工人. Bibra 表示，随着制造商变得更加精通技术，将需要进行再培训。然而，任何对部落知识的担忧以及因员工减员和退休而导致的经验损失都应该成为历史。
参观 the Store
Jim Kosmala 是位于北卡罗来纳州夏洛特的 Okuma America Corp. 的工程和技术副总裁，他将当今连接性的增加很大程度上归因于基于 PC 的控件的使用。 “很多人忘记了 Okuma 不仅是一家机床制造商，而且还制造自己的伺服系统和控制器。它们在 Microsoft Windows 上运行并使用英特尔芯片，两者都提供了简单的连接。”
基于 PC 的控件还可以轻松地将各种软件程序安装到控件上——在 COVID 大流行开始时例如，Okuma 客户可以使用 Microsoft Teams 与他人协作、共享屏幕或根据需要向他人提供远程控制。 “这就是我们 App Store 背后的全部理念，”Kosmala 说。 “用户可以直接在 OSP 控件上下载和安装他们需要的任何内容，无需单独的 PC。它代表了协作和连接的全新可能性。”
其中一个应用程序是 Okuma 的 Connect Plan，它允许用户监控 CNC 机床并收集操作数据。它适用于大多数任何品牌或年份的机床以及机器人和其他形式的自动化。然而，根据 Kosmala 的说法，Connect Plan 使用 AI 算法来查看可用信息并识别人类可能错过的趋势。
考虑一下车削部门的经理，他在查看数据数周后注意到了收集报告和仪表板显示某台车床每天早上总是晚 10 分钟启动，这要归功于操作员喝咖啡的习惯，或者每次他们打开装载门时离装运部门最近的磨床上的主轴温度都会下降。 Kosmala 解释说，人工智能比人类更快地发现这些趋势，使主管能够更快地解决潜在问题领域。更重要的是，这些信息存储在数据库中，所以当主管文件告诉公司，知识不会丢失。
“戴明告诉我们，没有数据，你只是另一个有意见的人，”Kosmala 说。 “IIoT 和工业 4.0 是关于收集数据并加以利用，最终将其转化为知识。这是此旅程中任何人的第一步。我们现在拥有虚拟会议，能够从任何地方检查机器状态或生产水平，以及访问简化自动化的远程工具。如果您无需进入工厂就能做到这一点，那就更好了。这一切都是为了提高效率和机器正常运行时间，使用现代 CNC 控制器可以更轻松地实现这两点。”
