سیستم‌های کنترل هوشمند در تولید

امروزه فرآیندهای تولید با چالش‌های بسیاری روبه‌رو هستند؛ از تولید انبوه گرفته تا تولیدهایی با تعداد پایین و تک نمونه. کنترل‌های سی‌ان‌سی (CNC) در کارخانه‌های امروزی باید به‌طور خاص (و بدون استفاده از نیروی کار ماهر کافی) بر این بازار تسلط داشته باشند. در واقع، فرآیند تولید در مرحله‌ای از تغییر و تحول قرار دارد که می‌توان‌ آن را مشابه با دورۀ تاریخی رنسانس دانست.

از یک طرف دستگاه‌های سی‌ان‌سی کنونی مورد استفاده در کارخانه‌‌ها، ماشین‌ها را به وسیله حرکات 3 محوره یا 3+1 محوره کنترل می‌کنند و به یک برنامه CAM متصل هستند تا کدهای درست و دقیقی را برای راه‌اندازی این ماشین‌ها فراهم سازند (مثل کدهای G). اپراتور دستگاه تنها با فشردن دکمه سبز رنگ، فرآیند (برنامه) را شروع می‌کند. با انجام عملیات، دستگاه را متوقف ساخته، جای قطعه‌های مورد نظر را تغییر داده و با فشردن مجدد دکمۀ سبز برنامه ماشین‌کاری بعدی را آغاز می‌کند. این نوع از عملیات از ریسک کمتری برخوردار است.

اما از طرف دیگر، نسل بعدی ماشین‌های تولید پیشرفتۀ دیگر محدود به فشردن یک دکمه نخواهد بود. بسیاری از اپراتورها  می‌خواهند در تولید یک قطعۀ با کیفیت احساس قدرت داشته باشند. در عین حال سیستم‌های کنترلی سی‌ان‌سیِ (CNC) ماشین 5 محورۀ پیشرفته از راه رسیده‌اند و بسیاری از اپراتورهای امروزی انتظار دارند قطعه‌ای که به‌عنوان محصول خروجی از دستگاه خارج می‌شود، درست مشابه با چیزی باشد که در مانیتور می‌بینند و دقیقا با سایزی که نقشۀ چاپ (پرینت) شده یا مدل سه بعدی آن نشان می‌دهد، برابر باشد. اپراتورهای کنونی دیگر تمایلی به دوباره کاری یا برش مجدد قطعات ندارند. در واقع دوست ندارند به عادت‌های گذشتۀ خود بازگردند. این واقعیتی است که کارخانه‌ها و تولیدکنندگان امروزی باید به آن واقف باشند و در توسعۀ سیستم‌های مورد استفاده خود در کارخانه بازنگری کرده و تلاششان را در این جهت بیش از پیش افزایش دهند. برای تحقق یافتن چنین هدفی باید به سراغ سیستم‌هایی قوی‌تر و به مراتب بهتر از سیستم‌های سی‌ان‌سی سادۀ 3 محوره رفت.

افزایش سرعت دستگاه‌ها در کارخانه‌

سیستم‌‌های کنترلی ماشین‌های 5 محورۀ امروزی امکانات بسیاری را برای صنعت امروز فراهم کرده‌‌اند. برای مثال، جدیدترین دستگاه سی‌ان‌سی (CNC) سوراخ‌کاری به‌نام HEIDENHAIN TNC 640 (smarTNC) با امکانات پیشرفته‌ای به بازار ماشین‌سازی معرفی شده است. برای مثال، این دستگاه به یک مانیتور چندلمسی 24 اینچی مجهز است که این امکان را برای اپراتور فراهم می‌سازد تا فایل‌های CAM را با فرمت‌های IGES و DXF در دستگاه سی‌ان‌سی (CNC) پیاده‌سازی کند. این فناوری امکان شبیه‌سازی فرآیند را روی ماشین مجازی (virtual machine) با کیفیت و با رزولوشن بالا فراهم می‌سازد. با استفاده از این سیستم، اپراتور می‌تواند وجود نواقص و شکستگی‌های احتمالی در قطعه را بررسی کند. از دیگر ویژگی‌های این سیستم می‌توان به نصب آسان و سریع آن اشاره کرد.

دستگا‌ه‌های TNC جدید قابلیت دسترسی اپراتور به سرور سیستم را فراهم می‌کنند. اکنون گزینه‌های مختلفی برای کاربرهای این نوع از دستگاه‌ها وجود دارد که از این میان می‌‌توان به توانایی اپراتور در مشاهده صفحه تنظیمات، اطلاعات مربوط به جریان کار و حتی راه‌اندازی مستقیم سیستم ‌CAM از ماشین اشاره کرد. امکان به‌روزرسانی، ساخت مسیرهای جدید ابزار و انتقال دیتا (اطلاعات) درست به سی‌ان‌سی از دیگر ویژگی‌های بارز این سیستم است. در عصر سفارشی‌سازی تولیدهای انبوه، اولویت‌ها و جریان کار در سیستم‌های ماشین‌کاری به طور مداوم تغییر می‌کنند، بنابراین سی‌ان‌سی هوشمند (Smart CNC) باید از قابلیت تنظیم مطمئن و سریع برخوردار باشد.

عملکرد مهم دیگری که اکنون برای یک کارخانه قابل اجراست و سرعت زیادی به انجام فرآیندها داده است، قابلیت خودکار اولویت‌بندی مجدد مراحل تولید است. برای مثال دستگاه  HEIDENHAIN TNC 640 از یک پردازشگر بچ (Batch) استفاده می‌کند تا این عملیات به خوبی انجام شود.

سیستم کنترلی به شکلی برنامه‌ریزی شده است که بتوان برنامۀ ماشین‌کاری یا ابزار مورد نیاز برای فرآیند جدید را فراهم کرد. TNC به‌طور دقیق می‌تواند طول زمان هر یک از عملیات در حال انجام توسط ماشین را تشخیص دهد، این ویژگی به‌خاطر بهره‌مندی از اطلاعات مربوط به حرکت و سینماتیک ذخیره شده در سی‌ان‌سی است. این ویژگی سبب می‌شود تا برنامه‌ریز یا اپراتور به‌طور دقیق زمان ماشین‌کاری را براساس رفتار ماشین و سرعت حرکت محور محاسبه کنند.

اکنون برای اینکه از قرارگیری قطعات روی ابزارهای ماشین اطمینان حاصل شود، یک ویژگی جدید و مشابه با ویژگی تشخیص چهره (در گوشی‌های هوشمند)، روی برخی از دستگاه‌های تولیدکننده در کارخانه‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. این سیستم تشخیصی Visual Setup Control نام دارد و با نام مختصر و کوتاه VSC مطرح و توسط شرکت هایندنهاین (HEIDENHAIN) معرفی شده است.

در توضیح این ویژگی باید گفت که یک دستگاه ماشین‌کاری 5 محوره توسط یک اپراتور در حال فعالیت است و اپراتور پالت مربوط به قطعات را پر می‌کند. در مرکز دستگاه سی‌ان‌سی، سیستم VSC، تصویری از قطعۀ وارد شده به مرحلۀ ماشین‌کاری را ثبت و ذحیره می‌کند. بعد از انجام و اتمام فرآیند مربوطه، حالا نوبت به قطعۀ بعدی می‌رسد. مجددا سیستم VSC تصویر قطعۀ جدید را ثبت می‌کند و با مقایسه با قطعۀ قبلی اجازۀ ادامۀ کار می‌دهد. در صورتی که تصویرها با هم مغایرت داشته باشند، سیستم متوقف شده و خطا نمایان می‌شود.

افزایش دقت دستگاه‌ها در کارخانه

بعد از سرعت، نوبت به دقت دستگاه‌ها می‎رسد. همواره میان این دو ویژگی مهم، رقابت سختی در ماشین‌کاری وجود داشته است. البته که با وجود دستگاه‌های جدید سی‌ان‌سی (CNC)، این رقابت دیگر معنا ندارد.

برای مثال دستگاه‌ TNC عملکرد ویژه‌ای به نام ADP/Cycle32 را ارائه می‌دهد که دقت و سرعت را به‌طور همزمان برای اپراتور و برنامه‌نویس فراهم می‌سازد. برای انجام این کار، کاربر می‌تواند یک حدّ تحمل برای حرکت ماشین تعریف کند. این کار به آن اجازه می‌دهد تا هرچه سریع‌تر در گوشه‌ها و قسمت‌های مهم و حساس بدون هیچ تغییر سرعت رادیکالی حرکت کند. تغییرات سرعت رادیکال باعث ایجاد یک سری علامت روی سطح کار می‌شود و دقت کار در قطعۀ نهایی را بسیار پایین می‌آورد. این فرآیند درست مشابه با راننده‌ای است که می‌خواهد با کمترین کاهش سرعت، بهترین عملکرد را در پیچ‌های تیز پیست اتومبیلرانی داشته باشد. سیستم ADP/Cycle32، سرعت و دقت را فراهم و کنترل ابزار را به‌درستی مدیریت می‌کند.

ماشین‌کاری متصل  به شبکه (Connected) در کارخانه

کنترل‌های هوشمند امروزی حالا دیگر به شبکۀ سراسری کارخانه‌ها متصل شده و به اپراتور اجازه می‌دهند تا بی هیچ کاغذ و فایل اشتراکی و یا هر مدرک دیگر، ارتباط لازم را با مرکز ماشین‌کاری و تیم اداری برقرار کند. این ویژگی باعث حرکت روان‌تر و البته بسیار به‌صرفه‌تر از قبل دستگاه خواهد شد.

علاوه بر این، یک سیستم مانیتورینگ قوی مثل HEIDENHAIN’s StateMonitor می‌تواند به وسیله DNC،  MTConnect Modbus یا پروتکل‌های OPCUA متصل شود. این سیستم باعث می‌شود تا اطلاعات مربوط به عملکرد و کارآیی سیستم و عملیات‌ آن به‌راحتی قابل رصد باشد. ویژگی مسنجر (Messenger) در این سیستم می‌تواند تمامی اطلاعات مهم، تاریخ‌ها و ساعت‌های دقیق و حیاتی را به‌وسیلۀ ایمیل در اختیار اپراتور یا تعمیرکار دستگاه قرار دهد. به تمام ویژگی‌های این قسمت می‌توان به وسیلۀ‌ دستگاه‌هایی مثل تبلت‌ و گوشی‌های تلفن همراه هم دسترسی پیدا کرد.  

به‌طور خلاصه می‌توان گفت، کنترل‌های هوشمند و پیشرفته‌ دنیای سی‌ان‌سی CNC باعث شده تا تولیدکنندگان در بهینه‌سازی فرآیندهای تولیدی تجربه‌های جدید کسب کنند. به‌طور همزمان نرم‌افزارهای مانیتورینگ، اطلاعات و دیتای ارزشمندی را جهت ارسال هشدار به تیم تعمیرات و نگهداری کارخانه، طبقه‌بندی می‌کند تا برای تعمیرات آینده آمادگی لازم ایجاد شود. این نرم‌افزارها خطاهای موجود در حین کار را نیز اعلام می‌کنند. این ویژگی‌های نوین باعث شده تا نرخ بازگشت سرمایه (ROI) در پروژه‌های مربوط به استفاده از این سیستم‌های جدید و مدرن، چه در تولیدهای انبوه و چه تولیدهای محدود، افزایش چشمگیری پیدا کند.