コネクテッドコントロール

インターネットとクラウドベースのコンピューティングは、メーカーがCNC工作機械を操作する方法を変えています。あなたの店はそれの準備ができていますか？

イーサネットポートは、20年以上前にCNC旋盤とマシニングセンターに最初に登場し始めました。 MTConnect工作機械通信規格は、シカゴで開催された2010IMTSで米国で正式にデビューしました。製造業者はその後まもなくクラウドコンピューティングと産業用モノのインターネット（IIoT）について話し始めました。これは、ドイツの経済学者クラウスシュワブが、世界が第4次産業革命に突入したと述べた論文を2015年に発表したときに主流になる用語です。

2021年へようこそ。機械工場の所有者、CNCプログラマー、製造エンジニアには、過去20年間で機械加工業界が大きく変化したことは明らかです。 CNC工作機械はかつてよりもはるかにスマートで、ガラスの裏側で起こっていることすべてについて大量のデータを生成することができます。製造ソフトウェアもよりスマートになり、世紀の変わり目にのみ夢見ていた相互運用性とクラウドベースの機能を提供します。

この技術的な魔法のすべてが良いことであるかどうかは議論の余地があります。製造現場での生活はすでに十分に困難であると主張する人もいるかもしれません。部品をドアから出すのに十分な時間がほとんどないのに、ビッグデータとスマートな機械が必要なのは誰ですか。他の人は、インダストリー4.0とそれに伴うすべてをメーカーの明確な前進と見なしており、インダストリー4.0を採用しない人はすぐに廃業するでしょう。

FOCASの獲得

真実はその中間にあります。ミシシッピ州ロチェスターヒルズに本社を置くFANUCAmericaCorp.のF.A.EngineeringのディレクターであるPaulWebsterは、CNC工作機械はY2K以前からネットワークおよびインターネットに対応していると述べました。この機能を無視することを選択したショップは、まだうまくいっています。ありがとう、そしてこれからもそうし続けるでしょう。それでも、工作機械の接続性と、こうして可能になった機械加工プロセスの可視性の向上は決して悪いことではなく、収益性の高い仕事とすぐに忘れてしまう仕事の違いを生む可能性があると主張する人はほとんどいません。

「私たちは90年代初頭にFOCASAPI（アプリケーションプログラミングインターフェイス）と光ファイバーポート、そしてイーサネットポートを導入したので、CNCの接続はかなり前から簡単でした」と彼は言いました。 「難しいのは、必要なデータと、データを入手したらそれをどうするかを常に把握することです。」

このデータには、アラーム履歴、送り速度とスピンドルオーバーライド設定、サーボモーターとスピンドル温度、消費電力、マクロ変数などが含まれ、これらはすべて工作機械から継続的かつ自動的に引き出すことができます。このさまざまなオペレーター提供の入力（ジョブ番号、生産状況、切削工具の消費、さらには部品の品質情報）に加えて、製造現場の活動の全体像を把握することは、このデータを収集する監視ソフトウェアのダッシュボードを一瞥することほど難しくありません。 。

ファナックの場合、これは、1,000を超えるCNC工作機械を一度に監視できるブランドにとらわれない分析プラットフォームであるMT-LINKiと、生産監視プログラムであるFASDataです。他の制御ビルダーは、多くの工作機械ビルダー、切削工具サプライヤー、およびサードパーティのソフトウェア開発者と同様に、同様のソリューションを提供します。これらはすべて、確かに大量のデータを収集し、人間にとって意味のある方法でそれを提示する手段を提供し、生産レベルに悪影響を与える前に、傾向や潜在的な問題に対応する能力を提供します。

クラウドの難問

問題は、このデータを保存し、それを分析するために使用されるソフトウェアを格納するのに最適な場所はどこかということです。両方をオフサイトのホスティング施設のクラウドに配置し、専用のハードウェアおよびソフトウェアのスペシャリストが管理する必要がありますか？または、ショップが所有する社内IT人材を使用して、「オンプレミス」インストールの方が適切ですか？

この記事のためにインタビューされたWebsterと他の人々は、前者がより安全で費用効果の高いアプローチであることが多いが、多くの店は彼らの施設を去る部品プログラムと生産データについてまだ巧妙であることに大いに同意した。イリノイ州シャンバーグに本拠を置くハイデンハイン社の工作機械の事業開発ディレクターであるGisbertLedvonもそうです。彼は、顧客は会社のStateMonitorソフトウェアを好きな場所にインストールできますが、可能な限りオンサイトインストールを促進すると述べました。

「私たちの哲学は、顧客が知的財産を保護することです。つまり、工作機械とソフトウェアシステムを適切に保護された企業ネットワークに接続することを意味します」と彼は言いました。 「お店がハッキングされ、身代金の支払いを余儀なくされた例はたくさんあります。確かに、これらの攻撃は通常、工作機械の制御ではなく電子メールを介して実行されますが、それでも問題です。これが、NTMA（National Tooling and Machining Association）が、これらのタイプのサイバー犯罪から身を守る方法をメーカーに示すセミナーの提供を開始した理由です。」

それにもかかわらず、Ledvonは、クラウドは勢いを増すだけのテクノロジートレンドであることを認めています。関連するリスクを軽減するために必要なのは、優れたITハウスキーピングプラクティスです。ショップのネットワークと外の世界の間に堅牢なファイアウォールをインストールします。外部ファイル、ソフトウェアプログラム、およびパッチを安全な内部サーバーにダウンロードして、CNCからクラウドへの直接接続を回避し、配布する前にウイルス対策ソフトウェアでそれらを確認します。すべてのコンピューターユーザーに、パスワードの管理方法、悪意のある電子メールやWebサイトの発見方法、および企業情報の保護方法をトレーニングします。リストは続きます。

「制御があらゆる工作機械の神経の中心であることを考えると、クラウドアクセスの利便性は、インターネットにさらされるリスクに見合う価値があるとは思いません」とLedvon氏は述べています。 「しかし、これはメーカーがインダストリー4.0戦略を実施することを妨げるものではありません。ぜひとも、工作機械をネットワーク化し、分析のためにデータの収集を開始する必要があります。そうすることで、マシンのセットアップを高速化し、サイクルタイムを短縮し、工具寿命を最大化し、今日のCNC制御とソフトウェアシステムが提供する他のすべての利点を得るのに必要な情報を提供します。」

ネイティブタレント

インダストリー4.0のもう1つのコンポーネントは、デジタルツインです。この場合、CNC工作機械の仮想的でありながら非常に正確で包括的な表現を指します。イリノイ州エルクグローブヴィレッジにあるSiemensIndustryInc.の工作機械であるデジタル化の責任者であるVivekFurtadoによると、デジタルツインは、CNC機械の設計と展開を合理化し、最終的にメーカーの効率を高めます。

「私たちのSINUMERIKOneコントローラーは、デジタルツインやその他の実現技術をサポートするためにゼロから構築されたという点で、デジタルネイティブとして知られています」と彼は言いました。 「これにより、CNC工作機械メーカーは、その運動学と動作特性のすべてを含む旋盤またはマシニングセンターの仮想バージョンを作成することができます。これにより、エンジニアリング時間と開発コストが大幅に削減され、製品がエンドユーザーのニーズを満たすことが保証されます。」

デジタルツイン対応コントローラーは他の目的にも役立ちます。彼らは新入社員のトレーニングをスピードアップし、高価な工作機械をクラッシュさせる可能性を減らします。これにより、見積もり担当者はジョブをより正確に見積もることができ、エンジニアは最適化された製造プロセスを開発でき、CNCプログラマーは作業を現場に送る前にGコードと切削工具の選択を検証できます。そこに到達すると、グラフィックが強化され、使いやすさが向上し、工作機械の操作が簡単になります。

ハイエンドのCAMシステムまたはPLMソフトウェアを使用している人なら誰でも、高度なCNC制御なしでこれらのほとんどを達成できると言うかもしれません。これらや他のソフトウェアプラットフォームの機能が近年劇的に向上したことは議論の余地がありませんが、デジタルスレッドに参加する工作機械は、データ交換を強化し、相互運用性のループを閉じる重要なツールを機械工場に提供します。

適応して克服する

デジタルツインはさておき、Furtadoは、CNCコントローラーがはるかにインテリジェントでユーザーフレンドリーになり、スマートフォンユーザーなら誰でも認識できる機能と機能を備えていることを示唆しました。 「私たちのほとんどは、かつて電話を使って人に電話をかけたことを覚えています」と彼は言いました。 「今日では、健康状態の監視、情報の検索、製品の注文などが可能です。新世代のコントローラーは、同様の機能を提供します。人間のオペレーターや他のシステムがより効果的に利用できるように、情報を処理してデータを準備することができます。」

このインテリジェンスは、機械加工プロセスにも適用されます。シーメンス、ファナック、およびCaron Engineeringなどのサードパーティソリューションプロバイダーは、スピンドルと軸の負荷、機械の振動、および切削工具の寿命と部品の品質に影響を与える同様の要因を継続的に監視する適応制御機能を提供します。これらのスマートシステムは、加工パラメータをリアルタイムで調整し、材料の除去を最適化し、潜在的な問題を排除します。

イリノイ州エルクグローブヴィレッジにあるFagorAutomationCorp.は、インダストリー4.0賞に目を向けているもう1つのコントロールプロバイダーです。 Fagorの北米担当ゼネラルマネージャーであるHarshBibraは、ARFS（Adaptive Real-time Feed and Speed）制御がこれ以上のことを行うと説明しましたが、このタイプのセンサーベースのテクノロジーは予知保全にも使用できると述べました。

「i4.0コネクティビティパックも提供しています」と彼は言いました。 「これにより、ユーザーはもちろん加工データを収集できるだけでなく、条件ベースのアラートの送信、工作機械の調整とファームウェアの更新、パラメーター設定の変更などをすべてモバイルデバイスまたはリモートコンピューターから実行できます。」

最大のボトルネック

ビブラは大きな変化を先取りしています。工作機械でのIIoT対応センサーと加速度計の使用の増加に加えて、よりインテリジェントなコントローラーとともに、工場自体がよりスマートになります。上記の適応機能をはるかに超える人工知能（AI）が普及し、広範な完全自動製造に必要な自動意思決定への扉が開かれます。

Bibraは、5Gセルラーネットワークの開発とその後の展開を考えると、これらすべてが文字通りスピードを上げるだろうと示唆しています。これらは、インターネット帯域幅を増やして待ち時間を短縮するだけでなく、前述のハッキングの恐れを軽減する可能性があります。 「将来のコントロールには5Gが搭載され、それらが生成するデータは、最大10ギガビット/秒（Gbit / s）の速度でいわゆるエッジデバイスにワイヤレスで送信できます」と彼は言いました。 「数年以内に、このテクノロジーによって、メーカーが製造現場から情報を収集する方法が根本的に変わると期待しています。」

インダストリー4.0の欠点は、高度なテクノロジーを理解して作業できる熟練労働者が不足していることです。ビブラ氏は、メーカーが技術に精通するにつれて、再訓練が必要になると述べた。ただし、部族の知識や、従業員の離職や退職による経験の喪失に関する懸念は、古代の歴史になるはずです。

ストアへのアクセス

ノースカロライナ州シャーロットにあるOkumaAmericaCorp.のエンジニアリングおよびテクノロジー担当バイスプレジデントであるJimKosmalaは、今日の接続性の向上の多くは、PCベースのコントロールの使用に起因すると考えています。 「オークマは工作機械メーカーであるだけでなく、独自のサーボシステムやコントローラーを製造していることを多くの人が忘れています。これらはMicrosoftWindowsで実行され、Intelチップを使用しており、どちらも簡単に接続できます。」

PCベースのコントロールを使用すると、さまざまなソフトウェアプログラムをコントロールに簡単にインストールできます。たとえば、COVIDの大流行が始まったとき、Okumaの顧客は、Microsoft Teamsを使用して他のユーザーと共同作業したり、画面を共有したり、必要に応じて他のユーザーにリモートコントロールを提供したりできます。 「それが私たちのAppStoreの背後にある全体的なアイデアです」とKosmala氏は述べています。 「ユーザーは必要なものをOSPコントロールに直接ダウンロードしてインストールできるため、別のPCが不要になります。これは、コラボレーションと接続のまったく新しい可能性を表しています。」

これらのアプリの1つがオークマのコネクトプランです。これにより、ユーザーはCNC工作機械を監視し、運用データを収集できます。これは、ほとんどすべてのブランドまたはヴィンテージの工作機械、ロボット、およびその他の形式の自動化で機能します。ただし、コスマラによれば、コネクトプランはAIアルゴリズムを使用して、利用可能な情報を調べ、人間が見逃す可能性のある傾向を特定します。

旋盤部門のマネージャーが、データ収集レポートとダッシュボードを数週間見てから、特定の旋盤がオペレーターのコーヒーの習慣のおかげで毎朝10分遅れて起動すること、またはグラインダーのスピンドル温度が出荷部門は、荷積みドアを開くたびにドロップします。 Kosmalaは、AIが人間よりもはるかに迅速にこれらの傾向を把握し、監督者が潜在的な問題領域に迅速に対処できるようになると説明しました。さらに、この情報はデータベースに保存されるため、上司が会社を辞めたときに知識が失われることはありません。

「デミングは、データがなければ、あなたは意見を持っているただの別の人だと私たちに言いました」とコスマラは言いました。 「IIoTとインダストリー4.0は、そのデータを収集して利用し、最終的には知識に変えることを目的としています。これは、この旅の誰にとっても最初のステップです。これで、仮想会議が可能になり、どこからでもマシンのステータスや生産レベルを確認できるようになり、自動化を簡素化するリモートツールにアクセスできるようになりました。あなたが植物に行かなくてもそれをすることができれば、はるかに良いです。効率と機械の稼働時間を向上させることがすべてです。どちらも、最新のCNCコントローラーを使用することでより簡単に実現できます。」