専門家に聞く：機械加工の未来に関するジョージア工科大学教授

博士ジョージア工科大学の機械加工の専門家であり研究者であるトーマス・カーフェスは、自動ツールパス生成を備えた5軸機械の生産を劇的に向上させるアルゴリズムを開発しました。ここでは、Kurfessと話し合い、業界の最新の進歩と機械加工の方向性について話し合います。

一次元加工は、数十年前はかなり単純なプロセスであり、必要な移動、送り、速度についての決定のみが必要でした。今日のCNC機器の機能はもう少し高度です。 5軸加工により、メーカーは5つの異なる軸に沿って切削工具を同時に動かすことができます。これにより、非常に複雑な部品や設計を作成できます。

そして、イノベーションは拡大し始めたばかりであり、ジョージア工科大学の教授であり、流体力と運動制御のHUSCO / RamirezDistinguishedChairであるDr.ThomasKurfessを見つけました。彼の仕事は、複雑な製品の生産と最適化を対象とした高度な製造システムの設計と開発に焦点を当てています。

彼は、自動ツールパス生成を可能にする5軸マシンのアルゴリズムを研究しました。これは、ユーザーの操作量とツールパスの準備時間を削減することで生産性を劇的に向上させる機能です。 Kurfessは、高度な工具形状での工具摩耗の定量化の不十分さにスポットライトを当てる研究にも取り組んでおり、ホワイトハウスで正式に働いています。 2012年から2013年まで、彼はオバマ大統領の下で働く科学技術政策局で高度な製造業のアシスタントディレクターを務めました。

Kurfessと一緒に座り、多軸加工の現状と将来の方向性について話し合います。

5軸マシンの自動ツールパス生成に関する調査を行いました。過去、現在、そして未来の挑戦について教えてください。

KURFESS： 私は小さな機械工場で育ちました。当時はNC、つまり数値制御でした。未来に早送りし、今は5軸加工の時代です。 2軸または3軸のフライス盤は比較的簡単ですが、5軸の場合、物事はさまざまな角度で揺れ動き、プログラミングが難しい場合があります。そして正直なところ、1980年代からマシンのプログラミング機能を必ずしも改善しているわけではなく、かなりの経験を持つ高度な訓練を受けたプログラマーを必要とする非常に複雑なタスクがまだあります。これは、ファイルをダウンロードして印刷するだけの問題として認識される3D印刷とはまったく対照的です。生徒たちはよく「パーツを3Dプリントしてみませんか？」とよく尋ねました。しかし、数百万ドルの工作機械がある実際の工場に入ると、それらはそこにあり、簡単または安価に交換できないため、それらの工作機械を利用することになります。したがって、業界にはまだいくらかの距離があります。さらに、積層造形は通常、プラスチック部品を製造します。金属で構造物を作ることはできますが、制限があります。高度な工作機械プログラミングを可能にするテクノロジーの1つは、グラフィックプロセッシングユニット（GPU）です。

GPUについてもう少し詳しく説明していただけますか？

KURFESS：私 グラフィックボードを搭載したコンピューターを購入すると、GPUが搭載されます。ゲームはプライマリーマーケットですが、私たちはその機能を使用して5軸の機械加工軌道を生成します…GPUは小さなスーパーコンピューターのようなもので、プログラミング用のゲームのようなインターフェイスを提供し、人間のプログラマーから大きな認知的負荷を取り除きます。 GPUのスーパーコンピューティング機能を使用すると、そこにあるさまざまな見通しのすべてと、専門のプログラマーでさえ考える時間がないさまざまなシナリオを見ることができます。 Gコードは私たちをはるかに超えていますが、それは限界であり、このテクノロジーは私たちが今日目にするものをはるかに超えて急速に私たちを動かすでしょう。

多軸加工と一般的な見出しの加工の将来はどこにあると思いますか？

クルフェス： 特にいくつかのことを予測しています。まず、工作機械のプログラミングを容易にする方向に進みます。第二に、多くの人が私たちが完全に自動化されると言っていますが、私は必ずしもそれを信じていません。誰かが私に持ってきた素晴らしい食器洗い機の例えがあります。私の生涯では、ロードとアンロードに専門知識と複雑さが伴うため、食器洗い機が自動的にアンロードされることはないと思います。同じことが機械にも当てはまります。プログラマーが使用するツールや、完全な5軸連続モードでプログラムする方向などを選択できるようにすることで、機械を使いやすくする必要があります。最後に、ゲームシステムで体験するのと同様のよりグラフィカルなユーザーインターフェイスへの移行が見られます。これらのインターフェースは生産性を高めるのに役立ちます。それに直面してみましょう。私の子供たちのように、現在の労働力はこれらのゲームインターフェースの使用に非常に精通しています。

これらのマシンには、今日十分に活用されていない側面がありますか？これらのマシンを最大限に活用するためのアドバイスは何ですか？

クルフェス： それは、ハイエンドのマシンを最大限に活用することの問題であり、トレーニングが大きな問題です。私たちは近隣のコミュニティカレッジやテクニカルカレッジと緊密に連携しており、これらの複雑な工作機械のアソシエイトレベルでのトレーニングを提供することは困難で費用がかかります。教育研究室に500,000ドルの工作機械を設置することはかなりの費用がかかりますが、特に多軸加工ではトレーニングが重要です。また、企業が個人を訓練することも困難です。誰かがそれを上手にすると、彼らを維持することは困難だからです。簡単に言えば、彼らは高い需要があります。

自動ツールパス生成に役立つアルゴリズムを開発するための調査を行いました。その研究とそこで克服しようとしていた課題について教えてください。結果はどうでしたか？今日の自動ツールパス生成はどこにあり、どこに向かっていると思いますか？

KURFESS： ツールパスの生成に関しては、ピクセルではなく、ボクセルで作業します。これは、デザインを取得してボクセル化する3Dピクセルです。 GPUの自然なフォーマットであるデジタルボリューム処理を行います。 CADモデルにあるパーツ設計を取り出し、GPUで処理できるようにボクセル化します。このアプローチは、部品の機械加工や、工作機械の加法（加法および減法）を組み合わせたハイブリッド機械に適しています。企業は、ハイエンドの問題でボクセルをますます使用し始めています。ゆっくりと、しかし確実に、ボクセルはさまざまな製品に向かって進んでいます。 2年目のデザインビルドコースであるGeorgiaTechでは、クラウドベースの高性能コンピューティングプラットフォームを使用してボクセルベースのツールで回転部品を設計する学生がいて、彼らはそれを気に入っていました。彼らが使用しているシステムは、他のどのシステムよりも桁違いに高速です。そのため、部品を描画している最中に、現在取り付けられている工具パッケージを使用して、部品が旋盤で生産可能かどうかについてリアルタイムでフィードバックを受け取っています。

あなたは、複雑な形状の工具摩耗の定量化に関する研究にも取り組んできました。その研究とあなたが発見したことについて教えてください。

KURFESS： 私たちはこの分野でかなりの仕事をしていますが、私たちの最大の勝利についてお話ししましょう。私たちは、機械加工にひどい非常に高度なニッケル基超合金の機械加工を行っていました。目標の形状を実現することは困難でしたが、成形品の結晶粒構造に損傷を与えないことも懸念されていました。機械加工中に、表面に熱損傷（ひび割れ、表面下損傷など）を加える可能性があります。熱が最も大きなダメージを与えるので、それは熱関連の問題から生じます。この例では、試してみる新しいセラミックインサートが提供され、非常に高速な速度が得られたため、工作機械のパートナーに行って、工作機械を交換できるかどうかを尋ねる必要がありました。はるかに高速なスピンドルが必要でした。セラミックを使用していたため、インサートに熱衝撃を与えて粉砕しないように、クーラントの使用を避ける必要がありました。速度にもかかわらず、それはクーラントなしで信じられないほどうまく機能しました。実際、熱伝達率を上回るほど高速に加工することができました。つまり、熱が部品に入ることができませんでした。ですから、機械加工が終わった後、あなたはその部品を感じ、それはかっこよかったです。これは、地下の損傷を最小限に抑えるのに役立ちました。部品への熱損傷を排除し、大幅に高い材料除去率で実行し、切りくずにクーラントを充填しなかったため、リサイクルがはるかに容易になりました。

製造スキルのギャップについてどう思いますか？あなたはそれをどのように見ていますか、そしてそれはどのように改善できると思いますか？将来に必要な人材を見つけるために、あらゆる規模のメーカーはどのような対策を講じる必要がありますか？

KURFESS： スキルのギャップは本当です。最近の子供たちは、20年または30年前のようにGコードをプログラミングすることに興味がありません。もちろん、私たちのより高度なビデオゲームはポンでした、そして私たちは紙テープを打ちました！私たちの次世代の労働力は、よりグラフィック指向であり、異なるスキルセットを持っています。したがって、よりグラフィカルなインターフェイスに移行することは、この次世代を実際に引き込むのに役立ちます。多くの人は、機械工やエンジニアになるには、超数学の天才でなければならないと感じています。現実には、あなたは天才である必要はありません…あなたは善良でそれを好きでなければなりません。さらに、私はSMEの社長を務めており、Tooling U-SMEなどの運用向けの次世代トレーニング製品が、技術トレーニングと開発の観点から、次世代および現世代の労働力に実際にどのように関与しているかを確認しています。採用されているアプローチは、最先端で魅力的で非常に効果的です。さらに、このトレーニングは対象を絞ってパーソナライズされ始めています。私たちは、あなたが適切に訓練されているかどうかを機械が知る領域に移行しており、あなたが機械を動かして利用する方法を改善するためにあなたに訓練を勧めます。さらに、3軸マシンからそれほど遠くないので、3軸マシンでのパフォーマンスに基づいて、5軸マシンへのトレーニングと昇格をお勧めします。

スキルのギャップを縮めるためにメーカーが果たす必要のある役割は何だと思いますか？

KURFESS： 生涯学習についてです。従業員と雇用主の両方が、継続的で生涯にわたるトレーニングがより収益性の高い業務と長く安全で成功するキャリアへの道であることを理解するように、文化を変える必要があります。継続的なトレーニングが良いことであるというモードで全員を取得する必要があります。現実的に考えてみましょう。30年間何も学んでいない場合は、技術的な恐竜になります。恐竜に何が起こったのかはわかっています。関連性を維持するには、スキルを最新の状態に保つことが重要です。

あなたの経歴は、自動車部門で働いていたことも示しています。それについて、あなたが行った仕事、そして現在その業界をどこで見ているのか、そして将来について教えてください。

クルフェス： 私は1994年から2005年までジョージア工科大学にいました。2005年に私はクレムソン大学–自動車研究国際センターで学術研究プログラムを開始しました。一般に、2軸および3軸加工で単純な部品を製造することは比較的簡単でした。しかし、5軸部品に関しては、私たちは本当に違いを生み出していました。繰り返しになりますが、ハイエンドでより複雑な作業は、高度な訓練を受けた個人が本当に輝いていて、彼らが高額の給料を稼いだ場所でした！

他に注目している特定の垂直業界のイノベーションはありますか？現在および近い将来、どのような製造革新が交差して影響を与えることができると思いますか？メーカーは本当に何に注意を払うべきですか？

KURFESS： 私が科学技術政策局の先進製造業に関するオバマ大統領の技術的ポイントであったとき、私は物事について素晴らしい視点を得ました。両当事者間で、製造は重要です。私は数週間前に小委員会に証言し、そこで私たちは製造業者にとってモノのインターネットの重要性を強調しました。私たちは、機械が製品とプロセスに関する大量の情報を抽出しているのを見ています。これは、はるかに優れた製品と効率的なプロセスを作成するだけでなく、雇用機会と現代の労働力の競争力を向上させるのに役立ちます。その小委員会のすべての代表者はこれを理解し、このタイプのテクノロジーと機能の進歩を支援しました。

自動化に関して、テクノロジーの進歩は、必要な労働者を減らしてスキルのギャップを埋めるのに実際に役立つと思いますか？

KURFESS： 自動化が進むと、より高いスキルセットで必要な人員が減ります。従業員がハイエンド軸プログラミングを実行すると、企業はそれを取得します。彼らは、これらのマシンの方が優れていることに気づき、より多くのマシンを購入し、最終的にはより多くの人員を必要とします。確かに、人々がすべてのプログラミングを行うので、私たちはまだ仕事の中心に人間が必要です。一般の労働者であろうと個人であろうと、生涯学習の問題であり、これらの機械を理解することで、誰かを次のレベルの能力に導くことができます。したがって、スキルの低い仕事はなくなりますが、賃金率がはるかに高いスキルの高い仕事が大幅に拡大するでしょう！

最後に、高性能加工について少し説明しましょう。その分野で新しい革新的な開発はありますか？

クルフェス： それはすべてコントローラーに関するものです。使いやすさ、接続性…すべての情報をまとめる-それが未来です。それは、まだ私の最初のPCのように見える80年代のCNCコントローラーのズボンを打ち負かします！

お店では5軸加工を採用していますか？あなたはどのような課題に直面していますか？そして、自動ツールパスジェネレーターを備えたプログラミングマシンにオープンになりますか？下記のコメント欄でお知らせください。