Digitaal toolbeheer:meerdere concepten beginnen te convergeren

De focus op digitalisering in ontwerp en bewerking heeft het belang en de voordelen van meer geavanceerde digitale gereedschapsbeheersystemen (DTM) benadrukt. Hoewel dit tot een grote mate van differentiatie en enige verwarring heeft geleid met betrekking tot een algemeen aanvaarde systeemdefinitie, heeft het geresulteerd in de ontwikkeling van doelstellingen en mogelijkheden die zowel uitgebreider als klantgerichter zijn.

Terwijl veel eerdere ontwikkelingen in de productie waarbij zowel hardware als software betrokken was, werden gekenmerkt door rivaliteit tussen fabrikanten en ontwikkelaars die het proces belemmerde, is de vooruitgang in gereedschapsbeheersystemen veel meer coöperatief geweest en daardoor sneller en effectiever.

Een van de factoren die van invloed zijn op de ontwikkeling van DTM zijn:de behoefte aan gereedschapsbeheer in geautomatiseerde systemen en in toenemende mate in de productie van kleine tot middelgrote productie van complexe onderdelen op het niveau van de werkplaats; het opstellen van normen zoals ISO 13399; samenwerkingsprogramma's zoals MTConnect en verschillende subprogramma's onder de paraplu van Industrie 4.0; en de vraag van klanten naar systemen die meer efficiëntie, meer flexibiliteit en, indien nodig, relaties met meerdere leveranciers bieden.

Op dit moment varieert het systeemaanbod van individuele modules die beperkte functies uitvoeren tot totaalpakketten die zich uitstrekken van het CAM-station tot de werkvloer. Corsin Buerer, start-up lead, manufacturing data management bij Siemens PLM Software (Plano, TX), verklaarde:“We zien DTM als een belangrijk onderdeel van het totale informatiesysteem, inclusief software om de verschillende aspecten van gereedschapsvereisten te organiseren, de mogelijkheid om te voldoen aan de behoeften van automatisering en de mogelijkheid om tooling te integreren in de CAM-functie. Vanwege het scala aan klanten dat we bedienen, moeten we natuurlijk een brede selectie configuraties kunnen aanbieden die zich aanpassen aan de individuele behoeften van de fabrikant."

Alexander Zoller, president van Zoller Inc. (Ann Arbor, MI), visualiseert het DTM-systeem als een "digitale tweeling" voor alle relevante productieprocessen. “Ons systeem omvat een digitale bibliotheek met dubbele gereedschappen, evenals volledige functionele informatie over bewerking/gereedschap, waaronder de machine, de gereedschapshouder, de gereedschapsspecificatie, geometrie en alle andere gegevens die tijdens het proces nodig zijn. Informatie moet voor iedereen beschikbaar zijn, van de CAM-programmeur tot het productiemanagement.”

Bij het beoordelen van de functies die cruciaal zullen zijn voor nieuwe DTM-systemen, neemt Jeff Rizzie, directeur, digitale bewerkingsverkoop, Amerika, voor Sandvik Coromant (Fair Lawn, NJ), een breed perspectief in. “Hoewel veel fabrikanten doorgaans beginnen met een basis min/max-systeem om gereedschap aan te vullen, zien wij de ontwikkeling van volledig functionele systemen als essentieel voor de toekomst. Bij het bouwen van deze systemen is ons belangrijkste doel om betere manieren te bieden om gegevens te verstrekken op basis van hoe die informatie door de klant zal worden gebruikt.”

Klantgevoeligheid is cruciaal voor het proces. "Ons aanbod omvat een volledige integratie van alle informatie en processen met betrekking tot het productieproces", zegt Gregg Bigleman, directeur Noord-Amerika voor TDM Systems (Schaumburg, IL). “Dit zal bedrijven in staat stellen om gemakkelijker over te stappen op intelligente digitaal gekoppelde productie. Het cruciale element is dat alles uit een single-source database komt.”

De beschikbaarheid van gereedschapsgegevens wordt eveneens als essentieel beschouwd door Tyler Martin, STEP-technicus bij Seco Tools LLC (Troy, MI). “De gemakkelijke beschikbaarheid van data is van cruciaal belang. We stellen onze toolinformatie beschikbaar via modules die vanuit de cloud kunnen worden gedownload. Onze naleving van ISO 13399 verzekert klanten dat de juiste informatie er is wanneer ze die nodig hebben en gemakkelijk te begrijpen is.”

Walter AG (Tübingen, Duitsland) was een vroege pleitbezorger voor gereedschapsbeheersystemen en biedt tegenwoordig volledige servicemogelijkheden aan grotere klanten. Florian Böpple, manager digitale productie, merkte op:"Onze vroege inspanningen op het gebied van gereedschapsbeheer omvatten verkoopautomaten. Tegenwoordig stellen onze logistieke systemen ons in staat om samen te werken met een bedrijf door een totaalpakket te integreren waarmee ze de toolbeheerfunctie kunnen ontlasten. In de hoogste uitbreidingsstatus plaatsen we mensen fulltime bij de klanten en kopen we alle tools, zelfs sommige van concurrenten. Wij zorgen voor voorinstelling, technische bediening en optimalisatie op machines. Hierdoor kan de fabrikant zich concentreren op zijn kernactiviteiten en het gereedschapsbeheer overlaten aan professionals.”

Als reactieve voertuig zal DTM evolueren op een manier die de vooruitgang in de productie combineert met de visie van de betrokken gereedschapsbedrijven. Zoals Alexander Zoller het kort en bondig verwoordde:"Functioneel gezien komt er elk jaar een nieuw systeem."

Bigleman van TDM System benadrukte de noodzaak om "meerdere faciliteiten overal ter wereld met elkaar te verbinden", wat voor voortdurende efficiëntie zal zorgen. Bij Siemens benadrukte Buerer, senior productmarketingmanager, de logische ontwikkeling van DTM vanaf het begin:“We zijn overgestapt van de ontwikkeling van een digitale gereedschapsbibliotheek naar systemen voor fysiek gereedschapsbeheer. Dit omvat zowel de locatie van elk gereedschap binnen het productieproces als gereedschappen in de inventaris, omdat dit continue uitdagingen met zich meebrengt in een doorlopende productieomgeving.”

Rizzie van Sandvik Coromant noemde ook het pad van systeemontwikkeling. “Historisch waren gereedschapsbeheersystemen gebaseerd op statische berekeningen van gereedschapsinventarissen en bijbehorende updates. In de moderne omgeving is dit achterhaald en moeten we overstappen op dynamische trending van realtime gegevens, inclusief de status op de machine. In feite gaan we van discrete naar interactieve systemen.”

Walter werkt toe naar een meerkanaalsconcept door het gebruik van 'cockpits' voor gereedschapsbeheer. Böpple legt uit:“Een cockpit zal in de loop van de tijd een rapport voor het management over economieën ontwikkelen om definitieve besparingen in het algehele proces te definiëren door een basislijn van prestaties vast te stellen. Het is duidelijk niet aan de klant om de gegevens van de logistieke tool te kennen. Door onze expertise in te bouwen, kunnen we meer zinvolle en effectievere informatie verstrekken, vooral als het gaat om het bewerkingsproces. Een verdere cockpit zal ons bij Walter voorzien van de prestatiegegevens die ons in staat zullen stellen de gereedschapsprestaties te verbeteren.”

Inputs en eisen van klanten

Belangrijke factoren bij de verbetering van digitale gereedschapsbeheersystemen zijn de input en eisen van de klant. De synthese die voortvloeit uit de behoeften van de klant en de ervaring van gereedschapsfabrikanten komt naar voren als misschien wel de belangrijkste bijdrage aan de uitbreiding van de meer standaardmogelijkheden van DTM-systemen.

Martin van Seco Tools noemde het verzoek om verbeterde tooldatabibliotheken die van toepassing zijn op CAM-systemen. "CAM-mogelijkheden zullen absoluut noodzakelijk zijn om gereedschapsbeheersystemen hun volledige potentieel te laten bereiken."
Zei Zoller, "Klanten beginnen met het grote geheel te bekijken en vragen ons vervolgens om met hen samen te werken bij het ontwikkelen van specifieke oplossingen. Er is bijvoorbeeld over het algemeen een waargenomen verspilling van tijd die wordt besteed aan het zoeken naar bepaalde tools. Door adequate controles in te voeren, kunnen we dat probleem oplossen. We zien ook andere aanvragen voor 3D-applicaties, evenals mobiele mogelijkheden die kunnen communiceren via mobiele telefoon en tablet.”

De nieuwe klant die DTM-installatie overweegt, stelt verschillende eisen, die op verschillende manieren kunnen worden beantwoord. Bigleman van TDM Systems zei:“Klanten zijn tegenwoordig altijd op zoek naar uitbreiding en meer van hun productieproces in DTM-systemen. De potentiële nieuwe klant kan dus overal in het proces de digitale productieomgeving betreden door middel van eenvoudige 'bolt-on'-verbeteringen. Zodra de eerste stappen zijn genomen, is het mogelijk om stroomopwaarts of stroomafwaarts uit te breiden zonder verlies van gegevens of efficiëntie.”

Rizzie was het daarmee eens. “Bij Sandvik Coromant zijn we op zoek naar een startersplatform dat de koppeling van aanvullende applicaties mogelijk maakt. In deze context is het echter noodzakelijk voor de leverancier om te bewijzen op welke manier elke nieuwe applicatie bijdraagt ​​aan de waardestroom.”

Hoewel de initiële ontwikkelingsfase van DTM grotendeels het domein was van grote OEM's en dienovereenkomstig grote gereedschapsfabrikanten, wordt de industrie ook bevolkt door een groot aantal kleinere gereedschapsbedrijven, waarvan vele zowel verkoop- als adviesrelaties onderhouden met eindgebruikers, met name werkwinkels en kleinere fabrikanten. De overgang naar digitalisering roept noodzakelijkerwijs de vraag op wat er met die middelen zal gebeuren.

Walter's Böpple ziet een "shake-out" komen, zowel door standaardisatie als door DTM. "Er is een voortdurende strijd tussen leveranciers van laag niveau en premiumleveranciers. Degenen aan de onderkant zijn echt niet gemotiveerd om in welke hoedanigheid dan ook naar systemen te gaan. Hun grootste bedreiging komt voort uit het feit dat tools, vooral op commodity-niveau, steeds meer op elkaar gaan lijken.”

Zoller ziet een plek voor kleinere bedrijven, op voorwaarde dat ze aan de belangrijkste eisen voldoen. “De kleinere bedrijven moeten efficiënter worden. We zien een kans voor hen om het kleinere klantenbestand te dekken in samenwerking met bedrijven zoals het onze. Ze vullen zelfs onze catalogus en database in.”

Een aantal servicebedrijven die de kloof tussen grotere DTM-aanbieders en kleine gereedschapsfabrikanten opvullen, zal waarschijnlijk ook toenemen. Volgens Buerer:"Bedrijven die hun positie serieus willen nemen en zelfs willen groeien, zullen toegang krijgen tot leveranciers die hun gegevens kunnen uitbreiden. Bovendien zullen kleine fabrikanten die gespecialiseerd zijn in bepaalde gereedschapsdisciplines, zoals draadfrezen, ook een niche vinden en het extra voordeel hebben om samen te werken met grotere bedrijven die DTM leveren.”

Martin noemt een belangrijke factor in het voortbestaan ​​en de groei van kleinere fabrikanten. "Deze bedrijven kunnen niet alleen in een vorm van partnerschap enten op bestaande systemen, maar dankzij de cloud wordt hun servicecapaciteit uitgebreider en efficiënter."

Verdere ondersteuning voor de kleinere leveranciers van gereedschappen zal komen in de vorm van open platformstrategieën die door verschillende grote spelers zijn geïntegreerd. "We zijn 'merkonafhankelijk'", aldus Rizzie. “Elke tool kan verbinding maken binnen ons systeem. Ik denk dat alle majors dit uiteindelijk het geval zullen vinden dankzij algemene programma's als ISO 13399 en MTConnect.”

Het leiderschap in DTM van de grote gereedschapsfabrikanten en hun klanten, evenals hun verschillende operationele filosofieën en functies, roept de vraag op van schaalbaarheid. De mate waarin uitgebreidere systemen kunnen worden bewerkt tot compactere configuraties of gemodulariseerd kunnen worden, hangt grotendeels af van hun inherente doelstellingen en oorspronkelijke ontwikkeling.

Böpple merkte de hoge mate van differentiatie op. “De meest effectieve DTM-systemen zijn per definitie alomvattend en daarom minder beschikbaar voor kleinere bedrijven. Dit zal zo blijven, aangezien grote bedrijven systemen willen die onmiddellijk kunnen worden geïmplementeerd en die niet alleen een uitgebreide blauwdruk vereisen, maar mogelijk ook belangrijke wijzigingen. Kleinere bedrijven kunnen modules stukje bij beetje implementeren, maar eerlijk gezegd is dat geen holistisch systeem.”

Martin voorziet dat "naarmate meer protocollen standaard worden, er meer aspecten van DTM beschikbaar zullen komen voor kleinere operaties." Het feit dat het systeem van Seco Tools is ontstaan ​​als een combinatie van meerdere componenten die zijn afgeleid van een uitgebreide en gediversifieerde gereedschapsbibliotheek, maakt de systemen, in de woorden van Buerer, "zeer schaalbaar".

Behoefte aan een langetermijnplan

Bigleman noemde het belang van een langetermijnplan bij de ontwikkeling van elk systeem. “Elk van onze voorstellen is specifiek ontwikkeld voor de individuele klant op basis van hun behoeften. Het kan eenvoudig beginnen en een gefaseerd implementatieplan hebben of vanaf het begin een algemene aanpak bevatten.”

Rizzie pakt het anders aan en stelt zich een flexibel, meerlagig pad voor waarbij kleine tot middelgrote DTM-pakketten met gestandaardiseerde componenten beschikbaar zullen zijn om aan de behoeften van kleinere operaties te voldoen.

Een groeiende verscheidenheid aan systemen, modules en benaderingen roept eveneens de kwestie van implementatie op, die een beslissende factor kan zijn als het gaat om de aankoopbeslissing van een klant. Böpple noemt het belang van een uitgebreide planning voor DTM-succes. “We adviseren onze klanten om zich voor te stellen waar ze willen zijn – en dat gaat veel verder dan toolbeheer. Uit het totaalplan leiden we een strategie af, kiezen en betrekken vervolgens de beste partners en implementeren de oplossing. We waarschuwen onze klanten dat ze niet bang moeten zijn om wijzigingen aan te brengen of om overweldigd te worden door overtollige gegevens. Resultaten zijn oneindig te verkiezen boven verwarring.”

Martin raadt aan om het hele systeem in één keer op te nemen:“Dit is niet alleen vanuit operationeel oogpunt zinvol, maar ook vanuit financieel oogpunt. Door te kiezen voor eenmalige kosten, vermijdt de klant onverwachte add-ons en extra's.”

“Een voorzichtige benadering met betrekking tot zware interne betrokkenheid van de klant is verplicht”, aldus Zoller. “Het is heel belangrijk om een ​​team op zijn plaats te zetten. Dit bespaart niet alleen tijd, maar stelt de mensen die het meest vertrouwd zijn met de processen in staat om een ​​intern beeld te krijgen. Geef vervolgens prioriteit aan belangrijke gebieden en implementeer deze in fasen.”

Buerer pleit voor een paradigmaverschuiving voor grote bedrijven en een "start en vervolgens uitbreiden"-strategie voor kleinere. “Het succes van een groot systeem is sterk afhankelijk van voorbereiding en training, en mensen vinden het veel logischer om het hele concept in één keer te doorgronden. Waar dit financieel of operationeel niet mogelijk is, raden we aan te beginnen met een bepaalde afdeling of set machines, het systeem te leren kennen en het gewenste uiteindelijke resultaat te definiëren, en van daaruit uit te breiden.”

Invloed van Industrie 4.0

Het is duidelijk dat Industrie 4.0-initiatieven een primaire kracht zijn achter de adoptie van DTM. De snelheid en mate waarin het wordt geïmplementeerd, hangt af van de urgentie van de gebruiker om zich aan de protocollen te houden.

Als het op uitbreiding aankomt, ziet Buerer de behoefte aan systemen die verder gaan dan alleen de tooling. “Als bedrijven de automatiseringscapaciteit willen vergroten, moeten ze de behoefte aan DTM onderschrijven. Verder mogen de digitale systemen niet stoppen bij gereedschappen, maar moeten ze ook armatuur- en meetbeheer omvatten.”

Zoller ziet DTM als “precies passen in 4.0-initiatieven. De enige effectieve manier om alle bronnen te gebruiken, is via een gedeeld systeem. Dit bevordert de efficiëntie die een positieve invloed heeft op de balans - kosten drijven de gereedschapsruimte van vandaag en we evolueren naar een volledig geautomatiseerde robotgereedschapsruimte."
Volgens Martin:"Het volledig gedigitaliseerde productiesysteem moet noodzakelijkerwijs worden holistisch van aard. DTM is een cruciaal onderdeel van de mix. Abonnees nemen Industrie 4.0 serieus.”

Rizzie merkte op:“De kern van Industrie 4.0 is het concept van connectiviteit. Gereedschapsbeheer moet onderling verbonden zijn om de dynamische gegevens te leveren die worden vastgelegd en die uiteindelijk van invloed zijn op alles, van geoptimaliseerde cycli tot de standtijd van het gereedschap.”

Hoewel er algemene overeenstemming is over de noodzaak van DTM, leiden de verschillende interpretaties van hoe dergelijke systemen moeten worden gebouwd en geïmplementeerd en wat ze moeten bevatten, natuurlijk tot een visualisatie van waar dergelijke protocollen zich in de nabije tot middellange termijn zullen bevinden. Een andere factor is de manier waarop het systeem nieuwe en niet-traditionele methoden, materialen en technologieën zal omvatten of aanpassen.

Bigleman voorziet een revolutie in communicatie:“Op korte termijn kunnen er geen ‘silo’s’ meer zijn. Communicatie moet duidelijk zijn en de industrie moet het idee van transparante communicatie in alle processen, systemen en afdelingen omarmen. Naarmate er nieuwe technologieën opkomen, zullen providers de software en hardware ontwikkelen die ze allemaal met elkaar verbindt.”

Zoller voorziet "een voortdurende ontwikkeling van DTM-systemen die van nature nieuwe materialen en technologie zullen omarmen, vooral als het gaat om het vermogen van klanten om hun eigen gereedschap te vervaardigen."

Böpple is van mening dat het leiderschap op de korte termijn in Industrie 4.0 in de metaalverspanende industrie zal worden geleverd door grotere OEM's en gereedschapsbedrijven en streeft naar gereedschapsoptimalisatie als het primaire doel. “De gereedschapsfabrikant moet assisteren in de processtroom, van CAM, planning, inkoop en toepassing. Dit zal het gemakkelijker maken om de beste tool efficiënter te vinden, zelfs als dat een wereldwijde productzoekopdracht met zich meebrengt, aangezien we deze bieden via het gebruik van GPS."

Met betrekking tot nieuwe technologieën voorziet hij meer bedrukking van werkstukken, vooral in de auto- en ruimtevaartindustrie, met de nadruk op lichter gewicht en verbeterde metaalstructuur. Conventionele gereedschappen blijven echter nodig.

"Omdat sommige klanten de mogelijkheid ontwikkelen om hun eigen halffabrikaten te maken, moeten ze tegelijkertijd bepalen welke methoden en gereedschappen zullen worden gebruikt in het afwerkingsproces", zegt Böpple. “Voor de meeste klanten zal dat ook nog gelden voor het voorbewerkingsproces, vooral omdat de complexiteit van de bewerking steeds groter wordt door nieuwe materialen en legeringen. Zo'n taak vereist uitgebreide
ervaring en kennis, en aangezien veel experts de pensioengerechtigde leeftijd bereiken, zal het cruciaal zijn om nieuwe mensen op te leiden."

Volgens Buerer:"Op korte termijn zullen DTM-systemen worden ingeschakeld om meer 3D-gegevens te leveren, evenals simulatiemogelijkheden. Veel van de 3D-gegevens zullen moeten komen van gereedschapsfabrikanten die met klanten zullen samenwerken om de voedingen en snelheden te optimaliseren, de voorraad te minimaliseren en de deur open te zetten voor meer feedback van gereedschappen en bewerkingsprocessen.”

Een grotere nadruk op het snel maken en/of ophalen van gegevens is volgens Martin van cruciaal belang. Wat betreft nieuwe technologieën is hij van mening dat “omdat de instapkosten erg hoog zijn, het voor de meeste klanten economisch niet haalbaar zal zijn om geavanceerde additieve productie op te nemen. Gezien de benodigde input op het gebied van hardware, software en mensen, zou de ontwikkeling van zeer gespecialiseerde tools het beste kunnen worden gedaan in samenwerking met gereedschapsfabrikanten.”

Rizzie merkte op dat connectiviteit op alle niveaus op korte tot middellange termijn de belangrijkste pijler van DTM zal zijn. “Versnelde connectiviteit zal in een aantal gevallen de behoefte aan gespecialiseerde tooling definiëren, die in sommige gevallen moet worden afgedrukt. De cruciale factor hierbij is de ontwikkeling van materialen die de beste resultaten kunnen opleveren.”

De vele uiteenlopende richtingen in DTM geven aan dat rigide protocollen niet passen. In een dynamische productieomgeving die wordt gekenmerkt door revolutionaire ontwerpen, nieuwe en in sommige gevallen op maat gemaakte materialen, en methoden en machines die kort geleden nog ongehoord waren, is de traditionele definitie van "gereedschap" verbreed. Evenzo vereist het geoptimaliseerde gebruik van alle inputs en activa in de productie systemen die zowel interactieve als discrete functies kunnen bieden. Zoals Rizzie opmerkte:"Met digitaal gaan we van stamkennis naar systeemkennis."

Hoewel een toenemend segment van de productiegemeenschap de noodzaak en onvermijdelijkheid van DTM-systemen erkent, varieert het begrip van hoe die protocollen zullen worden gedefinieerd, geïmplementeerd en uiteindelijk gebruikt sterk. Hoewel normen, waaronder ISO 13399, Industry 4.0 en MTConnect een zekere mate van structuur hebben bijgedragen, blijft er veel discussie bestaan ​​over wat het systeem zou moeten bevatten (alleen gereedschappen of gereedschappen, armaturen en hulpapparatuur), wie verantwoordelijk zou moeten zijn voor het doorlopende beheer van het systeem (facilitair personeel vs. gereedschapfabrikanten/leveranciers), hoe ver DTM functioneel moet worden uitgebreid en welke afdelingen moeten worden opgenomen (productieactiviteiten, financiën, management) en hoe het systeem van implementatie naar de toekomst moet evolueren.

Wat ooit gezien had kunnen worden als een meer geavanceerde versie van de gereedschapsruimte, wordt verder bemoeilijkt door de snelle versnelling van de ontwikkeling van productietechnologieën en de uitdaging die wordt geboden door geheel nieuwe alternatieven, waaronder additieve fabricage en nanotechnologie, die de definitie van wat vormt een hulpmiddel.

Uit de vele onderdelen van deze ontwrichtende technologie, lijkt het erop dat DTM-systemen noodzakelijkerwijs sterk aangepast zullen worden en voortdurend zullen evolueren op basis van factoren zoals de aard van onderdelen en materialen, de mate van automatisering en de gewenste resultaten. Het is duidelijk dat modularisering een grote rol zal blijven spelen.