Automatizzare la progettazione e la programmazione CAM per ridurre i tempi di programmazione CNC del 30%

Promuovere il settore automobilistico

Le automobili sono cambiate notevolmente negli ultimi decenni, e così anche il modo in cui vengono costruite. Ciò che un tempo veniva prodotto in serie, dai componenti al prodotto finito, oggi è caratterizzato da un alto grado di personalizzazione. Le case automobilistiche hanno bisogno di attrezzature di produzione in grado di produrre grandi quantità di parti e assiemi complessi dotati di una flessibilità sufficiente per il cambio rapido e frequente dei pezzi.

Pioniere nella costruzione di macchine utensili innovative e di alta qualità, GROB-WERKE GmbH & Co. KG (GROB) ha prodotto la sua prima macchina per la fresatura di filetti nel 1933. Da allora l'azienda a conduzione familiare è diventata leader nella produzione di sistemi innovativi di produzione e automazione, principalmente per le principali case automobilistiche del mondo e i loro fornitori. La gamma di prodotti del portafoglio GROB spazia dai centri di lavorazione autonomi a 5 assi alle linee di trasferimento per la produzione di parti meccaniche. Inoltre, presenta sistemi di produzione per motori ibridi ed elettrici, compresi i motori elettrici, così come linee di assemblaggio per moduli batteria e celle a combustibile.

Per la pianificazione del progetto, la progettazione, la validazione e la generazione di programmi CNC, GROB utilizza Plant Simulation, NX e Teamcenter con un'integrazione ERP bidirezionale, che copre cinque siti di ingegneria e produzione in tutto il mondo. (immagine gentilmente concessa da GROB)

Ingegneria globale

GROB deve gran parte del suo successo alla sua capacità di anticipare le mutevoli esigenze del mercato e di rispondere con soluzioni innovative. Questa strategia è stata supportata dall'adozione precoce di strumenti e sistemi software orientati al futuro per aiutare gli ingegneri a progettare, sviluppare e produrre attrezzature di produzione automobilistica.

Intorno agli anni 2000 GROB ha introdotto la progettazione assistita da computer (CAD) utilizzando la modellazione 3D sia per la progettazione concettuale che per la progettazione dettagliata. L'azienda ha utilizzato il software NX™ per sostituire i disegni 2D che spesso venivano ancora realizzati su carta. "I nostri ingegneri di progettazione lavorano in stretta collaborazione in tutti i nostri impianti di produzione in Germania, Italia, Cina, Brasile e Stati Uniti", afferma Christian Lisiecki, direttore e responsabile dei sistemi di lavorazione di GROB. "La standardizzazione del CAD utilizzando NX era un progetto globale da implementare in tutta l'azienda".

Questo primo progetto di digitalizzazione includeva anche un software di gestione del ciclo di vita del prodotto (PLM). GROB ha scelto il portafoglio di software PLM Teamcenter® per una perfetta integrazione con NX e per le prestazioni superiori nelle installazioni multisito. Insieme a NX, l'installazione di Teamcenter è stata implementata a livello globale. "Teamcenter è l'unica fonte di verità per tutti gli ingegneri di progettazione GROB di tutto il mondo", conferma Lisiecki. GROB sfrutta la Machine Resource Library (MRL), un'applicazione Teamcenter che fornisce la classificazione e la gestione dei dati per le risorse di ingegneria di produzione. "Le sue funzionalità di flusso di lavoro ci permettono di formare team di progetto efficaci in tutte le nostre sedi globali", aggiunge.

Sebbene le distinte base (BOM) siano state inizialmente scambiate tra Teamcenter e il software di pianificazione delle risorse aziendali (ERP) dell'azienda con altri mezzi meno inefficienti, le informazioni ora viaggiano tra questi sistemi separati utilizzando Teamcenter Gateway per SAP Business Suite (T4S). "L'eliminazione dei silos di dati finora separati ha ridotto il tempo necessario alla compilazione della distinta base di almeno l'80%", sostiene Lisiecki. "Inoltre, ha ridotto del 95% i noti errori di mancata corrispondenza".

Gli ingegneri GROB utilizzano NX CAM per la generazione e la simulazione di programmi CNC. (immagine gentilmente concessa da GROB)

Un digital twin completo

Gli ingegneri GROB creano il digital twin completo di ogni macchina o linea di produzione utilizzando NX per molte attività oltre alla modellazione. Questi eseguono analisi ad elementi finiti (FEA) con il software NX NASTRAN e simulazioni di fluidodinamica computazionale (CFD) utilizzando NX CFD. Utilizzano software di terze parti per la progettazione di diagrammi di circuito e armadi e si affidano all'applicazione di instradamento 3D integrata in NX per la progettazione e l'instradamento di tubi per fluidi e cablaggi elettrici nei loro assemblaggi complessi. Poiché molte parti delle attrezzature GROB sono costruite con la lamiera, queste utilizzano anche NX Sheet Metal Design, un ambiente su misura per la progettazione di parti in lamiera complesse.

"Con le sue numerose applicazioni specializzate, l'uso di NX consente agli ingegneri di affrontare varie attività di progettazione senza allontanarsi dall'ambiente abituale", afferma Florian Zingerle, ingegnere progettista e utente chiave di NX in GROB. "Lavorare in modo permanente all'interno del quadro globale di Teamcenter li aiuta a creare un digital thread durante tutta la fase di progettazione preliminare fino alla produzione".

La progettazione delle macchine e delle attrezzature di automazione GROB non si limita a NX. Gli ingegneri utilizzano Plant Simulation nel portafoglio Tecnomatix® per la progettazione concettuale fin dal processo di vendita. L'utilizzo di Plant Simulation consente a GROB di simulare il flusso di materiali e l'uso delle macchine, consentendo ottimizzazioni concettuali. Questo fornisce una solida base per tutto il successivo lavoro di progettazione. Gli ingegneri ricorrono a Process Simulate, anch'esso nel portafoglio Tecnomatix, per la simulazione dei robot che integrano nei loro progetti per verificare i tempi di ciclo ed escludere le collisioni.

GROB ha utilizzato NX per automatizzare il lavoro di progettazione e programmazione CNC con una lavorazione basata su feature che riconosce il 95% dei tipi di foro standard GROB e il 70-80% delle altre feature. (immagine gentilmente concessa da GROB)

NX, Teamcenter and Tecnomatix fanno parte della piattaforma aziendale Siemens Xcelerator di software, hardware e servizi.

Gli ingegneri GROB utilizzano il software Mechatronics Concept Designer™, che fa parte della famiglia NX, per creare e convalidare concetti di progettazione alternativi per assiemi importanti. Per la creazione della macchina o della linea di produzione, il software viene utilizzato per la messa in funzione virtuale. Compreso di definizioni cinematiche, il digitale twin di una macchina è collegato tramite la piattaforma di simulazione Siemens Simit al controllore logico programmabile (PLC) per la simulazione hardware-in-the-loop (HiL). La messa in funzione virtuale riduce notevolmente i tempi di consegna, soprattutto se i progetti di linee più grandi includono macchine di terze parti che vengono consegnate direttamente al cliente. GROB esegue la messa in funzione virtuale nei suoi uffici, il che riduce notevolmente il tempo impiegato e il lavoro di ottimizzazione svolto nei cantieri.

Gli ingegneri GROB utilizzano il software Mechatronics Concept Designer per la messa in funzione virtuale. (immagine gentilmente concessa da GROB)

Generazione di parti automatizzata

GROB utilizza principalmente NX CAM per la creazione di programmi a controllo numerico computerizzato (CNC). Gli ingegneri non scambiano programmi CNC ma modelli 3D tra gli impianti di produzione, utilizzando Teamcenter come hub centrale di informazioni. Questi modelli vengono trasformati in programmi CNC in sede, in base ai macchinari locali e agli strumenti disponibili.

Molti modelli presentano delle varianti, che si differenziano per esempio in base al numero e alle dimensioni dei fori o delle tasche. GROB ha utilizzato feature UDF (definita dall'utente) di NX per creare una libreria delle regole di lavorazione contenente tipi di foro standard, tasche e definizioni di superficie, inclusi gli strumenti necessari per le operazioni di lavorazione. Questo ha comportato risparmi notevoli in varie fasi del processo di creazione del prodotto. "L'utilizzo di NX CAM per la lavorazione basata su feature ci ha aiutato ad automatizzare il lavoro di progettazione e programmazione CNC", dichiara Zingerle. "Attraverso il riconoscimento del 95% dei tipi di foro standard GROB e del 70-80% delle altre feature, il riconoscimento automatico delle feature ha ridotto i tempi di programmazione CNC del 30% e ha ridotto notevolmente il numero di strumenti diversi utilizzati".

"Per raggiungere questi grandi livelli di automazione e integrazione dei dati ci è voluto del tempo e tre fattori principali", dice Lisiecki. "Innanzitutto, i prodotti software della piattaforma aziendale Siemens Xcelerator, dotati di stabilità a lungo termine e interoperabilità universale; poi, l'affidabile supporto continuo alle applicazioni di Siemens, un partner che conosce bene le nostre esigenze; infine, l'esperienza interna che facilita i continui miglioramenti con grande agilità".

Martin Wagner dirige il gruppo di tecnologia dell'informazione (IT) che supporta il software tecnico e converte i progetti dei pezzi dei clienti per utilizzarli in un digital twin GROB. Per fare un esempio delle funzionalità programmate internamente che richiedono la presenza di esperti informatici che conoscano tutti i diversi tipi di software coinvolti, Wagner racconta: "Lo scambio di informazioni tra Teamcenter e il software ERP non si limita a spostare le distinte base attraverso l'interfaccia T4S. La sequenza dei pezzi viene adattata automaticamente ai requisiti, ad esempio, degli acquisti, dopodiché la distinta base viene trasmessa all'ingegneria per il riallineamento automatico".

Gli addetti alla produzione di GROB si affidano a informazioni valide provenienti da Teamcenter, i visualizzatori di dati in formato JT™ sui monitor anziché sulla carta. Utilizzando un'applicazione aperta NX per estrarre le feature dai modelli NX, gli esperti IT di GROB hanno implementato la generazione automatica dei flussi di lavoro. "Sono sufficientemente dettagliati da distinguere tra dadi per saldatura e dadi per rivetti e indicarne l'orientamento", afferma Stefan Schur, Leader del gruppo, supporto alla produzione in GROB. "L'instradamento del flusso di lavoro basato su NX e generato automaticamente, ha virtualmente eliminato gli errori in officina".

Un altro esempio di automazione della progettazione è che qualsiasi rilascio di progettazione Teamcenter attiva il processo di modifica nel software ERP. A livello pratico, il software viene utilizzato (insieme a tutti gli altri disegni) per creare un documento che indichi le modifiche.

GROB utilizza NX non solo per la progettazione e la produzione delle proprie attrezzature. Con lo sviluppo di una nuova tecnologia di additive manufacturing (AM) per la produzione rapida ed economica di parti in alluminio, l'azienda ha integrato la soluzione AM all-in-one NX. Questa è collegata al software slicer della macchina che genera tutte le informazioni necessarie per la produzione dei pezzi. Gli utenti di queste macchine AM innovative utilizzano NX anche per creare le strutture di supporto dei pezzi. "Utilizzando il software Siemens, la nostra trasformazione digitale si estende ora per includere l'esperienza del cliente", conclude Lisiecki.

Gli addetti alla produzione GROB si affidano a informazioni valide provenienti dai visualizzatori Teamcenter JT sui monitor anziché sulla carta. (immagine gentilmente concessa da GROB)