Slimmer calculeren LEIDT TOT procesoptimalisatie

Twee onderliggende trends in CAD/CAM-software zullen voor een belangrijke verandering in de werkwijze van bedrijven zorgen. De eerste is de opkomst van geautomatiseerd calculeren. De tweede is de transitie naar de cloud, die nu ook in Europa voet aan de grond krijgt. Deze ontwikkeling sluit naadloos aan op de toenemende samenwerking in de keten.

Op termijn zullen verspanende bedrijven hun eigen digital twin maken. Dan wordt digitaal exact vastgelegd hoe het product gemaakt is, inclusief de parametersettings voor elke stap (Foto: Autodesk)

Standaardisatie eerste stap

Wat begonnen is bij enkele plaatwerkbedrijven, spreidt zich stilaan uit naar de verspanende industrie. In de plaatwerkindustrie, waar het veelal gaat om 2D-lasersnijden aangevuld met plooien, is automatisch calculeren relatief eenvoudig. Sinds enkele jaren zijn er evenwel ook internetplatformen die CNC-maakdelen aanbieden, waarbij de klant online direct de kostprijs van het onderdeel kan zien. Eventueel inclusief meerprijzen voor andere materialen en afwerking, of levertijd.

De software die op de achtergrond draait, is soms eigen software of soms vrij verkrijgbaar. Deze laatste is eveneens interessant voor maakbedrijven die zich nog niet als onlineplatform profileren. Algoritmen analyseren op heel korte tijd - vaak binnen een minuut - tot wel duizend vlakken van een 3D CAD-model of een STEP-file en kiezen de passende bewerking hiervoor. Ze berekenen niet alleen de bewerkingstijd, maar ook de gereedschapskosten, de tijd die nodig is voor het opspannen van het product en de neventijden. Het mag duidelijk zijn dat hoe gedetailleerder de data zijn waarmee deze systemen gevoed worden, des te preciezer de uitkomst van de berekening van de productiekosten is.

Gebruik van deze software vergt wel absoluut standaardisatie van bewerkingen. Dit is een noodzakelijke stap voor men deze geavanceerde calculatiesoftware kan implementeren. Binnen het bedrijf moet men daarom afspraken vastleggen over hoe bepaalde bewerkingen gedaan worden. Een kamer uitfrezen gebeurt telkens met een bepaalde strategie en gereedschap. Het kan dus niet langer zo zijn dat elke CAM-programmeur zijn eigen keuzes maakt. Dit levert natuurlijk extra voordelen op in onder andere het beheer van gereedschappen.

Een ontwikkeling die komende jaren zichtbaar zal worden, is dat deze calculatie-algoritmen geïntegreerd worden in de CAD-software (Foto: Siemens)

Voorcalculatie verloren tijd

Het grootste winstpunt van automatisch calculeren zit in het minder tijd hoeven te investeren in de aanvragen voor prijzen. Afhankelijk van het type bedrijf is de scoringkans op een offerte vaak minder dan 40%. In tijden met veel aanbod van capaciteit en weinig vraag, zal dit in menig bedrijf nóg lager liggen. Er wordt dus veel gerekend, terwijl dat in heel veel gevallen voor niks is geweest: er volgt geen order uit. Bovendien ligt er druk op maakbedrijven om snel een prijs af te geven. De opmars van de onlineplatformen die stante pede de prijs afgeven, verhoogt deze druk verder.

Is uitbreiding van de calculatie-afdeling de oplossing? Nee. Nog afgezien van de kosten die dit met zich meebrengt, de lange inwerktijd van nieuwe medewerkers en de vraag of er wel voldoende vakmensen te vinden zijn, zien bedrijven vaak over het hoofd dat men zo amper tijd overhoudt om het proces te optimaliseren. Daar biedt calculatiesoftware uitkomst, in dubbel opzicht.

De software, die heel nauwkeurig alle stappen in een proces berekent, levert daarnaast inzicht in de tijd die elke stap in het proces kost; van opspannen en instellen tot en met gereedschapskosten. Met die informatie kan men bepalen waar de meeste winst te halen valt als men het proces wil optimaliseren. Met deze software kan men immers met minder inspanningen sneller offertes afgeven. Bovendien kan die heel goed intern in de onderneming gebruikt worden om bewerkingsstrategieën met elkaar te vergelijken. Zelfs bewerkingen op verschillende machines kunnen goed met elkaar vergeleken worden. Wat is slimmer: het product in twee opspanningen bewerken op de vijf-asser met een hoger uurtarief, of enkele keren vaker omspannen en op de goedkopere 3-asser frezen? Met calculatiesoftware krijgt men op heel korte tijd inzicht in deze kostprijsvergelijkingen.

De software, die heel nauwkeurig alle stappen in een proces berekent, levert daarnaast inzicht in de tijd die elke stap in het proces kost; van opspannen en instellen tot en met gereedschapskosten (Foto: Siemens)

Integratie in de CAD-software

Een ontwikkeling die komende jaren zichtbaar zal worden, is dat deze calculatie-algoritmen geïntegreerd worden in de CAD-software. Sommige CAD-ontwikkelaars willen dit koppelen aan de platformen van de onlinemaakbedrijven. Met deze twee stappen krijgen de engineers bij machinebouwers en andere maakbedrijven direct inzicht in de kosten van een bepaald feature dat ze ontwerpen.

Twee onderliggende trends in CAD/CAM-software zullen voor een belangrijke verandering in de werkwijze van bedrijven zorgen. De eerste is de opkomst van geautomatiseerd calculeren. De tweede is de transitie naar de cloud.

Stel dat ze een gat een H7-passing meegeven, dan zien ze in het CAD-software wat de invloed hiervan is op de kostprijs. Of als ze een vlak een hoge oppervlaktekwaliteit toedichten: wat kost dat meer? Op deze manier krijgt de design engineer veel meer voeling met de gevolgen van wat hij ontwerpt voor de kostprijs van het onderdeel. Het idee is dat ze hierdoor bewuster nadenken of bepaalde nauwkeurigheden wel nodig zijn voor het onderdeel, of dat men dezelfde functionaliteit behaalt met iets mindere specificaties.

AUTOMATISCH GEREEDSCHAPPEN GENEREREN

De algoritmen nemen ook steeds meer taken van de programmeur over. Deze ontwikkeling speelt bij CAM-programma’s al langer. Denk maar aan feature herkenning, waardoor CAM-software een deel van het programmeren automatiseert. Een nieuwe ontwikkeling is het automatisch genereren van 3D-modellen. Concreet gebeurt dit bijvoorbeeld bij het ontwerpen van opspangereedschappen en kalibers. De nieuwste softwaretools genereren deze automatisch op basis van het 3D CAD-model van het werkstuk waarvoor een gereedschap ontwikkeld moet worden. Daarmee worden uren tekenwerk bespaard.

Software as a Service

De tweede trend in CAD-software is de cloud. De transitie naar cloudgebaseerde CAD/CAM-software lijkt te versnellen. Alle grote spelers bieden inmiddels, naast hun eeuwigdurende licenties voor hun programma’s in de cloud, de software op abonnementsbasis aan. Waarom zet deze trend juist nu door? Afgezien van het feit dat het voor de aanbieders van de software gemakkelijker is om vernieuwingen door te voeren – iedereen in de cloud werkt immers met de meest recente release – speelt Industrie 4.0 in deze ontwikkeling een belangrijke rol.

De digitale tweeling zal leiden tot de model based enterprise, waarin die digital twin van een product of machine cruciaal is. Een groeiend aantal OEM’ers stapt van de 2D-tekeningen over naar de 3D-modellen, Model Based Definition. Het 3D-model waarin alle maakinformatie zit, wordt ook wel PMI genoemd: product manufacturing information. Wanneer de hele waardeketen in de cloud werkt, kan men de digitale tweeling als de single source of truth beschouwen. Het risico dat ergens in de keten een 2D-file circuleert die achterhaald is omdat het ontwerp inmiddels is gewijzigd, wordt tot nul teruggebracht. Elke speler heeft immers toegang tot de actuele data in de digitale tweeling die voor zijn deel in het proces relevant zijn.

Gecombineerd met blockchain technologie, krijgen OEM’ers zo ook instrumenten in handen om hun Intellectual Property beter te beschermen. Toeleveranciers krijgen immers digitaal toegang tot voor hen relevantie data; ze krijgen geen 3D-files of 2D-tekeningen meer. En dankzij blockchaintechnologie kan een OEM’er goed afschermen wat een ander ermee kan doen. In sommige gevallen kan dat zelfs zover gaan dat er digitaal is vastgelegd op welke machine en op welke locatie de toeleverancier hoeveel producten mag maken.

De nieuwe ontwikkeling is dat algoritmen de 3D modellen voor gereedschappen automatisch genereren op basis van het model van het product. 3D printerfabrikant Stratasys heeft dit samen met de startup nTopology ontwikkeld. Het 3D model voor een opspangereedschap wordt automatisch binnen enkele seconden gegenereerd aan de hand van het 3D model van het product.

Procesoptimalisatie

Op termijn zullen verspanende bedrijven hun eigen digital twin maken. Dan wordt digitaal exact vastgelegd hoe het product gemaakt is, inclusief de parametersettings voor elke stap. Daarmee kan men niet alleen bij problemen in een later stadium naar mogelijke oorzaken zoeken.

De digitale tweeling kan eveneens gebruikt worden om een verspaningsproces te optimaliseren, niet in de laatste plaats doordat de insteltijd drastisch kan worden gereduceerd. Sommige CAM-ontwikkelaars zeggen dat simulatie met een digitale tweeling van machine en werkstuk insteltijden tot wel 65% verkort. De komst van kunstmatige intelligentie zal dit de komende jaren versnellen.

Calculatie algoritmen kunnen in minder dan een minuut honderden vlakken doorrekenen en de meest optimale bewerkingsstrategie hiervoor kiezen. Op basis van die uitkomsten worden kostprijsberekeningen gedaan op de website van online maakplatformen. Het Duitse TICC is een van de ontwikkelaars van deze software.

TICC — Maakbedrijven kunnen de calculatiesoftware ook gebruiken om interne processen te verbeteren. Men kan hiermee bijvoorbeeld snel onderzoeken welke machines de optimale kostprijs voor een product hebben.

Slimmer calculeren leidt tot procesoptimalisatie