Edge Computing permite digitalização inteligente de máquinas CNC

Os dispositivos de borda aprimoram as máquinas CNC inteligentes sem afetar a operação do controlador, garantindo o desempenho e a produtividade da máquina.

Um dispositivo de computação de borda de máquina CNC inteligente é um PC industrial robusto projetado para funcionar em ambientes industriais/de manufatura. O software do dispositivo de borda consome dados de máquinas no chão de fábrica, processa esses dados e fornece insights ou informações valiosas diretamente para a máquina, sistemas de nível superior, servidores ou data lakes. “Porque os dispositivos de computação de ponta são separados da máquina real. controlador, esses dispositivos podem ser gerenciados e atualizados dinamicamente, sem necessariamente ter que tirar a máquina da produção, o que afetaria a produtividade. Ele permite que os usuários abordem novos casos de uso sem afetar o desempenho da máquina”, disse Gus Gremillion, consultor de soluções da Siemens.

As conexões primárias em um dispositivo de borda usam Ethernet industrial padrão para se comunicar com o que a Siemens chama de conexões sul e norte (Figura 1). A conexão sul conecta o dispositivo de borda à máquina por meio de um switch. A conexão norte – também por meio de um switch – permite que os usuários coletem dados e interajam com o dispositivo de computação de ponta.

A execução de aplicativos avançados no dispositivo de computação de ponta reduz bastante a carga de computação no controlador CNC. Por exemplo, evitar colisões requer uma quantidade considerável de sobrecarga computacional. “Quando nossos dispositivos de borda são usados, isso resulta em muito pouca carga adicional no CNC do ponto de vista computacional”, explicou Gremillion. “Isso torna [os dispositivos de ponta] adequados para máquinas existentes no chão de fábrica.” “Um dispositivo de ponta coloca menos de 5% de carga na CPU da máquina”, continuou Gremillion. Ele disse que alguns usuários estão preocupados com o fato de que a colocação de dispositivos de ponta em suas máquinas existentes afetaria o desempenho ou o comportamento da máquina. “Podemos dissipar essa [preocupação], porque não colocamos essa carga no CNC; toda essa computação é tratada no dispositivo de ponta.”

Um CNC em execução produz valores “antecipados” do caminho futuro próximo da máquina, que o dispositivo de borda pode capturar. Os valores antecipados facilitam a prevenção de colisões, comparando a operação em tempo real com um modelo 3D do espaço da máquina – incluindo o acessório e a peça de trabalho – carregado no dispositivo de borda. “O dispositivo de borda está sempre verificando onde a máquina estará em 800 milissegundos enquanto corre ou mesmo corre com a máquina”, explicou Gremillion. “Se a máquina colidir com a peça de trabalho, o acessório ou a mesa, o dispositivo de borda acionará uma parada de emergência [parada de emergência] na máquina antes que a máquina realmente colida.” dispositivo”, continuou Gremillion, “somos capazes de modelar a máquina, o acessório, a peça e até mesmo o material removido da peça. Os usuários obtêm simulação 3D e evitam colisões porque podem ver a configuração exata do espaço da máquina SINUMERIK em tempo real.”O gêmeo digital pode ser importado para o dispositivo de borda. Isso ajuda a agilizar a modelagem e a prevenção de colisões. Normalmente, os fabricantes de máquinas constroem o gêmeo digital porque conhecem suas máquinas; eles têm os arquivos CAD 3D de suas máquinas. Eles frequentemente usam o gêmeo digital para ajudar no comissionamento e na engenharia de suas máquinas. Em seguida, eles podem exportar o arquivo do modelo para o dispositivo de borda.

Dispositivos de borda podem otimizar o processo de usinagem. Por exemplo, a Siemens possui um aplicativo que monitora e fornece feedback à máquina que indica se o processo é nominal com base em dados históricos. Se ocorrer uma anormalidade como um pico na carga do fuso ou um ponto difícil durante o processo de usinagem (Figura 2), o feedback para o controle pode acionar uma retenção de avanço na máquina, enviar uma mensagem ou alarme a um operador ou acionar uma sub-rotina.

Os dispositivos de borda têm um papel a desempenhar na análise de dados de máquinas CNC. “Nas instalações, algumas máquinas se comportam de maneira diferente, têm 'personalidades' diferentes”, disse Gremillion. “Ao coletar os dados [de cada máquina], os usuários podem comparar máquina a máquina para identificar variações. Com base nesses dados, eles podem reajustar uma máquina específica ou substituir componentes mecânicos para melhorar seu desempenho.”Gremillion disse que às vezes um usuário pode relatar uma máquina “criança problemática”. “A coleta de dados permite que os usuários descubram por que uma determinada máquina é problemática. Isso permite que eles façam comparações para entender melhor seus processos e depois otimizá-los”, disse ele.