Tanya Ahli:Profesor Teknologi Georgia tentang Masa Depan Pemesinan

Dr. Thomas Kurfess, pakar permesinan dan peneliti di Georgia Tech, telah mengembangkan algoritme yang secara dramatis meningkatkan produksi mesin 5-sumbu dengan pembuatan jalur pahat otomatis. Di sini, kami duduk bersama Kurfess untuk membahas kemajuan industri terbaru dan ke mana arah permesinan.

Pemesinan satu dimensi adalah proses yang cukup mudah beberapa dekade yang lalu, hanya membutuhkan keputusan tentang perjalanan, umpan, dan kecepatan yang diperlukan. Kemampuan peralatan CNC saat ini sedikit lebih maju. Dengan pemesinan 5 sumbu, produsen dapat memindahkan pahat di sepanjang lima sumbu berbeda secara bersamaan––yang memungkinkan mereka membuat bagian dan desain yang sangat rumit.

Dan inovasi baru mulai berkembang, kata Dr. Thomas Kurfess, seorang profesor dan Ketua Terhormat HUSCO/Ramirez dalam Tenaga Fluida dan Kontrol Gerakan di Institut Teknologi Georgia. Karyanya berfokus pada desain dan pengembangan sistem manufaktur canggih yang menargetkan produksi dan optimalisasi produk yang kompleks.

Dia telah meneliti algoritme untuk mesin 5-sumbu yang memungkinkan pembuatan jalur pahat otomatis––kemampuan yang dapat secara dramatis meningkatkan produktivitas dengan mengurangi jumlah interaksi pengguna dan waktu persiapan untuk jalur pahat. Kurfess juga telah mengerjakan penelitian yang menyoroti ketidakcukupan dalam mengukur keausan pahat dalam geometri pahat tingkat lanjut—dan dia secara resmi bekerja untuk Gedung Putih. Dari 2012 hingga 2013, ia menjabat sebagai asisten direktur untuk manufaktur lanjutan di Office of Science and Technology Policy yang bekerja di bawah Presiden Obama.

Kami duduk bersama Kurfess untuk membahas keadaan mesin multisumbu saat ini––dan ke mana arah masa depan.

Anda telah melakukan penelitian seputar pembuatan jalur pahat otomatis untuk mesin 5-sumbu. Bisakah Anda memberi kami pandangan Anda tentang tantangan masa lalu, sekarang dan masa depan?

KURFESS: Saya dibesarkan di sebuah toko mesin kecil; kembali pada hari itu NC, atau kontrol numerik. Maju cepat ke masa depan, dan kita sekarang berada di era pemesinan 5-sumbu. Sementara penggilingan 2 atau 3-sumbu relatif mudah, dengan 5-sumbu, banyak hal berayun di sudut yang berbeda dan terkadang sulit untuk diprogram. Dan sejujurnya, kami belum tentu meningkatkan kemampuan pemrograman kami dari tahun 1980-an di mesin, dan kami masih memiliki tugas yang sangat kompleks yang membutuhkan programmer yang sangat terlatih dengan sejumlah besar pengalaman. Ini sangat kontras dengan pencetakan 3D––yang dianggap hanya sebagai masalah mengunduh file dan mencetak. Murid-murid saya sering bertanya, “Mengapa kita tidak mencetak bagiannya saja secara 3D?” Tetapi ketika Anda pergi ke pabrik nyata yang memiliki peralatan mesin jutaan dolar, Anda akan menggunakan peralatan mesin itu karena mereka ada di sana dan tidak dapat diganti dengan mudah atau murah. Jadi industri masih memiliki jarak untuk ditempuh. Selanjutnya, manufaktur aditif biasanya membuat bagian plastik. Anda dapat membuat struktur dari logam, tetapi ada batasannya. Salah satu teknologi yang memungkinkan kami untuk pemrograman alat mesin tingkat lanjut adalah unit pemrosesan grafis, atau GPU.

Bisakah Anda menjelaskan lebih detail tentang GPU?

KURFESS:Saya jika Anda membeli komputer dengan papan grafis, itu akan memiliki GPU. Sementara game adalah pasar utama, kami menggunakan kemampuan itu untuk menghasilkan lintasan pemesinan 5-sumbu kami … GPU seperti komputer super kecil dan memberi kami antarmuka seperti game untuk pemrograman, mengambil beban kognitif yang signifikan dari programmer manusia. Dengan kemampuan superkomputer GPU, kita dapat melihat semua prospek yang berbeda di luar sana dan berbagai skenario yang bahkan programmer ahli tidak akan punya waktu untuk mempertimbangkannya. G-code telah membawa kita jauh, tetapi itu membatasi dan teknologi ini akan dengan cepat menggerakkan kita jauh melampaui apa pun yang kita lihat hari ini.

Di mana Anda melihat masa depan permesinan multisumbu dan permesinan secara umum?

KURFESS: Saya memprediksi beberapa hal khususnya. Pertama, kita akan bergerak ke arah membuat peralatan mesin lebih mudah diprogram. Kedua, sementara banyak orang mengatakan kami akan sepenuhnya otomatis, saya tidak selalu percaya itu. Ada analogi pencuci piring yang hebat yang dibawakan seseorang kepada saya. Dalam hidup saya, saya tidak percaya Anda akan pernah melihat mesin pencuci piring Anda membongkar secara otomatis karena ada keahlian dan kompleksitas yang masuk ke dalam bongkar muat. Hal yang sama berlaku untuk mesin––kita perlu membuat mesin lebih mudah digunakan dengan membantu pemrogram membuat pilihan seperti alat mana yang akan digunakan, dan orientasi apa yang akan diprogram dalam mode kontinu 5 sumbu penuh. Akhirnya, saya melihat pergerakan ke arah antarmuka pengguna grafis yang lebih mirip dengan apa yang akan Anda alami pada sistem game. Antarmuka tersebut dapat membantu Anda menjadi lebih produktif, dan mari kita hadapi itu, tenaga kerja saat ini, seperti anak-anak saya, sangat mahir menggunakan antarmuka game tersebut.

Apakah ada aspek dari mesin ini yang kurang dimanfaatkan saat ini? Apa saran Anda untuk mendapatkan hasil maksimal dari mesin ini?

KURFESS: Ini adalah masalah penggunaan mesin kelas atas secara maksimal––dan masalah besarnya adalah pelatihan. Kami bekerja sama dengan community college dan perguruan tinggi teknik terdekat, dan sulit dan mahal bagi mereka untuk memberikan pelatihan di tingkat rekanan untuk peralatan mesin yang rumit ini. Memiliki peralatan mesin seharga $500.000 di laboratorium pengajaran cukup mahal, tetapi pelatihannya sangat penting, terutama dengan pemesinan multisumbu. Juga sulit bagi perusahaan untuk melatih individu, karena begitu seseorang menjadi ahli dalam hal itu, menjaga mereka tetap ada akan sulit. Sederhananya, permintaannya tinggi.

Anda telah melakukan penelitian untuk mengembangkan algoritme yang akan menguntungkan pembuatan jalur alat otomatis. Ceritakan tentang penelitian itu dan tantangan yang Anda coba atasi di sana. Apa hasilnya? Di mana Anda melihat pembuatan jalur alat otomatis hari ini, dan menurut Anda ke mana arahnya?

KURFESS: Berkenaan dengan pembuatan jalur alat, alih-alih piksel, kami bekerja dalam voxel. Ini adalah piksel 3D tempat kami mengambil desain dan memvoxelkannya. Kami melakukan pemrosesan volumetrik digital, yang merupakan format alami untuk GPU. Kami mengambil bagian desain yang ada dalam model CAD dan memvoxelizenya sehingga kami dapat memprosesnya di GPU. Pendekatan ini cocok untuk suku cadang mesin dan mesin hybrid, yang menggabungkan aditif pada peralatan mesin (manufaktur aditif dan subtraktif). Perusahaan mulai lebih banyak menggunakan voxel dengan masalah kelas atas. Perlahan tapi pasti, voxel turun ke berbagai produk. Di Georgia Tech, kursus pembuatan desain tahun kedua kami, kami meminta siswa merancang suku cadang dengan alat berbasis voxel menggunakan platform komputasi kinerja tinggi berbasis cloud dan mereka menyukainya. Sistem yang mereka gunakan adalah urutan besarnya lebih cepat dari apa pun di luar sana; jadi, mereka mendapatkan umpan balik secara real time apakah bagian mereka dapat diproduksi di mesin bubut dengan paket perkakas yang saat ini terpasang, saat mereka sedang dalam proses menggambar bagian tersebut.

Anda juga telah mengerjakan penelitian tentang mengukur keausan pahat dalam geometri kompleks. Beritahu kami tentang penelitian itu dan apa yang Anda temukan.

KURFESS: Kami melakukan sedikit pekerjaan di bidang ini, tetapi izinkan saya memberi tahu Anda tentang kemenangan terbesar kami:Kami melakukan pemesinan superalloy berbasis nikel yang sangat canggih yang mengerikan untuk mesin. Sulit untuk mencapai geometri target kami, tetapi kami juga khawatir untuk tidak merusak struktur butir bagian tersebut. Saat Anda melakukan pemesinan, Anda dapat melakukan kerusakan termal pada permukaan (retak, kerusakan bawah permukaan, dll.). Itu muncul dari masalah yang berhubungan dengan panas, karena panas menyebabkan kerusakan paling besar. Dalam hal ini, kami diberi sisipan keramik baru untuk dicoba dan mereka memberi kami kecepatan yang sangat tinggi––sehingga kami harus pergi ke mitra peralatan mesin kami dan menanyakan apakah kami dapat menukar peralatan mesin kami. Kami membutuhkan spindel dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi. Karena kami menggunakan keramik, kami harus menghindari penggunaan cairan pendingin agar tidak menimbulkan kejutan termal pada insert dan menghancurkannya. Terlepas dari kecepatannya, ia bekerja tanpa pendingin dengan sangat baik. Faktanya, kami dapat mengerjakan mesin dengan sangat cepat sehingga kami mengalahkan laju perpindahan panas––itu berarti panas tidak dapat masuk ke bagian tersebut. Jadi setelah Anda selesai mengerjakan, Anda akan merasakan bagiannya dan itu keren. Hal ini membantu untuk meminimalkan kerusakan bawah permukaan. Kami menghilangkan kerusakan termal pada bagian tersebut, bekerja pada tingkat penghilangan material yang jauh lebih tinggi, dan tidak memiliki chip yang diisi dengan cairan pendingin, membuatnya lebih mudah untuk didaur ulang.

Apa pendapat Anda tentang kesenjangan keterampilan manufaktur? Bagaimana Anda melihatnya dan bagaimana menurut Anda itu dapat ditingkatkan? Tindakan apa yang harus diambil oleh produsen dari semua ukuran untuk membantu menemukan bakat yang mereka butuhkan di masa depan?

KURFESS: Kesenjangan keterampilan itu nyata. Anak-anak saat ini tidak menyukai pemrograman G-code seperti kami 20 atau 30 tahun yang lalu. Tentu saja, video game kami yang lebih canggih adalah Pong, dan kami membuat pita kertas! Tenaga kerja generasi berikutnya kami lebih berorientasi grafis dan memiliki keahlian yang berbeda. Jadi bergerak menuju lebih banyak antarmuka grafis membantu untuk benar-benar melibatkan generasi berikutnya ini. Banyak orang merasa bahwa untuk menjadi masinis atau insinyur Anda harus menjadi seorang jenius matematika yang super. Kenyataannya adalah Anda tidak perlu menjadi seorang jenius ... Anda harus menjadi baik dan menyukainya. Selain itu, saya menjabat sebagai presiden SME dan saya melihat bagaimana produk pelatihan generasi berikutnya untuk operasi seperti Tooling U-SME benar-benar melibatkan angkatan kerja generasi berikutnya dan generasi saat ini dalam hal pelatihan dan pengembangan teknis. Pendekatan yang digunakan adalah state-of-the-art, menarik dan sangat efektif. Selanjutnya, pelatihan ini mulai menjadi terarah dan personal. Kami bergerak ke ranah di mana mesin akan mengetahui apakah Anda terlatih dengan benar dan akan merekomendasikan pelatihan kepada Anda untuk meningkatkan cara Anda menjalankan dan menggunakan mesin. Selain itu, kami tidak jauh dari mesin 3-sumbu yang merekomendasikan agar Anda dilatih dan dipromosikan ke mesin 5-sumbu berdasarkan kinerja Anda pada mesin 3-sumbu.

Peran apa yang Anda yakini perlu dimainkan oleh produsen dalam membantu mengecilkan kesenjangan keterampilan?

KURFESS: Ini tentang belajar sepanjang hayat. Anda harus memiliki perubahan budaya sedemikian rupa sehingga baik tenaga kerja maupun pengusaha memahami bahwa pelatihan berkelanjutan dan seumur hidup adalah cara untuk operasi yang lebih menguntungkan dan karir yang panjang, aman, dan sukses. Anda harus membuat semua orang dalam mode bahwa pelatihan berkelanjutan adalah hal yang baik. Mari kita bersikap realistis, jika Anda belum belajar apa pun dalam 30 tahun, Anda akan menjadi dinosaurus teknologi, dan kami tahu apa yang terjadi pada dinosaurus! Menjaga keterampilan agar tetap mutakhir sangat penting untuk tetap relevan.

Latar belakang Anda juga menunjukkan bahwa Anda menghabiskan waktu bekerja di sektor otomotif. Bisakah Anda memberi tahu kami tentang itu, pekerjaan yang Anda lakukan dan di mana Anda melihat industri itu hari ini––dan untuk masa depan?

KURFESS: Saya berada di Georgia Tech dari tahun 1994 hingga 2005. Pada tahun 2005 saya memulai program akademik dan penelitian di Universitas Clemson – Pusat Internasional untuk Penelitian Otomotif. Secara umum, memproduksi suku cadang sederhana dengan pemesinan 2 dan 3 sumbu relatif mudah. Namun, dalam hal bagian 5-sumbu, kami benar-benar membuat perbedaan. Sekali lagi, pekerjaan yang lebih tinggi dan lebih kompleks adalah di mana individu yang sangat terlatih benar-benar bersinar, dan di mana mereka mendapatkan gaji yang besar!

Apakah ada inovasi industri vertikal spesifik lainnya yang Anda perhatikan dengan cermat? Inovasi manufaktur apa yang Anda lihat memiliki kemampuan untuk menyeberang dan membuat dampak hari ini dan dalam waktu dekat? Apa yang harus benar-benar diperhatikan oleh produsen?

KURFESS: Ketika saya menjadi titik teknis Presiden Obama untuk manufaktur maju di Kantor Kebijakan Sains dan Teknologi, saya mendapatkan perspektif yang bagus tentang berbagai hal. Di kedua belah pihak, manufaktur sangat penting. Saya memberikan kesaksian kepada subkomite beberapa minggu yang lalu di mana kami menyoroti pentingnya internet hal-hal untuk produsen. Kami melihat mesin mengekstrak banyak informasi tentang produk dan prosesnya. Ini membantu tidak hanya membuat produk yang jauh lebih baik dan proses yang efisien, tetapi juga meningkatkan kesempatan kerja dan daya saing tenaga kerja modern kita. Setiap perwakilan di subkomite tersebut memahami hal ini dan mendukung untuk memajukan jenis teknologi dan kemampuan ini.

Dalam hal otomatisasi, apakah Anda percaya bahwa kemajuan teknologi benar-benar dapat membantu menjembatani kesenjangan keterampilan dengan lebih sedikit pekerja yang dibutuhkan?

KURFESS: Dengan peningkatan otomatisasi, kita akan membutuhkan lebih sedikit orang dengan keahlian yang lebih tinggi. Setelah karyawan melakukan pemrograman sumbu kelas atas, perusahaan akan mendapatkannya. Mereka akan menyadari bahwa mesin ini lebih baik dan mereka akan membeli lebih banyak––dan pada akhirnya membutuhkan lebih banyak orang. Memang, kita masih membutuhkan manusia sebagai pusat pekerjaan, karena orang akan melakukan semua program. Baik untuk tenaga kerja secara umum atau untuk individu, ini adalah masalah pembelajaran seumur hidup dan pemahaman mesin ini akan membawa seseorang ke tingkat kemampuan berikutnya. Jadi pekerjaan dengan keterampilan lebih rendah akan hilang, tetapi kita akan melihat ekspansi yang signifikan dalam pekerjaan dengan keterampilan lebih tinggi yang memiliki tingkat gaji yang jauh lebih tinggi!

Terakhir, mari kita bahas permesinan performa tinggi sejenak. Apakah ada perkembangan baru dan inovatif di bidang itu?

KURFESS: Ini semua tentang pengontrol. Kemudahan penggunaan, konektivitas … mengumpulkan semua info––itulah masa depan. Ini mengalahkan celana pengontrol CNC tahun 80-an yang masih terlihat seperti PC pertama saya!

Apakah toko Anda telah mengadopsi pemesinan 5 sumbu? Tantangan apa yang Anda hadapi––dan apakah Anda akan terbuka terhadap mesin pemrograman dengan generator jalur pahat otomatis? Beri tahu kami di bagian komentar di bawah.