Menguasai Efisiensi Produksi dengan Alat Simulasi Canggih
Alat simulasi membuatnya jauh lebih mudah bagi produsen untuk mengoptimalkan proses mereka, memvisualisasikan seluruh jalur produksi dari simulasi pemotongan logam NC melalui desain 3D dan citra lantai pabrik. Dengan alat simulasi saat ini, desainer toolpath dan insinyur manufaktur dapat dengan mudah melihat tepat di mana toolpath NC akan bentrok dan dapat memperbaiki situasi secara langsung, yang secara luar biasa mempercepat simulasi dan verifikasi proses pemotongan logam.
Beberapa putaran terbaru dalam sistem simulasi menampilkan kemampuan baru yang diterapkan pada proses manufaktur tambah yang berkembang yang diadopsi pembuat untuk prototipasi cepat dan manufaktur tambah komponen produksi. Perangkat lunak simulasi NC baru sedang disesuaikan untuk mengakomodasi proses tambah ini, membuatnya jauh lebih mudah untuk menghitung dan mensimulasikan waktu yang diperlukan untuk membangun bagian dalam proses lapis demi lapis manufaktur tambah baik untuk prototipasi maupun untuk membangun bagian logam produksi.
Dalam pemesinan pengurangan tradisional, produsen juga terus fokus pada tren berkelanjutan untuk membagi kekayaan dengan alat simulasi yang lebih canggih, dengan “democratizing” dan menyebar penggunaan simulasi termasuk rekayasa berbantu komputer (CAE), biasanya digunakan terutama oleh spesialis yang terlatih tinggi, di seluruh rantai desain/produksi manufaktur.
Simulating for Additive and Subtractive
Alat simulasi dan verifikasi NC terbaru termasuk Vericut dari CGTech (Irvine, CA) dan NCSimul dari Spring Technologies (Boston) menambahkan kemampuan tambah untuk mensimulasikan dan memverifikasi proses dengan cara yang sama seperti yang dilakukan untuk pemesinan tradisional.
“Manufaktur tambah adalah tren terbaru, dengan lebih banyak produsen yang menggabungkan metode ini ke dalam katalog kemampuan mereka,” kata Gene Granata, product manager CGTech untuk Vericut. “CGTech saat ini bekerja sama dengan mitra teknologi seperti GE, Dassault Aviation, Mazak, The University of Sheffield, dan Connecticut Center for Advanced Technology [CCAT] untuk bekerjasama dan mengembangkan modul AM kami yang dijadwalkan dirilis di Vericut 8.1, yang akan keluar nanti tahun ini.”
Vericut baru menambahkan toolpath yang dioptimalkan menggunakan data yang diunduh dari cloud. “Dengan rilis perangkat lunak Vericut terbaru kami 8.0.2, kami telah memperbarui modul optimasi toolpath Force ‘berbasis fisika’ kami, yang sekarang menerima nilai input langsung dari perkakas berbasis cloud dan mendapat manfaat dari beberapa fitur baru yang menyederhanakan setup optimasi,” katakan Granata. “Dengan menganalisis mikro kondisi pemotongan yang dihadapi oleh program NC, Force memastikan program NC memiliki tingkat makan yang optimal dan ketebalan chip yang ideal yang tidak melebihi batas daya atau daya aman. Ini meningkatkan produktivitas secara luar biasa.”
Peningkatan teknis dalam Vericut baru termasuk lebih dari 100 permintaan pengguna di Vericut 8.0.2 yang menyederhanakan setup dan meningkatkan pengalaman pengguna, membantu memperpanjang umur alat, dan menghindari kerusakan spindle mesin yang mahal. “Beberapa peningkatan spesifik termasuk pembaruan dalam modul optimasi Force, Tool Manager sekarang mengimpor lebih banyak data yang tersedia tentang penggunaan dan kinerja alat, dan produk Simulasi Bor dan Cepat [VDAF] Vericut mendapat manfaat dari antarmuka pengguna grafis [GUI] yang diperbarui,” tambah Granata. “Semua peningkatan ini dirancang untuk membantu pelanggan kami memverifikasi dan mengoptimalkan kode NC mereka seefisien mungkin.”
Sementara mensimulasikan untuk manufaktur tambah relatif baru, ini menunjukkan janji yang besar bagi pelanggan manufaktur, kata Silvere Proisy, general manager, Spring Technologies, pengembang NCSimul Machine dan tawaran simulasi terkait. “Untuk manufaktur tambah, kami mensimulasikan gerakan mesin dan menghitung waktu yang diperlukan untuk menumpuk logam,” kata Proisy.
Spring Technologies telah berkonsentasi sebagian besar pada proses manufaktur tambah logam, kata Proisy, bekerja sama dengan pemasok Tier 1 dan Tier 2 di sektor penerbangan dan pertahanan termasuk pembuat mesin dan roda landasan yang mengembangkan simulasi untuk memanfaatkan kemampuan dalam perangkat lunak NCSimul perusahaan untuk proses tambah ini.
Simulasi proses manufaktur apa pun sangat penting, dan dengan perangkat lunak NCSimul 4CAM Spring, operasi manufaktur mendapatkan fleksibilitas besar di lantai pabrik, kata Proisy. Salah satu keuntungan NCSimul adalah pengguna dapat mensimulasikan proses pemotongan atau manufaktur tambah dalam kode G aktual, kata Proisy, dan jika ada potongan atau gerakan yang tidak boleh dilakukan, mudah untuk kembali dan membangun ulang proses. “Anda tidak perlu memulai ulang proses, Anda dapat mengedit simulasi ‘on the fly’ dan itu memungkinkan Anda membangun ulang bagian,” katanya.
Penyedia perangkat simulasi lain yang memasuki permainan manufaktur tambah termasuk raksasa perangkat lunak Dassault Systèmes (Paris) dan Siemens PLM Software (Plano, TX).
Masuknya Dassault ke arena AM mencakup Additive Manufacturing Engineer perusahaan, tersedia dalam versi cloud dan on-premises, yang memungkinkan produsen untuk mempersiapkan dan memvalidasi proses AM. Perangkat lunak ini menghemat waktu pengguna dengan mengaktifkan pengarsipan praktik terbaik untuk digunakan kembali, secara otomatis mengoptimalkan posisi bagian, dan mengembangkan strategi berbeda untuk proses manufaktur tambah.
Rilis 3DExperience 2017x dikatakan mengubah desain, simulasi dan manufaktur dengan tingkat integrasi yang jauh lebih tinggi. Dengan peran Function Generative Designer baru, desainer memberikan spesifikasi fungsional (termasuk envelop 3D, skenario beban, material, target penurunan bobot, proses manufaktur yang diinginkan), dan menekan tombol menjalankan simulasi dan menghasilkan bentuk konsep yang dioptimalkan. Ini memungkinkan desainer dan insinyur untuk memanfaatkan fleksibilitas manufaktur tambah, dibandingkan dengan proses manufaktur tradisional seperti pemolesan, cetakan dan pengonsolan. Dua peran manufaktur dan produksi digital baru untuk manufaktur tambah mendefinisikan dan mengoptimalkan setup dan proses untuk fusion bubuk dan cetak 3D industri, dan untuk memprogram jalur laser.
Pada Januari 2017, Siemens AG (Munich) dan pengembang manufaktur tambah Materialise NV (Leuven, Belgia) mengumumkan kemitraan yang di mana perusahaan akan bekerjasama dalam mengintegrasikan perangkat lunak NX Siemens PLM dengan teknologi Materialise di sektor AM. Di bawah perjanjian, perusahaan mengintegrasikan teknologi Materialise ke dalam perangkat lunak NX CAD/CAM/CAE, mengaktifkannya untuk merancang model CAD yang akurat untuk proses cetak 3D fusion bubuk dan material-jetting. Perangkat lunak yang dihasilkan dikatakan mempercepat proses pembangunan bagian yang dicetak 3D sepenuhnya sebesar 30% atau lebih, menurut perusahaan.
Perwakilan ini melambangkan lonjakan besar ke depan dalam membuat manufaktur tambah menjadi praktik produksi mainstream bagi pelanggan, kata Zvi Feuer, senior vice president of Manufacturing Engineering Software untuk Siemens PLM Software, dalam pernyataan. “Sampai sekarang, proses manufaktur tambah memerlukan produsen untuk bekerja dengan dua sistem terpisah—satu untuk desain produk, dan yang lain untuk menyiapkan desain tersebut untuk cetak 3D,” kata Feuer. “Masalah terjemahan data dan kurangnya asosiatif di antara kedua sistem ini menciptakan proses yang memakan waktu dan rawan kesalahan. Dengan menghilangkan masalah ini, kami membantu memperluas adopsi manufaktur tambah sebagai alat produksi yang diterima secara universal.”
NX sekarang memanfaatkan teknologi dari Materialise Magics 3D Print Suite, mengaktifkan proses AM yang banyak diadopsi untuk manufaktur bagian akhir, termasuk fusion bubuk, serta material jetting, yang berjanji untuk mempercepat evolusi AM dari teknologi prototipe ke teknologi produksi skala penuh. Solusi ini secara mulus dan asosiatif menghubungkan NX dengan teknologi lattice Materialise, desain struktur pendukung, nesting 3D, persiapan build tray, dan framework prosesor build untuk manufaktur tambah. Ini menghilangkan terjemahan data, konversi dan memastikan perubahan pada model desain produk digital secara otomatis dan asosiatif tercermin dalam pekerjaan cetak 3D. Hasilnya adalah akurasi model yang lebih besar, kualitas yang lebih tinggi, dan proses desain ke produksi yang jauh lebih cepat.
Sharing CAE with the Masses
Di antara tren simulasi terbaru, adopsi yang lebih luas dari alat CAE—termasuk alat seperti dinamika fluida komputasi (CFD), analisis elemen hingga (FEA), dan optimasi topologi—telah mulai membuat kemajuan ke dalam operasi manufaktur, seiring lebih banyak insinyur di luar spesialis CAE memanfaatkan kekuatan teknologi simulasi ini.
“Beberapa tren yang mempengaruhi manufaktur secara keseluruhan juga tercermin dalam perangkat lunak simulasi. Ini termasuk manufaktur tambah dan teknik simulasi terkait, optimasi topologi, dan simulasi komposit di sisi produk,” kata Ravi Shankar, director, global simulation product marketing, Siemens PLM Software. “Manufaktur tambah juga memiliki implikasi untuk pembuatan perkakas untuk berbagai proses manufaktur tradisional. Selain itu, teknik simulasi juga diterapkan terhadap proses manufaktur seperti simulasi perakitan, simulasi robotika, simulasi aliran material, dan simulasi manusia serta ergonomi.”
Simulasi memungkinkan deteksi masalah yang jauh lebih awal dan memungkinkan perusahaan untuk menghindari masalah tersebut sebelum terjadi, kata Shankar. “Ini secara langsung mempengaruhi produktivitas dengan mengurangi downtime manufaktur, dengan memungkinkan pemrosesan yang lebih cepat, dengan meningkatkan umur dan penggunaan alat, dan dengan mengurangi biaya material,” katanya.
Proses digitalisasi esensial untuk membuat produk manufaktur tambah yang baik, tambah Shankar. “Siemens memiliki beberapa inisiatif untuk menyederhanakan desain, simulasi, dan produksi untuk produk tambah,” katanya. “Ini termasuk inovasi terbaru untuk desain generatif, yang memungkinkan desainer menggunakan NX untuk menggunakan teknik optimasi topologi untuk menciptakan bentuk organik yang ringan, menyempurnakan desain ini menggunakan Convergent Modeling, dan kemudian mendorong proses manufaktur. Demikian pula, untuk komposit, Siemens menawarkan solusi untuk mengoptimalkan layup komposit, mensimulasikan proses draping dan dampaknya pada bagian, mensimulasikan efek curing dan spring back, dll.”
Sementara telah ada kemajuan dalam “democratization” alat CAE, sebagaimana dijelaskan oleh peneliti CAD/CAM CIMdata Inc. (Ann Arbor, MI) beberapa tahun lalu dalam penelitian simulasi mereka, masih ada jarak yang jauh untuk melanjutkan adopsi simulasi semacam itu, menurut Shankar. “Kami tentu melihat beberapa perusahaan yang memimpin jalan dalam hal adopsi teknologi simulasi, tetapi kami juga melihat banyak potensi untuk memperluas penggunaan dan membawa nilai teknologi ini ke insinyur manufaktur,” tambah Shankar. “Teknologi simulasi digunakan untuk analisis struktural, simulasi aluran cetakan dan pendinginan, manufaktur komposit dan lainnya. Dalam kebanyakan kasus, ini masih dilakukan oleh spesialis simulasi yang didedikasikan. Jadi kami yakin bahwa demokratisasi CAE, sedangkan sedang berjalan, belum mencapai potensi penuhnya.”
Optimized Drilling
Pemesinan material tahan karat mahal sangat memberatkan bor, dan studi terbaru oleh peneliti di Technical University of Dortmund (Dortmund, Jerman) menggunakan alat analisis aliran fluida dan struktural dari Ansys Inc. (Pittsburgh) untuk menganalisis distribusi aliran pendingin proses dan mencapai umur alat yang lebih lama.
Di Institut Teknologi Pemesinan (ISF) Technical University of Dortmund, tim penelitian yang dipimpin oleh Profesor Dirk Biermann menganalisis metode untuk memperpanjang umur bor untuk digunakan pada superlegasi Inconel 718. Konduktivitas termal rendah legasi ini berarti sejumlah besar panas harus diangkut dari zona bor menggunakan metode eksternal, atau alat dapat berubah bentuk. Ini dapat mengarah pada kualitas lubang yang buruk atau patahnya bit bor karbida. Kecepatan bor yang relatif rendah di bawah 50 m/min digunakan untuk menjaga suhu lebih rendah di zona pemotongan, tetapi pendingin cair masih diperlukan. Untuk mengarahkan cairan pendingin ke tempat yang dibutuhkan, ia dipompa melalui dua saluran kecil di dalam land, pola helitik padat dari bit bor.
Untuk memahami interaksi kompleks antara struktur bor, cairan pendingin dan workpiece Inconel, tim ISF menggunakan alat simulasi dari Ansys untuk optimasi proses dengan melakukan analisis interaksi fluida-struktur (FSI). Proses meliputi pembuatan jaring fluida yang selesai, lalu insinyur menggunakan perangkat lunak CFD Ansys CFX untuk memodelkan distribusi pendingin melalui domain fluida. Tim juga menggunakan Ansys Mechanical dengan kondisi batas tambahan gaya pendingin yang dihitung oleh CFX untuk menyelesaikan analisis FSI. Termasuk semua simulasi CFD dan Mechanical yang berbeda, ISF menyelesaikan analisis komputasinya dalam empat minggu. “Boring ke dalam legasi Inconel dielola dengan hati-hati untuk mencegah aus dan kerusakan cepat pada perkakas,” kata Biermann. “Tim memodifikasi proses pendinginannya untuk memperpanjang umur alat sekitar 50%.”
Validating the Digital Factory
Selain perkembangan tambah dan CAE, kebutuhan produsen untuk dengan cepat merancang tata letak lantai pabrik belum pernah lebih besar. Alat simulasi manufaktur digital baru seperti FastSuite Edition 2 dari Cenit North America (Auburn Hills, MI) membantu produsen merancang tata letak pabrik dan memvalidasi semua proses manufaktur dengan cepat, mempercepat proses dan mengoptimalkan desain.
“IoT atau Industry 4.0 mewakili perubahan radikal yang mengguncang dasar lantai manufaktur. Perangkat lunak pabrik digital dan alat 3D mendorong perubahan ini ke depan,” kata Lee Van Every, senior account manager Cenit North America. “Perangkat lunak pabrik digital membantu perusahaan secara efisien memasuki manufaktur cerdas. Masa kini, perangkat lunak harus kompatibel dengan semua sistem CAD dan bekerja dengan robot dan mesin produsen apa pun. Ini adalah prasyarat wajib untuk hubungan pelanggan yang semakin beragam dengan sistem yang semakin kompleks dan menuntut.”
Perangkat lunak simulasi berbasis 3D saat ini memungkinkan visualisasi dan verifikasi proses dan tugas produksi, kata Van Every. “Pabrik produksi jarang dibangun dari nol, tetapi sering direncanakan ulang sementara produksi berlangsung. Memiliki pabrik virtual dan pabrik model sebagai representasi yang tepat dari sistem produksi nyata, tidak hanya secara geometris dan kinematik, tetapi juga dalam hal perilaku logis dan kontrol unit manufaktur, menjamin unit produksi yang cekap dan tersendiri,” katanya.
“Pabrik digital memungkinkan implementasi proses manufaktur baru, konsep pabrik, dan teknologi yang akan terlalu mahal atau bahkan mustahil tanpa solusi berbasis simulasi,” tambahnya. “Semakin banyak aplikasi robotika yang digunakan—bukan hanya untuk tugas penanganan sederhana, tetapi juga untuk langkah produksi kompleks—semakin besar keuntungan dari penggunaan perangkat pemrograman dan simulasi. Solusi perangkat lunak memimpin jalan menuju aplikasi kompleks ini, memberikan operator lingkungan pemrograman dan simulasi yang diperlukan untuk membuat aplikasi yang sebelumnya direpresentasikan melalui teach-in manual atau tidak akan menunjukkan kualitas proses yang diperlukan.
Alih-alih membangun tata letak cepat dengan komponen CAD 3D dari katalog, dan kemudian memprogram skrip dan makro untuk mensimulasikan aliran material dan perilaku sel, FastSuite Edition 2 menggunakan komponen dan sumber mekatronika untuk definisi tata letak dan pada saat yang sama mendefinisikan logika skematis untuk pulau produksi, menurut Van Every. “Dengan cara ini, dipastikan bahwa perilaku simulasi dan nyata cocok—karena simulasi didasarkan pada logika yang sama yang digunakan selama pemrograman PLC dan oleh karena itu sesuai dengan perilaku sistem nyata nanti.”
Perangkat lunak FastSuite baru dari Cenit menyediakan fungsi ramah pengguna untuk mengintegrasikan komponen proyek-spesifik baru dalam tata letak, kata Van Every. “Proses ini harus cepat dan mudah bagi pengguna tanpa pengetahuan pemrograman untuk diselesaikan.”
Infrastruktur perangkat lunak didasarkan pada standar terbuka, katanya, dengan penggunaan konsisten AML (Automation Markup Language) sebagai bahasa deskriptif untuk model sistem, misalnya, yang menurut Van Every memungkinkan interaksi yang jauh lebih sederhana dengan mitra rekayasa melalui pertukaran netral sistem yang terstandarisasi dari data sistem lengkap atau data peralatan, termasuk definisi kinematika dan logika. Selain itu, PLC Open memastikan bahwa logika sistem pada dasar dari konsep simulasi pertama dapat juga digunakan untuk pemrograman PLC nanti. Perangkat lunak menggunakan memori bersama tempat kontrol menulis data simulasi dan dari mana visualisasi 3D kemudian membaca data simulasi.
“Proses produksi seperti roll hemming, sealing, adhesion atau painting memerlukan lingkungan pemrograman dan simulasi virtual, sehingga mereka juga dapat dioperasikan secara efisien ketika batch kecil datang melalui atau perubahan rekayasa terjadi, yang memerlukan pembaruan program offline baru untuk sel robot,” katakan Van Every. “Kemudian ada aspek lain yang menunjukkan keuntungan dari pabrik digital modern: jauh lebih efisien untuk menggunakan kembali tidak hanya data CAD, tetapi juga metadata yang diberikan oleh rekayasa [seperti untuk baut] daripada mendefinisikannya kembali dalam produksi setiap kali.”
Di sisi produksi, Line Designer adalah aplikasi canggih untuk merancang dan memvisualisasikan tata letak baris produksi dalam perangkat lunak NX, kata Shankar Siemens. “Platform terintegrasi Siemens PLM Software memungkinkan insinyur untuk dengan mudah mengasosiasikan tata letak yang dirancang dengan perencanaan produksi. Jadi tata letak yang dirancang dengan Line Designer dapat digunakan untuk memvalidasi proses produksi menggunakan perangkat lunak Tecnomatix untuk manufaktur digital. Dengan menggunakan aplikasi Process Simulate, Anda dapat memvalidasi berbagai aplikasi robotika, memungkinkan Anda mensimulasikan sistem produksi lengkap, termasuk validasi sel dan optimasi penempatan robot. Dengan mensimulasikan proses produksi, Anda dapat mendefinisikan proses produksi yang optimal.”
