Perangkat Lunak Simulasi: Verifikasi Visual untuk Operasi CNC yang Lebih Aman dan Cepat

Lelah menekan tombol merah? Perangkat lunak simulasi adalah kunci untuk pengaturan mesin yang lebih aman dan lebih singkat.

Dalam dunia CNC yang sempurna, bagian pertama selalu bagus. Tidak perlu blank atau barstock tambahan. Waktu pengaturan hanya sebentar untuk menukar beberapa alat dan memuat program baru. Tidak pernah ada crash, tidak pernah perlu memprogram ulang kode yang tidak efisien. Operator hanya menekan tombol hijau dan beberapa menit atau jam kemudian benda kerja jadi keluar.

Teknologi ajaib apa yang membuat dunia ini mungkin? Disebut perangkat lunak simulasi, dan meskipun itu telah membawa sebagian kecil bengkel ke keadaan nirwana manufaktur yang diuraikan di atas, itu adalah langkah penting ke arah itu.

Dengan memberikan pemrogram kemampuan untuk mensimulasikan segala sesuatu tentang proses pengolahan—pemegang palang, spindel dan tower, benda kerja yang terus berubah, dan alat potong yang bergerak di sekitar dan melalui benda kerja—pengembang perangkat lunak menjadikan dunia virtual mereka sebagai prediktor yang sangat akurat dari segala sesuatu yang akan terjadi setelah tombol hijau itu ditekan. Kesimpulannya jelas; jika bengkel Anda tidak menggunakan perangkat lunak simulasi jalur alat untuk membuktikan program NC-nya, Anda tidak hanya membuang waktu produksi yang berharga tetapi juga mempersiapkan alat mesin mahal dan catatan keselamatan Anda pada risiko.

Mengambil Asuransi

Tapi tunggu—perangkat lunak CAM kita sudah memiliki kemampuan simulasi, pikir Anda. Mengapa kita harus menginvestasikan uang tambahan jika sistem kita saat ini bisa menyelesaikan pekerjaan? Menurut Ben Mund, analis pasar senior untuk pengembang CNC Software Inc. (Tolland, CT) Mastercam CAD/CAM, mungkin ada beberapa alasan yang sangat baik untuk melakukan tepat itu.

"Sebagian besar sistem CAM saat ini menawarkan beberapa tingkat simulasi jalur alat yang cukup dapat diterima untuk sebagian besar aplikasi pengolahan," katanya. "Perbedaan antara ini dan perangkat lunak simulasi khusus adalah bahwa paket CAM, sebagai aturan, tidak membaca kode G post-proses aktual yang digunakan oleh alat mesin. Karena hal ini, simulasi jalur alat mandiri memberikan lapisan keamanan tambahan untuk pekerjaan yang sangat berharga dan aplikasi pengolahan yang kompleks. Ini seperti mengambil polisi asuransi."

Seperti halnya segala sesuatu dalam manufaktur, perangkat lunak CAM semakin canggih, dan itu termasuk kemampuan untuk mensimulasikan lebih banyak proses pengolahan—di mana model wireframe kasar dari alat potong dan benda kerja pernah menjadi norma, Mastercam dan lainnya sekarang menawarkan representasi yang cukup realistis dari seluruh lingkungan pengolahan, termasuk workholding, pemegang alat, dan bahkan CNC itu sendiri.

Mund mengaitkan perkembangan ini dengan konvergensi bertahap CAD dan CAM—di mana keduanya pernah menjadi produk yang terpisah sepenuhnya, CAM saat ini menjadi sangat mirip CAD, dan sebaliknya.

"Banyak bengkel tidak lagi memerlukan sistem CAD mandiri karena paket CAM mereka melakukan semua yang mereka butuhkan," katanya. "Situasi yang sangat serupa dengan perangkat lunak simulasi mesin dan jalur alat—CAM mungkin tidak menawarkan kedalaman verifikasi yang sama, tetapi lagi pula, kecuali Anda ingin tingkat keamanan tambahan, itu melakukan pekerjaan—dan terus berkemajuan."

Melintasi Hambatan

Craig Chester, manajer produk PowerMill di Autodesk Inc. (San Rafael, CA), setuju dengan penilaian Mund. "Sangat sedikit pelanggan kami yang menggunakan paket simulasi khusus, karena mereka yakin dengan keandalan simulasi CAM mereka," katanya.

Persentase kecil pelanggan yang berinvestasi dalam paket mandiri biasanya melakukannya karena mereka memiliki beberapa solusi CAM, mungkin dari berbagai pemasok, dan satu solusi khusus memberikan hasil yang konsisten, jelas Chester. Ini biasanya pelanggan yang lebih besar, seperti perusahaan penerbangan atau pertahanan, yang juga cenderung menjadi yang menggunakan berbagai paket CAM untuk putaran lima-sumbu, pusat pengolahan lima-sumbu, peralatan EDM dan sebagainya.

Secara ironis, keuntungan terbesar perangkat lunak simulasi mandiri—kemampuan untuk membaca kode G mesin—mungkin juga menjadi kelemahannya.

"Kelemahan mensimulasikan di luar program CAM adalah pengguna hanya menemukan masalah setelah bagian telah diprogram," tandas Chester. "Jika kesalahan terjadi di awal proses pengolahan, maka banyak jalur alat berikutnya akan perlu diprogram ulang. Namun dengan mensimulasikan semuanya dalam program CAM, perhitungan ulang yang tidak perlu dan mahal ini dapat dihindari."

Tapi jangan terlalu cepat. Tom McCollough, direktir manajemen produk di grup CAM dan Manufaktur Hybrid Autodesk, setuju bahwa simulasi bawaan memberikan pemrogram kemampuan untuk dengan cepat menentukan efek perubahan jalur alat, tetapi menambahkan bahwa ini bukan solusi satu-satunya bagi sejumlah perusahaan.

"Bayangkan setelah melakukan mingguan kasar dan semi-finishing pada alat otomotif yang sangat besar, hanya untuk tabrakan dengan stok di tahap akhir, merusak baik bagian maupun spindel," katanya. "Ini dapat berdampak buruk tidak hanya pada pekerjaan yang bersangkutan, tetapi juga pekerjaan lain (untuk pelanggan lain) dalam antrian. Dampak potensialnya besar, itulah sebabnya produsen komponen bernilai tinggi termotivasi untuk mendapatkan 'pendapat kedua' dari perangkat lunak independen."

Simulasi yang didorong oleh kode G dalam NX CAM dari Siemens menggunakan program NC yang sama yang menggerakkan alat mesin. Simulasi yang sangat akurat membantu perusahaan menghilangkan kegagalan, meningkatkan kualitas bagian, dan meningkatkan waktu aktif mesin, menurut Siemens.

Buatkan Padaku

Jean-Marc Cauzac, manajer peran DELMIA di Dassault Systèmes (Waltham, MA), menawarkan rekomendasi yang serupa. Seperti penyedia perangkat lunak lainnya yang diwawancarai untuk artikel ini, produk CAM Dassault Systèmes menawarkan kemampuan simulasi yang akurat dan realistis, dengan representasi 3D lengkap dari alat mesin, termasuk perangkat klem, chuck dan rahang, serta kepala pengindeksan.

Cauzac mengatakan ini cukup untuk sebagian besar produsen bagian karena sebagian besar masalah tabrakan dapat (dan harus) dihilangkan jauh sebelum generasi kode mesin. "Sistem terpadu memungkinkan semua tantangan aksesibilitas dan jangkauan diperiksa sangat awal dalam definisi program, termasuk kesalahan jalur alat seperti travers cepat ke dalam material atau parameter pemotongan yang terlalu agresif, serta tabrakan yang mungkin terjadi di antara semua elemen yang baru saja disebutkan."

Cauzac mencatat, namun, bahwa simulasi CAM terpadu dalam beberapa cara terbatas: Beberapa pelanggan tidak ingin percaya pada simulasi dari perangkat lunak yang membuat jalur alat, khawatir bahwa vendor perangkat lunak tidak dapat menjadi hakim dan juri sekaligus.

Ketika pelanggan menggunakan beberapa solusi CAM di fasilitasnya, satu program simulasi eksternal—asalkan memiliki antarmuka yang akurat ke perangkat lunak CAM—digemari karena kemampuannya untuk memberikan validasi yang seragam.

Perangkat lunak simulasi khusus seringkali lebih komprehensif daripada simulasi berbasis CAM, yang cenderung lebih berorientasi pada jalur alat dan tidak mempertimbangkan siklus terpadu dan subroutine yang digunakan pada sebagian besar kontrol.

Argumen mendukung perangkat lunak simulasi eksternal tidakwithstanding, Cauzac menyarankan bahwa sistem terpadu lebih cepat dan kurang rawan kesalahan. "Mereka memberikan kontinuitas digital yang sempurna karena semua elemen 3D yang digunakan dalam simulasi memiliki sumber yang sama," katanya. "Tidak perlu transfer data antara dua sistem, yang membebani upaya tambahan dan kemungkinan informasi hilang."

Gunakan Kekuatan

Seperti yang disebutkan Ben Mund dari Mastercam sebelumnya, membaca kode yang digunakan oleh kontrol mesin adalah mungkin pengait utama antara perangkat lunak simulasi mandiri dan terpadu. Seseorang yang memiliki banyak yang ingin dikatakan tentang subjek ini adalah Gene Granata, manajer produk untuk penyedia perangkat lunak simulasi dan verifikasi jalur alat VERICUT CGTech Inc. (Irvine, CA).

"Beberapa orang mencoba untuk menyingkapkan nilai simulasi pihak ketiga dengan mengklaim itu tidak perlu, atau itu berlebihan," katanya. "Tapi untuk mencapai digital twin dari alat mesin dan proses pengolahan, Anda harus mencakup hal-hal seperti kompensasi lima-sumbu, panjang alat dan offset fixture, makro dan subroutine, dan bagaimana alat potong benar-benar bergerak saat dalam mode positioning, elemen yang tidak dipertimbangkan ketika instruksi internal dari sistem CAM digunakan untuk membangun simulasi."

Sementara perdebatan berlanjut apakah bengkel mesin memerlukan tingkat akurasi simulasi ini, Granata cepat menunjuk pada sesuatu yang mereka butuhkan: optimasi. "Dunia ini adalah dunia yang keras, dan bertahan bisnis seringkali didasarkan pada margin keuntungan yang sangat tipis. Untuk itu, ada fokus besar pada optimasi jalur alat."

Bagi Granata, optimasi bukan tentang rutinitas spesifik CAM yang difokuskan pada pengosongan kantung yang efektif dan beban chip konstan, meskipun itu adalah bagian yang tidak dapat dihindari dari persamaan pengolahan. Yang lebih penting, katanya, adalah menemukan cara untuk mengoptimalkan jalur alat berdasarkan apa yang dapat dilakukan oleh alat mesin, dengan mengingat material benda kerja dan alat potong yang digunakan.

Inilah tempat Force hadir, sebuah modul perangkat lunak dalam suite VERICUT yang melengkapi simulasi jalur alat dan perangkat lunak CAM, terlepas dari logo apa yang ada di kotak.

"Ini mewakili tingkat yang sepenuhnya baru dari kecerdasan pemrograman Industry 4.0, dan CGTech serta pengembang perangkat lunak lainnya sebenarnya hanya menggores permukaan kemampuan ini," katanya. "Setiap produsen alat potong akan mengatakan kepada Anda bahwa alat mereka dapat dijalankan lebih keras dan optimasi adalah cara terbaik untuk mencapai itu."

Membaca G

Berdiri di pagar di antara simulasi mandiri dan terpadu adalah Siemens PLM Software Inc. (Plano, TX), yang merupakan salah satu mitra awal CGTech dan terus berperan demikian hingga saat ini. Namun seperti yang dijelaskan oleh Vynce Paradise, Direktur Senior untuk Manufaktur Bagian Canggih Siemens, perusahaan memutuskan di tengah jalan untuk mengembangkan variasi simulasi sendiri, satu yang merupakan bagian integral dari perangkat lunak NX CAM-nya.

"Ada banyak sistem CAM yang baik di luar sana dan semuanya menawarkan beberapa tingkat simulasi jalur alat, tetapi penting untuk mengakui bahwa ada beberapa tingkat yang tersedia," katanya. "Ada simulasi dasar di mana Anda dapat melihat model stok, alat potong, dan mungkin pemegang alat, masing-masing bergerak relatif satu sama lain. Kami menyebut itu verifikasi jalur alat, dan meskipun berguna, itu hanyalah titik awal."

Langkahnya lebih jauh lagi dan Anda akan memiliki simulasi mesin yang benar, "digital twin" yang disebutkan oleh Granata dari CGTech dan istilah yang familiar bagi siapa pun di Siemens. "Ini yang kami fokuskan saat ini," tandas Paradise. "Ini melampaui dasar yang baru saja dijelaskan untuk mencakup semua aspek pengaturan pengolahan, masing-masing dengan kinetik dan gerak relatifnya sendiri. Banyak sistem CAM saat ini menunjukkan ini, yang berbeda dari kami adalah kami memposting kode NG secara real-time dan menggunakannya untuk simulasi di NX CAM, memberikan solusi 'keduanya terbaik'."

Paradise menawarkan analogi berikut: Jika Anda ingin menjadi pilot maskapai, apakah Anda lebih suka belajar di simulator penerbangan yang menggunakan perangkat lunak simulasi penerbangan generik atau di yang lebih mirip mereplikasi lingkungan kontrol pesawat aktual? "Simulasi terintegrasi CAM menggunakan kode G aktual sangat mirip dengan yang terakhir dan tetap merupakan cara paling lengkap untuk mereplikasi apa yang akan terjadi selama proses pengolahan."

Spring Forward

Spring Technologies Inc. (Boston), yang diakuis lebih awal tahun ini oleh penyedia solusi teknologi Hexagon, adalah pengembang lain perangkat lunak simulasi dan verifikasi mesin CNC. Manajer Umum Silvère Proisy setuju dengan rekan-rekannya mengenai kelebihan optimasi jalur alat dan validasi kode G, tetapi menambahkan beberapa pertimbangan lain bagi mereka yang mungkin sedang mempertimbangkan salah satu sistem perangkat lunak ini.

Pertama adalah simulasi bukan hanya untuk bengkel dengan alat mesin yang sangat kompleks atau bagian mahal. "Tentu saja pelanggan utama kami adalah yang memiliki mesin putar multi-channel dan pusat pengolahan lima-sumbu, tetapi kami melihat peningkatan bengkel yang ingin mengoptimalkan program NC-nya, dan ini termasuk yang memiliki mesin dasar dua- dan tiga-sumbu," kata Proisy. "Dan meskipun tidak ada yang mampu menanggung crash setiap peralatan modal, adalah bengkel kecil yang paling terpengaruh ketika peristiwa tidak menyenangkan ini terjadi. Perangkat lunak NCSIMUL kami menghilangkan risiko itu."

Optimasi jalur alat dari perangkat lunak simulasi dan verifikasi jalur alat Vericut dari CGTech didasarkan pada gaya pemotongan yang diproyeksikan dan membantu meningkatkan umur alat serta menghilangkan getaran yang menyebabkan getaran gesekan, menurut perusahaan.

Dengan simulasi jalur alat, pemrogram selalu tahu di mana alat berada, dan ke mana ia akan pergi selanjutnya, seperti dalam modul Mastercam ini.

Bagi para kritikus yang menyarankan bahwa penggunaan perangkat lunak simulasi mandiri memakan waktu dan rawan kesalahan, Proisy mengatakan pengguna harus melihat ke otomatisasi sebagai langkah selanjutnya dalam simulasi jalur alat; dengan memasang NCSIMUL pada server yang terhubung ke jaringan lantai bengkel, mungkin untuk mengirim file jalur alat ke "kotak hitam" dan memverifikasinya secara otomatis—kecuali ada masalah, satu-satunya upaya adalah membaca laporan yang dikirim email bahwa kode G siap digunakan. Ini hanyalah langkah pertama di jalan otomatisasi.

Menurut Prosiy, perangkat lunak perusahaan tersebut saat ini mampu mereproses program NC untuk digunakan pada alat mesin lain, dan melakukannya "dengan menekan satu tombol." Maju ke depan, dia memvisualisasikan antarmuka yang fleksibel tetapi cerdas yang akan menangani langkah itu secara otomatis berdasarkan mesin mana pekerjaan telah ditetapkan.

"Poin ketiga adalah konektivitas," katanya. "Berkat kemitraan kami dengan Hexagon, kami mengantisipasi bahwa segera kami akan dapat menarik data dari sensor pada alat mesin dan menggunakan nilai-nilai tersebut untuk memperbarui program secara real-time. Itu mungkin offset panjang alat atau lokasi fixture, atau bisa menjadi umpan balik beban spindel dan getaran. Kami belum sejauh itu dalam Industry 4.0, tetapi ini pasti sesuatu yang akan datang."

CAMpleting the Sim Puzzle

Jeff Fritsch, wakil presiden penjualan dan pemasaran di CAMplete Solutions Inc. (Kitchener, ON), juga telah menetapkan sasaran pada Industry 4.0 dan IIoT (Industrial Internet of Things). Perangkat lunak TruePath perusahaan tersebut "menyediakan semua yang diperlukan untuk menganalisis, memodifikasi, mengoptimalkan dan mensimulasikan jalur alat lima-sumbu dalam lingkungan 3D terintegrasi," sementara produk Lite dan TurnMill menawarkan fungsionalitas serupa untuk gerinda tiga-sumbu dan mesin putar live-tool, masing-masing.

Dalam hal fungsionalitas Industry 4.0, meskipun, adalah Intelligent Protection System (IPS) CAMplete yang menawarkan indikator paling jelas dari arah yang diambil oleh komunitas manufaktur. Dikerjasama dengan pembangun mesin Matsuura, IPS memanfaatkan kemampuan simulasi TruePath untuk menyediakan look-ahead cerdas berdasarkan data mesin dalam proses. Hasilnya adalah lingkungan mesin yang hampir tahan crash, bahkan saat dalam mode operasi manual, menurut Fritsch.

Mengingat penggunaan yang meningkat pada mesin putar multitugas kompleks dan mesin multitasking, simulasi pengolahan yang akurat, seperti yang disediakan oleh DELMIA dari Dassault Systèmes, semakin penting dari sebelumnya.

Seperti sistem simulasi lainnya, TruePath membaca kode G dan memverifikasi bahwa itu aman untuk dijalankan di mesin," katanya. "Tapi pada akhirnya, tidak ada yang dapat memastikan operator sebenarnya memasukkan alat yang tepat ke dalam spindel dan bahwa bagian berada di tempat yang seharusnya."

IPS bekerja bersama dengan TruePath untuk menghilangkan masalah potensial ini, katanya. Alih-alih bergantung pada sistem CAM untuk berbagai nilai, ada koneksi serat optik kecepatan tinggi secara langsung ke kontrol mesin—tidak perlu membuat asumsi tentang offset atau nilai makro karena mereka dibaca secara real-time, dan mesin dihentikan dengan aman sebelum posisi yang bermasalah.

Meskipun belum tersedia untuk merek mesin lain, IPS akan datang, begitu juga dengan pemantauan mesin cerdas yang akan mengukur bagian, membuat offset yang sesuai, dan secara otomatis menjalankan ulang bagian program yang diperlukan untuk memperbaiki kondisi di luar toleransi.

"Ini tidak berbeda dari apa yang dilakukan oleh operator manusia, tetapi kami melakukannya dengan perangkat lunak," kata Fritsch. "Saat ini kami sedang membangun logika ini sehingga mesin dapat mulai mengandalkan umpan balik otomatis untuk membuat keputusan, pada akhirnya meningkatkan kualitas bagian sambil mengurangi waktu siklus dan biaya operasi. Bengkel tidak harus memproduksi dua atau tiga bagian untuk membuat satu yang baik, atau membuang waktu untuk mengeluarkan bagian dari mesin untuk diukur—harusnya bagian pertama, bagian yang baik, tanpa semua interaksi manusia. Itu adalah tujuan kami."