エッジ コンピューティングによりスマート CNC マシンのデジタル化が可能

エッジ デバイスは、コントローラーの動作に影響を与えることなくスマート CNC マシンを強化し、マシンのパフォーマンスと生産性を確保します。

スマート CNC マシン エッジ コンピューティング デバイスは、産業/製造環境で動作するように設計された耐久性の高い産業用 PC です。 エッジ デバイス ソフトウェアは、製造現場のマシンからデータを消費し、そのデータを処理して、貴重な洞察や情報をマシン、上位システム、サーバー、またはデータ レイクに直接提供します。「エッジ コンピューティング デバイスは、実際のマシンから分離されているため」コントローラーを使用すると、生産性に影響を与えるマシンを生産から外す必要がなく、これらのデバイスをオンザフライで管理および更新できます。 これにより、ユーザーはマシンのパフォーマンスに影響を与えることなく、新しいユースケースに対処できるようになります」とシーメンスのソリューション コンサルタント、ガス グレミリオン氏は述べています。

エッジデバイス上のプライマリ接続は、標準の産業用イーサネットを使用して、シーメンスがサウスバウンド接続およびノー​​スバウンド接続と呼ぶものと通信します (図 1)。 サウスバウンド接続は、スイッチを介してエッジ デバイスをマシンに接続します。 ノースバウンド接続 (これもスイッチ経由) により、ユーザーはエッジ コンピューティング デバイスからデータを収集し、エッジ コンピューティング デバイスと対話できるようになります。

エッジ コンピューティング デバイス上で高度なアプリケーションを実行すると、CNC コントローラーの計算負荷が大幅に軽減されます。 たとえば、衝突回避にはかなりの計算オーバーヘッドが必要です。 「当社のエッジ デバイスを使用すると、計算の観点からすると、CNC に追加の負荷はほとんどかかりません」と Gremillion 氏は説明しました。 「そのため、[エッジ デバイスは] 製造現場の既存の機械に適しています。」「エッジ デバイスは、機械の CPU にかかる負荷は 5% 未満です」と Gremillion 氏は続けました。 同氏によると、一部のユーザーは既存のマシンにエッジデバイスを搭載するとマシンのパフォーマンスや動作に影響が出ることを懸念しているという。 「CNC に負荷をかけないので、その懸念は払拭できます。 その計算はすべてエッジデバイスで処理されます。」

実行中の CNC は、マシンの近い将来のパスの「先読み」値を生成し、エッジ デバイスがそれをキャプチャできます。 ルックアヘッド値は、エッジデバイスにロードされた治具やワークピースを含む機械空間の 3D モデルとリアルタイム操作を比較することにより、衝突回避を促進します。マシンを走らせている間、あるいはジョギングしている間もミリ秒単位で動作します」とグレミリオン氏は説明しました。 「機械がワーク、治具、またはテーブルに衝突しようとしている場合、エッジデバイスは機械が実際に衝突する前に機械で E ストップ [緊急停止] をトリガーします。」「衝突回避がエッジで実行されているためです。」 「私たちは、機械、治具、部品、さらには部品から取り除かれた材料さえもモデル化することができます。 ユーザーは、正確な SINUMERIK マシン空間セットアップをその場で確認できるため、3D シミュレーションと衝突回避が可能になります。」デジタル ツインはエッジ デバイスにインポートできます。 これは、モデリングと衝突回避の両方を迅速化するのに役立ちます。 通常、機械製造業者は自社の機械をよく知っているため、デジタル ツインを構築します。 彼らはマシンの 3D CAD ファイルを持っています。 彼らは、マシンの試運転とエンジニアリングを支援するためにデジタル ツインを頻繁に使用します。 その後、モデル ファイルをエッジ デバイスにエクスポートできます。

エッジデバイスは加工プロセスを最適化できます。 たとえば、シーメンスには、プロセスを監視し、履歴データに基づいてプロセスが正常かどうかを示すフィードバックをマシンに提供するアプリケーションがあります。 加工プロセス中に主軸負荷のスパイクやハードスポットなどの異常が発生した場合 (図 2)、制御へのフィードバックによって機械の送りホールドがトリガーされ、オペレーターにメッセージやアラームが送信されたり、サブルーチンがトリガーされたりすることがあります。

エッジ デバイスは、CNC マシンからのデータを分析する役割を果たします。 「施設内では、一部の機械が異なる動作をし、異なる『個性』を持っています」とグレミリオン氏は言う。 「[各マシンから] データを収集することで、ユーザーはマシン間を比較して差異を特定できます。 そのデータに基づいて、特定のマシンを再調整したり、機械コンポーネントを交換してパフォーマンスを向上させることができます。」グレミリオン氏は、ユーザーが「問題のある子」マシンを報告する場合があると述べました。 「データを収集すると、ユーザーは特定のマシンが問題児である理由を詳しく調べることができます。 これにより、比較を行ってプロセスをよりよく理解し、最適化できるようになります。」と彼は言いました。