Edge Computing permite la digitalización inteligente de máquinas CNC

Los dispositivos de borde mejoran las máquinas CNC inteligentes sin afectar el funcionamiento del controlador, lo que garantiza el rendimiento y la productividad de la máquina.

Un dispositivo informático de borde de máquina CNC inteligente es una PC industrial robusta diseñada para funcionar en entornos industriales/de fabricación. El software del dispositivo de borde consume datos de las máquinas en el taller, los procesa y proporciona conocimientos o información valiosa directamente a la máquina, los sistemas de nivel superior, los servidores o los lagos de datos. “Debido a que los dispositivos de computación de borde están separados de la máquina real controlador, estos dispositivos se pueden gestionar y actualizar sobre la marcha sin tener necesariamente que sacar la máquina de producción, lo que afectaría la productividad. Permite a los usuarios abordar nuevos casos de uso sin afectar el rendimiento de la máquina”, afirmó Gus Gremillion, consultor de soluciones de Siemens.

Las conexiones principales en un dispositivo perimetral utilizan Ethernet industrial estándar para comunicarse con lo que Siemens llama conexiones en dirección sur y en dirección norte (Figura 1). La conexión en dirección sur vincula el dispositivo de borde a la máquina a través de un interruptor. La conexión en dirección norte, también a través de un conmutador, permite a los usuarios recopilar datos e interactuar con el dispositivo informático de borde.

La ejecución de aplicaciones avanzadas en el dispositivo informático de vanguardia reduce en gran medida la carga informática del controlador CNC. Por ejemplo, evitar colisiones requiere una cantidad considerable de gastos computacionales. "Cuando se utilizan nuestros dispositivos de borde, se genera muy poca carga adicional en el CNC desde una perspectiva computacional", explicó Gremillion. "Eso hace que [los dispositivos de borde] sean muy adecuados para las máquinas existentes en el taller". "Un dispositivo de borde pone menos del cinco por ciento de carga en la CPU de la máquina", continuó Gremillion. Dijo que a algunos usuarios les preocupa que colocar dispositivos de vanguardia en sus máquinas existentes afecte el rendimiento o el comportamiento de la máquina. “Podemos disipar esa [preocupación], porque no ponemos esa carga en el CNC; Todo ese cálculo se maneja en el dispositivo de borde”.

Un CNC en funcionamiento produce valores "anticipados" de la trayectoria futura cercana de la máquina, que el dispositivo de borde puede capturar. Los valores anticipados facilitan la prevención de colisiones al comparar la operación en tiempo real con un modelo 3D del espacio de la máquina, incluidos el dispositivo y la pieza de trabajo, cargado en el dispositivo de borde. “El dispositivo de borde siempre está verificando dónde estará la máquina en 800 milisegundos mientras la máquina funciona, o incluso hace jogging”, explicó Gremillion. "Si la máquina va a chocar contra la pieza de trabajo, el dispositivo o la mesa, el dispositivo de borde activará una parada de emergencia [parada de emergencia] en la máquina antes de que la máquina realmente choque". "Porque la prevención de colisiones se ejecuta en el borde dispositivo”, continuó Gremillion, “podemos modelar la máquina, el dispositivo, la pieza e incluso el material extraído de la pieza. Los usuarios obtienen simulación 3-D y evitan colisiones porque pueden ver la configuración exacta del espacio de la máquina SINUMERIK sobre la marcha”. El gemelo digital se puede importar al dispositivo de borde. Esto ayuda a acelerar tanto el modelado como la prevención de colisiones. Normalmente, los fabricantes de máquinas construyen el gemelo digital porque conocen sus máquinas; Tienen los archivos CAD 3-D de sus máquinas. Con frecuencia utilizan el gemelo digital para ayudar a poner en marcha y diseñar sus máquinas. Luego pueden exportar el archivo del modelo al dispositivo perimetral.

Los dispositivos de borde pueden optimizar el proceso de mecanizado. Por ejemplo, Siemens tiene una aplicación que monitorea y proporciona retroalimentación a la máquina que indica si el proceso es nominal en base a datos históricos. Si se produce una anomalía como un pico en la carga del husillo o un punto duro durante el proceso de mecanizado (Figura 2), la retroalimentación al control puede provocar una retención de avance en la máquina, enviar un mensaje o alarma a un operador o activar una subrutina.

Los dispositivos perimetrales desempeñan un papel en el análisis de datos de las máquinas CNC. "En las instalaciones, algunas máquinas se comportan de manera diferente, tienen 'personalidades' diferentes", dijo Gremillion. “Al recopilar los datos [de cada máquina], los usuarios pueden comparar una máquina con otra para identificar variaciones. Con base en esos datos, pueden volver a ajustar una máquina en particular o reemplazar componentes mecánicos para mejorar su rendimiento”. Gremillion dijo que a veces un usuario puede informar sobre una máquina “niño problemática”. “La recopilación de datos permite a los usuarios comprender por qué una máquina en particular es problemática. Les permite hacer comparaciones para entender mejor sus procesos y luego optimizarlos”, afirmó.

"Con la informática de punta, los usuarios pueden monitorear la flota de todas sus máquinas", explicó Gremillion. “Durante cada ejecución, el dispositivo de borde recopila datos que proporcionan una huella digital mecánica de la máquina, que produce parámetros como valores de fricción estática y dinámica, juego, rigidez del tren de transmisión, etc. Permite a los usuarios realizar un seguimiento de las máquinas individuales a lo largo del tiempo para comprender su estado mecánico y tal vez iniciar un mantenimiento predictivo”.

Jack Smith es editor colaborador senior de Automation.com y de la revista InTech de ISA. Pasó más de 20 años trabajando en la industria (desde la generación de energía eléctrica hasta la instrumentación y el control, la automatización y desde las comunicaciones electrónicas hasta las computadoras) y ha sido periodista especializado durante más de 25 años.

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