Il futuro è già qui e la digitalizzazione è ormai una realtà, non solo nelle “grandi” aziende manifatturiere

di Daniela Tommasi

La più fine simulazione è servirsi bene della realtà – antico proverbio

Il futuro sarà nella digitalizzazione dei processi produttivi. Sbagliato! Quel futuro è già qui e la digitalizzazione è ormai una realtà, non solo nelle “grandi” aziende manifatturiere. Anche le PMI stanno mostrando una crescente attenzione nei confronti della digitalizzazione, in parte sotto la spinta di Industria 4.0, ma anche e soprattutto riconoscendone l’importanza in un contesto basato su qualità e competitività. Parlare di digitalizzazione dei processi significa anche parlare di simulazione, una simulazione che va ben oltre quella fatta dal CAM che, per esempio, simula "solo" i percorsi utensile e non il codice NC effettivo.

Simulazione: di cosa stiamo parlando?

Nel linguaggio comune al termine “simulazione” non sempre viene data un’accezione positiva, anzi, probabilmente sono più sottolineati gli aspetti legati alla ipocrisia, alla menzogna, alla poca sincerità, .... In realtà la simulazione è una “finzione” e, come tale, non è, in assoluto, né un bene né un male, ma dipende dal contesto. Per quanto riguarda l’ambito manifatturiero, la simulazione di processo è, ovviamente, una “finzione”, una finzione che vuole riprodurre, in toto o in parte, il processo stesso, per valutarne uno o più aspetti, appoggiandosi quindi alla tecnica del digital twin, il gemello virtuale. La realtà non è molto lontana da ciò che, qualche anno fa, qualcuno sosteneva: il gemello virtuale permetterà di ‘predire il futuro’, così da poter concretizzare l’efficienza delle lavorazioni, riuscendo a massimizzare gli investimenti sostenuti. La progettazione di qualsiasi componente già si avvantaggia da tempo del supporto, prezioso se non addirittura fondamentale, della simulazione, grazie alle potenzialità offerte dai moderni sistemi CAD e da tutti quegli strumenti di progettazione avanzata, che supportano il progettista nello studio e analisi del pezzo. Oggi però questo non è più sufficiente perché dalla progettazione al pezzo finito, la strada è ancora lunga e, se così si può dire, densa di insidie, fondamentalmente riconducibili all’inefficienza di processo. La simulazione di processo è una sorta di “ponte” fra la progettazione e la produzione che, interagendo virtualmente con i due mondi, fa sì che il processo reale sia altamente efficiente.

I perché

Perché la simulazione? Perché è importante che tutto fili liscio. Anche solo un piccolo intoppo può portare all’inefficienza dell’intero processo, con costi diretti ed indiretti difficilmente stimabili a priori. VERICUT, software prodotto dall’azienda americana CGTech, che da oltre trent’anni si occupa di simulazione, verifica, analisi e ottimizzazione delle lavorazioni per macchine utensili a controllo numerico, si occupa proprio di questo: far sì che tutto fili liscio, dal progetto alla realizzazione del prodotto. Come? VERICUT simula il programma NC post-processato e segnala errori che non si potrebbero rilevare con la simulazione CAM! L’accuratezza e la qualità del modello lavorato permettono di identificare, durante la lavorazione virtuale, errori e inefficienze prima che un singolo blocco sia eseguito. È possibile così eliminare dal programma NC errori che potrebbero rovinare il pezzo, danneggiare l'attrezzatura, rompere l'utensile o danneggiare la macchina stessa. VERICUT inoltre ottimizza i programmi NC per renderli più veloci ed efficienti. Come lavora VERICUT è riassunto in poche parole da un importante terzista, che opera principalmente nel settore aerospaziale "Con VERICUT, abbiamo una macchina virtuale e un gemello digitale della lavorazione. Ciò significa che ogni percorso che programmiamo viene controllato per verificarne l'affidabilità del processo al 100%. VERICUT è in grado di simulare qualsiasi macchina CNC, indipendentemente dal costruttore. Vengono fornite tutte le interfacce necessarie, che VERICUT integra nel proprio ambiente software”.

Dalla parte dell’efficienza

La rappresentazione dell’iceberg dei costi è ormai nota ed è chiaramente applicabile anche ai processi produttivi dove errori e/o inefficienze possono far crescere in modo significativo i costi, in particolare la parte occulta, ovvero la parte sommersa dell’iceberg. Grazie alla simulazione, con la verifica e l’ottimizzazione del percorso utensile è possibile rendere più efficiente la produzione abbattendo, al contempo, i costi. Infatti basta un solo piccolo errore nel programma NC per rovinare il pezzo, o causare la rottura di un utensile o della macchina stessa. “ VERICUT è un sistema esterno e indipendente di verifica del codice ISO, che simula il percorso utensile elaborato dal CAM e post processato per un determinato controllo numerico e macchina utensile. – spiega Anita Pellizzari, Responsabile Marketing di CGTech Srl – Grazie ai nostri algoritmi, che sono proprietari, i nostri strumenti sono in grado di conoscere con estrema esattezza i valori delle grandezze tecnologiche coinvolte nella lavorazione, a partire dalla quantità di materiale rimosso per i processi di asportazione. Se ci sono errori, VERICUT li trova!”

Il primo step

Il primo passaggio è la preparazione dell’ambiente di lavoro, cioè del gemello digitale della macchina utensile. VMC (VERICUT Machine Configuration) è la configurazione della macchina utensile virtuale (realizzata da CGTech), per garantire che macchina virtuale e macchina reale si comportino allo stesso modo. Grazie alla partnership con la maggior parte dei costruttori di macchine utensili, CGTech possiede una vastissima libreria di VMC, sviluppate e aggiornate nel corso degli anni e, pertanto, è in grado di fornire VMC per molti dei principali costruttori di macchine utensili, spesso utilizzando i modelli CAD forniti dalle stesse case costruttrici. A questo punto, la macchina virtuale viene attrezzata, così come si farebbe nel reale, caricando utensile e porta utensile, attrezzatura di fissaggio, grezzo, programmi NC, se esistenti come libreria. In alternativa, nel caso di soluzioni ad hoc o comunque non standard, possono essere creati all’interno del software. A questo punto, la lavorazione virtuale può partire!

La verifica

VERICUT legge lo stesso codice ISO post-processato che andrà in macchina e rileva gli errori prima che possano creare danni. Grazie al modulo Verification, VERICUT

• Rileva e segnala con precisione errori del programma NC
• Previene collisioni e rottura utensili
• Emula il controllo CNC e supporta il codice ISO
• Garantisce maggiore accuratezza rispetto a tecnologie STL/Polycut
• Visualizza, misura e analizza la geometria del pezzo lavorato
• Supporta macchine CNC multiasse e le funzioni dei controlli più usati

Poter contare su una visualizzazione grafica è estremamente importate perché consente, da qualsiasi luogo, di controllare, mediante app, le animazioni 3D delle lavorazioni CNC simulate. Il modulo Multi-Axis verifica e simula l'asportazione di materiale con frese multiasse, torni, sistemi tornio/fresa o macchine a testa multipla. Con l'aumentare della complessità, aumenta anche la possibilità di errore, quindi la simulazione e verifica diventano quanto mai importanti.

La collisione!

Quanto costa una collisione? Una collisione in macchina può danneggiare, pezzo, utensile, attrezzature,…ma anche la macchina stessa. E ritardare così l’intera produzione! VERICUT consente di ridurre drasticamente la possibilità di errore, evitando di sprecare tempo prezioso (e costo!) per provare in macchina i programmi nuovi. Machine Simulation rileva collisioni e prossimità tra tutti i componenti della macchina utensile. Ma c’è di più: quanto costano le prove in macchina? Nell’ambiente manifatturiero competitivo di oggi, il software di verifica è fondamentale perché in pratica elimina la prova pezzo dato che:

• Simula esattamente come le macchine CNC si comportano in officina, per poter rilevare in anticipo errori e problemi.
• Evita collisioni in macchina e prossimità
• Visualizza l’intero ambiente di lavoro
• Verifica le capacità CNC di una macchina e riduce il tempo necessario alla sua implementazione
• Mostra agli operatori macchina cosa aspettarsi da programmi NC nuovi
• Migliora l’efficienza delle lavorazioni
• Aumenta la sicurezza in officina
• Migliora la documentazione con video e immagini
• Istruisce programmatori e operatori senza togliere tempo alla produzione o rischiare una collisione

Simulare e ottimizzare

La competitività dei mercati spinge, oltre al contenimento del possibile errore, anche verso la ricerca di soluzioni ottimizzate, in grado di migliorare le performance del processo produttivo. La peculiarità di VERICUT Force è che si tratta di un modulo basato sulla fisica, che analizza e ottimizza le condizioni di taglio durante le operazioni del programma. Questo permette di rendere il programma NC più efficiente anche del 25% per un dato materiale, utensile e condizioni della lavorazione, con un importante risparmio di tempo ciclo, una migliore finitura superficiale, una maggiore durata della macchina e una ridotta usura dell'utensile. VERICUT Force permette di controllare, rapidamente e con facilità, cosa sta succedendo blocco per blocco nel programma NC quando l’utensile è a contatto con il materiale, identificando inefficienze e valori eccessivi per forze, tasso di rimozione del materiale, potenza, momento meccanico e deflessioni. Force indica dove è possibile variare la velocità di avanzamento, inserendo quindi nel programma nuovi blocchi, ciascuno con la propria velocità di avanzamento ideale, senza modificare la traiettoria, e garantendo un parametro chiave, ovvero la costanza dello spessore del truciolo, peraltro massimizzata.

Parlando di CGTech

CGTech è la software house californiana specializzata nella tecnologia software di simulazione, verifica, analisi e ottimizzazione delle lavorazioni per macchine utensili a controllo numerico. Da oltre 35 anni sviluppa il prodotto VERICUT®, oggi standard industriale nella simulazione CNC per individuare possibili collisioni, errori nel programma NC, lavorazioni poco efficienti. CGTech muove i primi passi a fine anni ottanta, dedicandosi allo sviluppo di un software al servizio delle attività produttive del settore manufacturing. Nasce così VERICUT, software di calcolo inizialmente privo di interfaccia grafica, che analizza il programma NC delle macchine utensili per rilevare eventuali inesattezze o problematiche, riportandole in un report. Lo sviluppo negli anni è andato in accordo con le necessità di rappresentare digitalmente le attività delle macchine utensili a controllo numerico, ricreando in un ambiente virtuale ciò che realmente accade in officina: processi dinamici, interpreti dell’evoluzione tecnologica. CGTech è sviluppatore inoltre di software off-line per programmare macchine CNC a tecnologia AFP e ATL, per la posa automatica di materiale composito e macchine dedicate ai processi additivi e ibridi, macchine per la foratura e rivettatura. Oggi parte del gruppo Sandvik, CGTech ha sedi in America, Europa e Asia e una rete mondiale di rivenditori, con utenti dei software VERICUT che appartengono ad aziende di ogni dimensione, Università, Centri di ricerca, scuole professionali, enti statali.

VERICUT e la simulazione

Il software VERICUT permette di ricreare un centro di lavoro virtuale e simulare i programmi NC in formato ISO post processati o creati manualmente a bordo macchina. Dato che il grezzo, che si lavora virtualmente, è un modello solido parametrico, è possibile, in qualunque momento della simulazione, arrestare la lavorazione virtuale, analizzare i parametri tecnologici blocco per blocco, misurare il pezzo e confrontarlo con il modello del finito. Tutto ciò consente di evitare collisioni in macchina e problematiche di fine corsa, di eliminare la prova pezzo e ridurre il tempo ciclo, di certificare i programmi da mandare in officina. L’evoluzione continua di VERICUT ha portato allo sviluppo di Force, un modulo di ottimizzazione che permette di scoprire gli aspetti meno tangibili delle inefficienze delle lavorazioni. Force analizza e ottimizza le condizioni di taglio nel corso del processo di asportazione, calcola nuove velocità di avanzamento, mantenendo costante lo spessore ideale del truciolo e limitando eccessi di forza di taglio o di potenza del mandrino. Oggi VERICUT è utilizzato in tutti i settori produttivi, dall’aerospaziale all’energetico, dall’automotive ai trasporti, dal medicale alla meccanica generale, permettendo di simulare macchine utensili di qualsiasi complessità. E’ un software indipendente e si interfaccia direttamente con i principali sistemi CAD-CAM e di gestione utensili, garantendo tutti i vantaggi di un ambiente di lavoro integrato.

©copyright 2024 Tecniche Nuove - Macchine Utensili, marzo 2024