Als Theo Saville und ich 2015 CloudNC gründeten, hatten wir ein gemeinsames Ziel: die Herstellung von allem zu einem autonomen Ein-Klick-Prozess zu machen.
Acht Jahre später arbeiten wir immer noch daran, dieses Ziel zu erreichen! Wir sind jedoch dabei, unsere erste Softwarelösung auf den Markt zu bringen, CAM Assistdie einen Großteil der Programmierung von CNC-Maschinen für die Präzisionsfertigung von Komponenten automatisieren wird.
Dies wird die Art und Weise, wie die Produktion weltweit funktioniert, grundlegend verändern. Der Elefant im Raum ist jedoch: Warum haben wir so lange gebraucht?
Die einfache Antwort: Es ist ein sehr komplexes Problem! Hier ist der Grund dafür.
Das Problem selbst
Werfen wir zunächst einen Blick auf das, was wir zu verbessern versuchen: die globale Produktion.
Genauer gesagt, fast alles, was heute in der Welt hergestellt wird, ist in gewissem Maße auf hochwertige, präzise gefertigte Komponenten angewiesen - und wir können die Technologie nutzen, um den Prozess ihrer Herstellung zu verbessern.
Diese Bauteile werden in Fräsmaschinen (z. B. CNC-Maschinen) hergestellt und finden entweder in den Produkten Verwendung, die wir benutzen und konsumieren - von Uhren über Laptops und Telefone bis hin zu Autos, Turbinen und Flugzeugen - oder in den Formen, die für die Herstellung von Geräten für andere industrielle Prozesse verwendet werden, z. B. für Kunststoffe und Verpackungen.
Sie sind also allgegenwärtig: Tatsächlich werden jedes Jahr Bauteile im Wert von fast 1 Billion Dollar hergestellt. Ihre Herstellung ist jedoch nicht so einfach wie die Verwendung eines 3D-Druckers. Stattdessen muss den Maschinen mitgeteilt werden, wie sie die einzelnen Teile herstellen sollen, und zwar durch ein Verfahren, das als computergestützte Fertigung (CAM) bezeichnet wird. Und dafür braucht man einen erfahrenen Menschen, der die Maschine programmiert.
Die Beteiligung des menschlichen Elements schafft Varianz. Die Programmierung einer CNC-Maschine erfordert Ausbildung und Fachwissen, und es gibt nicht viele Menschen, die das können (und die Qualifikationslücke wächst, da die Nachfrage nach Komponenten steigt und die Zahl derer, die in die Branche einsteigen, hinter der Zahl derer zurückbleibt, die in Rente gehen).
Die Zahl der Experten ist noch geringer, und es kommt auf die Fähigkeiten an. Es gibt unendlich viele Möglichkeiten, eine Komponente herzustellen, und ein neuer Programmierer wird wahrscheinlich weniger effizient und verschwenderisch sein als ein sehr talentierter.
Mit unseren Lösungen wollen wir diesen Prozess so weit wie möglich automatisieren und denjenigen, die weniger Erfahrung haben, helfen, genauso schnell und optimal zu programmieren wie die besten CAM auf dem Markt - und so den Fertigungsprozess für alle neu erfinden.
Herausforderung 1: Unendlichkeit
Das Wort "unendlich" macht einen Großteil des Problems aus. Wenn man sich vorstellt, wie man programmiert, wie ein einzelnes Bauteil hergestellt wird, ist der potenzielle Lösungsraum sehr groß.
Bei einer CNC-Maschine gibt es mehrere Werkzeuge (unterschiedlicher Größe und Art), die alle verwendet werden können, um bestimmte Ergebnisse zu erzielen, und die alle in unterschiedlichen Winkeln, Tiefen oder Geschwindigkeiten und in beliebiger Reihenfolge eingesetzt werden können.
Die Zahl der Lösungen ist also exponentiell groß, was aus rechentechnischer Sicht enorme Probleme verursacht. Um den besten Weg zu finden, muss ein Computer fast unendlich viele Male mit fast unendlich vielen Lösungen multiplizieren (kombinatorische Komplexität!), was viel zu lange dauert, um Ergebnisse zu erzielen, die für irgendjemanden nützlich sein könnten.
Die Herausforderung besteht also darin, den Umfang des Problems überschaubar zu machen. Ohne zu viel von unserer "geheimen Soße" zu verraten, besteht ein Element des CloudNC-Prozesses darin, den Umfang des Problems zu reduzieren: zum Beispiel durch die Ablehnung unmöglicher oder sehr schwieriger Werkzeugwege, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass optimale Lösungen erhalten bleiben.
Unsere Algorithmen sind daher in der Lage, die potenziell besten Wege zu finden, ohne jede mögliche Lösung in Betracht ziehen zu müssen - was bedeutet, dass wir Ergebnisse in Sekunden statt in Jahren liefern können.
Herausforderung 2: Physik
OK, wir können also mit der potenziell unendlichen Anzahl von Möglichkeiten zur Herstellung dieser Komponenten umgehen. Aber das andere Problem ist, dass es sich hier um ein komplexes physikalisches Umfeld handelt, mit - buchstäblich - vielen beweglichen Teilen.
Bei der Bearbeitung eines Bauteils werden die Materialien sehr heiß. Sie dehnen sich aus und ziehen sich zusammen. Die Fräsmaschinen müssen die Späne von den Metallblöcken wegschneiden, und wenn die Späne zu dick sind, bricht das Werkzeug, oder wenn sie zu dünn sind, spaltet sich die Oberfläche des Metalls. Die Werkzeuge werden beschädigt und verschleißen. Die gesamte Baugruppe vibriert.
Die Kombination dieser physikalischen Beschränkungen mit der exponentiellen Anzahl von Lösungen erhöht den Schwierigkeitsgrad bei der Lösung der Präzisionsfertigungsaufgabe von "schwer" auf "Albtraum".
Es reicht nicht aus, eine Lösung zu finden, die den schnellsten und effizientesten Werkzeugweg verwendet. Stattdessen muss Ihr Weg auch viele verschiedene physikalische Aspekte der verwendeten Werkzeuge und Rohstoffe berücksichtigen, und eine einzige Fehlkalkulation kann Hunderttausende von Dollar teurer Maschinen ruinieren.
Was ist also der Schummelcode? Nun, auch hier geht es darum, das Problem überschaubar zu machen. Realistischerweise können wir nicht die Integration jedes physikalischen Elements mit jeder möglichen Art der Bearbeitung eines Bauteils verstehen. Aber wir können die optimalsten erstellen und bewerten und diese mit einem Verständnis der gängigsten, regelmäßig verwendeten und angewandten Techniken abgleichen und sicherstellen, dass unsere Lösungen diese heute berücksichtigen.
Daher können unsere Lösungen bereits für die meisten Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung eingesetzt werden, und wir verbessern und verfeinern ihre Funktionsweise laufend. So können wir den Prozess der Programmierung der Herstellung eines relativ komplexen Bauteils auf einer CNC-Maschine von Stunden (oder sogar Tagen) auf Sekunden beschleunigen.
Der optimale Weg
Natürlich ist die obige Beschreibung unserer Lösungen nicht sehr detailliert, wie Sie es von einem kurzen Aufsatz erwarten würden, der mehr als 8 Jahre Arbeit und über eine Million Codezeilen (und mehr) zusammenfasst. Außerdem möchte ich nicht zu viel verraten: Die genaue Funktionsweise unserer Algorithmen ist Eigentum von CloudNC - wir haben viel Zeit und Mühe darauf verwendet, sie zu entwickeln!
Mit dieser Diskretion wird also unterbewertet, was wir aufbauen mussten: zum Beispiel komplexe Algorithmen zur Beschleunigung und Verfeinerung komplexer Aspekte der rechnerischen Geometrie, die die Bearbeitung verschiedener Formen und Aspekte miteinander kombinieren und Ergebnisse in einem Zeitrahmen liefern, der für die Nutzer einen Mehrwert darstellt.
Außerdem kann man gar nicht genug betonen, innerhalb welch enger Grenzen wir arbeiten. Wir stellen buchstäblich Bearbeitungslösungen her, die zur Herstellung von Teilen für Kampfjets und Kernkraftwerke verwendet werden - das heißt, sie müssen exakt sein. Es gibt keinen Spielraum für Fehler.
Aus diesem Grund haben wir uns mit der Entwicklung von CAM Assist Zeit gelassen - es gab viel zu lösen. Und wir sind noch lange nicht am Ende der Reise angelangt: Unsere Vision, die Fertigung mit einem einzigen Mausklick in die Welt zu bringen, wird noch einige Zeit in weiter Ferne liegen - wir sind immer noch dabei, ein bisher unlösbares Problem zu lösen!
Aber wir machen massive Fortschritte, und das, was wir bisher in den Griff bekommen haben, ist ein wesentlicher Teil des Gesamtproblems. Wir ermöglichen die Beschleunigung der CNC-Maschinenprogrammierung, so dass wir Komponenten immer schneller herstellen können, was Innovationen ermöglicht und dazu beiträgt, die Qualifikationslücke in der Fertigung zu schließen.
Das ist es, was wir bisher erreicht haben - und ich kann es kaum erwarten, die Auswirkungen zu sehen.
(PS: Wollen Sie uns helfen, diese Probleme zu lösen? Sehen Sie sich unsere offenen Stellen unter Karriere an).
