CLOUDNC È PRESENTE NELLA RIVISTA METAL MARKET - PUBBLICATA A FEBBRAIO 2020.
Molti componenti metallici vengono realizzati asportando il materiale per ottenere il pezzo finito, ma la creazione di programmi ottimali per le moderne macchine utensili utilizzate richiede molto tempo. CloudNC sta cercando di rivoluzionare il settore della lavorazione presso il suo stabilimento di Chelmsford, nel Regno Unito, dove Richard Barrett ha incontrato Theo Saville, co-fondatore e CEO, per discutere dei progressi compiuti.
Immaginate un solido blocco di acciaio inossidabile di alta qualità, che potrebbe avere un volume di mezzo metro cubo o più e un costo di molte migliaia di dollari. Ora immaginate che il vostro compito sia quello di praticare fori multipli in tutte e sei le superfici di quel cubo, di vari e precisi diametri - alcuni filettati e altri lisci - assicurandovi che alcuni si colleghino per creare dei canali, ma anche garantendo che altri siano separati dai loro vicini da uno spessore minimo di acciaio prestabilito.
Componenti così complessi sono necessari per applicazioni in blocchi idraulici o miscelatori di gas su scala industriale, attraverso i quali passano gas o fluidi ad alta pressione. Un guasto al componente finito durante l'uso è chiaramente impensabile.
La creazione di componenti come questi - e di una miriade di altri che vanno oltre le capacità della tecnologia di fusione e stampa 3D - dipende ancora dai processi di fresatura, tornitura, foratura e rettifica utilizzati per decenni.
Mentre la velocità, l'accuratezza e l'affidabilità delle macchine CNC che rimuovono il metallo per creare un pezzo finito sono progredite costantemente negli ultimi anni, la programmazione di una sequenza di passaggi per ottenere i prodotti desiderati è rimasta, fino a poco tempo fa, appannaggio di programmatori umani qualificati. Sebbene la loro esperienza crei un programma di lavorazione per svolgere il lavoro, la sua creazione può richiedere molte ore e la produzione fisica del pezzo stesso molte altre ore di lavorazione.
Il cuore dell'attività di CloudNC è lo sviluppo di un software che utilizza una matematica complessa e l'intelligenza artificiale per considerare l'enorme numero di diverse sequenze di lavorazioni che potrebbero essere utilizzate per creare un determinato pezzo, al fine di trovarne una ottimale, riducendo di conseguenza sia il tempo di programmazione che quello di lavorazione necessario per realizzare un determinato componente.
Theo Saville, CEO di CloudNC, ha dichiarato che anche i programmatori umani di macchine utensili più bravi ed esperti non troveranno l'ordine ottimale in cui utilizzare gli strumenti. "Non lo troveranno. È troppo difficile. Se si prende il miglior programmatore CAM del mondo e gli si danno tre mesi per creare il programma CAM perfetto per un componente, si tratta di un risultato a cui oggi possiamo avvicinarci, ma che in futuro saremo in grado di superare di gran lunga. Perché tutto ciò che un uomo può fare per rendere più veloce un programma CAM , il nostro software è in grado di farlo ogni volta senza alcuno sforzo", ha dichiarato.
"E poi possiamo andare oltre quello che la gente penserebbe di fare... È da qui che nasce l'opportunità, perché ci sono tanti modi per farlo", ha aggiunto.
Il ciclo di iterazione dei miglioramenti, che è il nostro obiettivo, è incredibilmente veloce".
IL PAVIMENTO DELLA FABBRICA
La nuova unità industriale chiara e luminosa in cui CloudNC si è trasferita un anno fa è molto diversa dall'immagine un po' buia, angusta e oleosa che si aveva delle officine di una volta. Serve sia come banco di prova per sviluppare il software di programmazione CAM dell'azienda, sia come fornitore commerciale di componenti metallici.
Al momento della visita di Metal Market Magazine, verso la fine del 2019, CloudNC aveva 11 macchine CNC in funzione e altre in ordine. Dopo la messa a punto, ogni macchina per la foratura, la fresatura e il tornimento frulla e ronza senza essere sorvegliata. Mentre gli assistenti umani delle macchine possono osservare i progressi attraverso le porte di sicurezza trasparenti dietro le quali ogni macchina procede con il lavoro, ogni pezzo viene posizionato automaticamente durante la lavorazione, mentre i bracci robotici si occupano di selezionare e sostituire gli utensili necessari in ogni fase della sequenza.
L'azienda lavora con i file CAD standard dei clienti che riportano le tolleranze e tutte le informazioni supplementari. "Ci piacerebbe che tutti usassero la definizione basata sul modello invece dei disegni 2D, e che le tolleranze fossero nel file 3D, ma nessuno lo usa ancora", ha detto Saville.
A volte i clienti hanno bisogno di una guida da parte degli ingegneri di produzione di CloudNC se richiedono fasi di lavorazione molto difficili o impossibili. "A volte si ottengono filettature che arrivano fino al fondo di un foro e non è possibile farlo, in pratica non è possibile. Beh, si può fare, ma è scomodo, difficile e soggetto a errori perché bisogna farlo a mano, non è possibile farlo con una macchina", ha detto Saville come esempio.
Ogni pezzo inizia come un pezzo grezzo di metallo su scaffali di stoccaggio: quadrati, billette, cilindri, piastre, tondi - alcuni già tagliati a getto d'acqua se comprendono materiale grosso e difficile da rimuovere. Il materiale viene caricato su carrelli con i giusti utensili da taglio, il programma CAM e il piano di ispezione assegnati prima di essere rilasciato in officina per essere trasferito a una macchina, che viene quindi impostata per eseguire quel lavoro, programmata e caricata. Il primo pezzo prodotto viene controllato per verificarne la qualità, e talvolta campionato, prima di essere pronto per la spedizione al cliente.
"Cerchiamo di restringere la catena di eventi in modo che sia il più stretta possibile", ha detto Saville. CloudNC dispone di diversi tipi di macchine, tra cui robo-trapani e torni.
"Le robo-trapani possono produrre oggetti come i telai degli iPhone per Apple. Sono ottime macchine per la produzione di massa e sono molto veloci. Non sono estremamente versatili, ma sono incredibilmente veloci per quello che fanno nell'ambito delle loro capacità", ha spiegato.
Tra le attrezzature presenti nello stabilimento, CloudNC dispone di macchine DMG Mori DMU 60Evo a 5 assi. "Sono molto avanzate e possono produrre praticamente tutto ciò che si desidera per qualsiasi settore", ha dichiarato Saville.
Al momento della visita di Metal Market Magazine, uno degli articoli in lavorazione era un componente aerospaziale, con un cambio automatico di utensili da taglio in corso. "La caratteristica di queste macchine, e ciò che le rende così valide, è che sono incredibilmente veloci considerando le loro dimensioni e la quantità di peso che devono spostare", ha osservato Saville. Ognuna delle macchine contiene circa 120 utensili diversi, conservati in un carosello per un rapido accesso e stoccaggio.
Se programmata in modo convenzionale, una macchina potrebbe impiegare dieci ore per realizzare un blocco miscelatore di gas multicanale in acciaio inossidabile, "perché un materiale del genere è molto difficile da tagliare", ha spiegato Saville. "Il nostro software ridurrà questo tempo in modo sostanziale. Mi aspetto che quel pezzo venga prodotto nella metà del tempo se programmato con CloudNC, il che significa che si può raddoppiare il rendimento della macchina in un giorno, e alla fine quadruplicarlo. Questo è il valore aggiunto dei programmi che realizziamo: prendere una macchina standard e renderla da quattro a otto volte più produttiva di quanto si otterrebbe in una fabbrica tradizionale. Ciò significa che possiamo ottenere un margine maggiore e che i nostri clienti ottengono prezzi più bassi".
La macchina CNC più grande di CloudNC è un monoblocco DMG Mori DMU 95, che può produrre pezzi di quasi un metro cubo, con un peso di oltre una tonnellata. L'azienda ha a disposizione centinaia di utensili da taglio diversi. "Possiamo usarli in qualsiasi ordine, con qualsiasi parametro di lavorazione, a qualsiasi profondità, velocità e refrigerante, quindi è un problema enorme trovare il modo migliore di usarli per raggiungere il componente desiderato", ha sottolineato Saville.
"In termini di risparmio di tempo, abbiamo valutato che la tecnologia allo stato attuale sui componenti supportati è circa due volte più veloce, quindi il tempo di ciclo si dimezza e in un giorno si ottiene un numero di componenti doppio rispetto a quello che si sarebbe ottenuto. Aumenteremo di 3 e 4 volte e poi, su alcuni componenti davvero complessi, probabilmente di 8-10 volte. Ma in media si parla di velocità diverse volte superiori in futuro".
CloudNC ha già prodotto centinaia di tipi diversi di componenti e migliaia di unità. Saville ha dichiarato che la fabbrica di CloudNC non è affatto piena. "Si tratta di 11 macchine e probabilmente potremmo arrivare a 40", ha sottolineato. Le macchine non sono di proprietà ma in leasing. Lo spostamento di una macchina richiede un carrello elevatore specializzato e la rimessa in funzione richiede un paio di giorni. Il layout della fabbrica è stato riconfigurato alla fine del 2019 nell'arco di tre giorni.
"Questo edificio sarà probabilmente pieno in meno di un anno, ma c'è molto spazio qui", ha aggiunto Saville.
Circa il 40-50% dei componenti prodotti da CloudNC sono già automatizzabili, una percentuale che secondo Saville continuerà a crescere con l'aumento delle capacità del software dell'azienda.
Non è stato in grado di specificare quali siano i componenti che CloudNC ha prodotto finora che gli hanno dato il maggior senso di orgoglio, oltre a dire che tra questi ci sono alcune applicazioni aerospaziali e militari. L'azienda ha anche realizzato alcuni componenti per i satelliti.
"Quando vogliamo produrre componenti che non rientrano nel consueto ambito dell'automazione, abbiamo qui persone altamente qualificate che possono fare cose che il software non può fare", ha aggiunto.
Vogliamo che l'acquisto di metalli sia completamente e efficacemente mercificato.
IN MISSIONE
Saville vede il lavoro di CloudNC come parte di una missione molto più ampia e a lungo termine per il futuro della produzione.
"Quando molti pensano alla prossima rivoluzione industriale, parlano dell'internet industriale delle cose, dei sensori e della messa in linea delle macchine. Pensano alla stampa 3D e a nuovi processi produttivi", ha dichiarato Saville.
"Noi la vediamo in modo un po' diverso. La nuova rivoluzione industriale deriverà dalla completa automazione di tutti i tipi di apparecchiature di produzione tradizionali: torni, fresatrici, punzoni, presse, piegatrici e macchine da taglio. Tutte queste apparecchiature di produzione, che molti pensano siano già automatiche, sono tutt'altro che automatiche", ha sottolineato. "Richiedono tutti un operatore umano altamente qualificato".
"Se mettete piede in una fabbrica, questa sarà piena di persone che prendono decisioni molto complesse su base oraria per farla funzionare in modo efficiente", ha aggiunto.
"Penso che tra cento anni tutto sarà completamente autonomo: entrerete in una fabbrica e non ci saranno persone al suo interno. L'unica domanda è quanto tempo ci vorrà per raggiungere questo obiettivo".
Ha confrontato questa visione con le difficoltà di trovare un buon fornitore per una serie di, ad esempio, 100 componenti metallici, notando che potrebbero essere necessari anche 5-10 giorni per ottenere un preventivo. "Probabilmente ci vorranno dalle 6 alle 12 settimane perché i pezzi arrivino, e forse anche di più se la fabbrica è molto buona e la domanda è alta. Stimiamo che ci sia all'incirca una possibilità su dieci che l'ordine non arrivi in tempo", ha aggiunto, sottolineando anche che gli indicatori suggeriscono che un ordine su dieci avrebbe un problema di qualità.
Ha detto che il prezzo sarà probabilmente più alto del necessario. "Quindi avrò un'esperienza terribile con il cliente, probabilmente aspetterò molto a lungo, pagando più del dovuto per un prodotto di qualità inferiore a quella che potrebbe avere".
Per Saville, il futuro della produzione dovrebbe essere: "Ho un progetto 3D. Probabilmente un CAD generativo l'ha progettato con me - o l'ha progettato in modo completamente automatico - e per tutto il tempo ha parlato con un servizio di produzione, probabilmente attraverso un'API (Application Programming Interface), per capire quanto costerà produrlo e ottimizzarlo per renderlo più economico, migliore e nelle fabbriche giuste".
Chi vuole acquistare quel componente avrà già un prezzo, che ha avuto per tutto il tempo della progettazione, e un tempo di consegna. "Basta un clic e immediatamente una fabbrica, o una rete di fabbriche, si mette in moto e tira fuori tutti i materiali e gli strumenti di cui ha bisogno lungo la catena di fornitura automatica, per produrre e consegnare il prodotto in pochi giorni o addirittura in poche ore", prevede Saville.
Ha fatto un parallelo con altri settori, dicendo che il web hosting è un ottimo esempio. "Prima dei servizi web di Amazon, c'era un mercato incredibilmente frammentato in cui c'erano molti operatori, era costoso, un po' inaffidabile e di difficile accesso, in generale scomodo e fastidioso", ha osservato.
"Poi è arrivata Amazon con AWS. È integrato verticalmente. È estremamente economico, affidabile e incredibilmente flessibile: se si vuole avviare un computer, va bene, se si vuole avviare un migliaio di computer, si può fare. È stato migliore di tutto ciò che lo ha preceduto e questo nuovo tipo di servizio ha guidato il consolidamento del settore fino a quello che vediamo oggi", con Google e Microsoft come altri due attori principali. "È passato da un mercato incredibilmente frammentato a un consolidamento quasi totale nell'arco di poco più di un decennio".
"Credo che col tempo accadrà la stessa cosa anche per il settore manifatturiero", ha aggiunto Saville. Ritiene che il processo sarà probabilmente più lento per l'industria manifatturiera, ma che alla fine il settore si consoliderà, grazie alla tecnologia. "La tecnologia è un grande elemento di differenziazione in questo genere di cose. Arriva un momento in cui si possono sviluppare alcune tecnologie sufficientemente dirompenti ma anche abbastanza costose da permettere a pochi attori chiave di dominare il campo", ha spiegato.
Un altro paragone è quello con i siti di prenotazione alberghiera basati sul web che hanno minato il potere di determinazione dei prezzi dei singoli hotel. Al contrario, "nel settore manifatturiero, poiché la qualità e l'affidabilità delle consegne e i prezzi sono così incredibilmente incoerenti da fornitore a fornitore, non è facile adottare un approccio di mercato; infatti, se si ordina lo stesso pezzo da dieci fabbriche, si otterranno dieci pezzi diversi, livelli di servizio e prezzi diversi", ha osservato. "Con lo stato attuale delle cose, un mercato è molto difficile", ha aggiunto.
"Ora, se tutte le macchine fossero automatiche e funzionassero in modo uniforme, indipendentemente dalla fabbrica scelta, allora ci troveremmo in uno scenario perfetto per avere un mercato che ha tutto il potere dei prezzi. L'intero settore diventerebbe mercificato e molto più competitivo, ma non credo che questo possa accadere senza una tecnologia come quella che stiamo costruendo", ha sottolineato.
ANCHE PIÙ ECONOMICO
In genere CloudNC punta a essere più economico del 10-25% rispetto ai suoi concorrenti, a parità di livello di qualità e servizio.
"Quindi, non puntiamo a essere il 25% più economici di 'Fred in un capannone' che fa rondelle con il suo tornio vecchio di 50 anni, ma puntiamo a essere il 25% più economici di un'officina meccanica ragionevolmente avanzata che lavora per il settore aerospaziale, o per l'industria petrolifera e del gas o per il settore medico", ha detto Saville.
Osservando che esistono diversi livelli di mercato, ha affermato che in ultima analisi, con il miglioramento della tecnologia dell'azienda, CloudNC sarà in grado di essere più economico del 25% rispetto a "Fred in the shed", ma ha spiegato che al momento l'azienda si concentra molto sulla qualità di livello aerospaziale fornita in modo estremamente affidabile a un prezzo inferiore alla concorrenza.
CloudNC preferisce ordini per la produzione di lotti medio-grandi di componenti. I suoi clienti operano nei settori aerospaziale, automobilistico, della difesa, petrolifero e del gas e altri ancora, ma, ha detto, "il nostro punto di forza non è tanto in [un particolare] settore, quanto la dimensione del cliente. Se il cliente ha un fatturato compreso tra 10 e 100 milioni di sterline ed esternalizza la lavorazione CNC, è per definizione il nostro cliente ideale".
PROGREDIRE RAPIDAMENTE
Attualmente CloudNC è ancora nella fase di investimento del suo sviluppo, "e lo sarà per anni", ha dichiarato Saville. "Ogni 18 mesi circa, quando facciamo un salto di qualità in termini di azienda, coinvolgiamo nuovi finanziatori".
CloudNC ha già completato con successo diversi round di raccolta fondi e raccoglierà altri capitali nel 2020. La capitalizzazione dell'azienda era di circa 20 milioni di sterline al momento della visita di Metal Market Magazinealla fine del 2019 e Saville prevede che presto si avvicinerà a 50 milioni di sterline.
Pur riconoscendo che altri hanno esaminato il concetto di utilizzo dell'intelligenza artificiale nella lavorazione, Saville ha affermato che "per quanto possiamo vedere, escludendo qualsiasi start-up in modalità stealth, sembriamo essere stati gli unici al mondo ad aver fatto progressi su questa tecnologia".
"Si tratta di un problema incredibilmente impegnativo dal punto di vista tecnologico: non è qualcosa che si può risolvere con un esercito di ingegneri del software semplicemente gettandoli sul problema e dicendo loro 'risolvetelo'". Ha detto che il progresso ha richiesto un grande lavoro di ricerca e sviluppo e di informatica per spingere i confini di ciò che i computer sono in grado di fare, al fine di ottenere risultati su questo problema.
"Per i primi tre anni e otto mesi di vita dell'azienda non potevamo realisticamente realizzare nulla a livello commerciale con il nostro software. Solo di recente, negli ultimi mesi, siamo stati in grado di iniziare a estrarre valore da questo software", ha dichiarato Saville nel novembre dello scorso anno.
"Abbiamo iniziato in questa fabbrica prima che il software funzionasse davvero. Sapevamo che ci sarebbe voluto un po' di tempo per capire come costruire contemporaneamente un'azienda di produzione e un'azienda di ingegneria del software e poi, quando entrambe fossero state pronte, avremmo potuto iniziare a fonderle insieme, e quel punto di inflessione è stato raggiunto qualche mese fa".
Saville ha affermato che nella fascia alta del mercato delle macchine utensili, le prestazioni delle macchine dei diversi costruttori sono relativamente vicine. "Le prestazioni sono estremamente buone. Sono relativamente commoditizzate", ha affermato.
Ma se dal punto di vista dell'hardware sono tutti validi, l'ingegnere vede un ampio margine di miglioramento nella semplificazione della facilità d'uso attraverso un software migliore. "In definitiva, quello che vogliamo produrre qui è il progetto della fabbrica perfetta. Basta affittare spazi vuoti, riempirli con le macchine e il nostro sistema, e poi il gioco è fatto, si guadagna ed è scalabile. Non serve molto per espandersi a una velocità incredibile".
CloudNC ha raddoppiato le sue dimensioni nel corso del 2019, raggiungendo gli 80 dipendenti. "In definitiva, questa azienda non è nulla senza le sue persone, quindi abbiamo costruito un motore di reclutamento che porta le persone migliori del mondo e le mantiene felici, le fa crescere e le fa concentrare sulle cose giuste da trattenere, perché non si può risolvere questo problema se il personale cambia ogni settimana", ha detto Saville.
"A volte penso che sarebbe più facile se fossimo solo un'azienda di ingegneria del software", ha detto sorridendo. "Questa è una delle barriere all'ingresso. Se si vuole risolvere questo problema, bisogna costruire software e possedere e gestire fabbriche: questo di per sé è difficile, ma farlo allo stesso tempo, e allo stesso tempo scalare, è una sfida incredibile".
"Il management è importante: è fondamentale per il successo di un'azienda", ha sottolineato. "Credo che a volte le persone guardino alla tecnologia e pensino che la tecnologia le salverà, ma poi l'azienda non è altro che la sua tecnologia. No, se si prende un'azienda tecnologica e si eliminano tutte le persone, la tecnologia diventa inutile", ha aggiunto.
La fabbrica di CloudNC ha due facce: i team di produzione, che fanno funzionare le macchine, generano ricavi e soddisfano i clienti dell'azienda, ma anche il team software e i team di miglioramento continuo.
"Il ciclo di iterazione dei miglioramenti, che è il nostro obiettivo, è incredibilmente veloce", ha detto Saville. "Possiamo arrivare il più rapidamente possibile a un futuro layout di fabbrica perfetto e a sistemi di fabbrica perfetti, e a sostenerli c'è il team del software. Quando non è sufficiente riorganizzare fisicamente il funzionamento di un processo, possiamo integrare il tutto in modo digitale", ha spiegato.
"È un viaggio senza fine, la ricerca della perfezione produttiva, ma credo che a quel punto saremo ben oltre la classe mondiale", ha aggiunto.
Che cosa attrae i clienti di CloudNC? "La possibilità di venire qui e vedere che siamo visibilmente diversi da qualsiasi altra cosa abbiano visto in questo settore li attira davvero, insieme al prezzo. L'immagine e il prezzo li attirano, e poi la qualità e l'affidabilità li trattengono qui", ha risposto Saville.
Ha aggiunto che molte persone del settore credevano già nell'approccio adottato da CloudNC prima ancora che l'azienda esistesse: "Dovrebbe essere automatico, dovrebbe essere più veloce, dovrebbe essere migliore, dovrebbe essere più economico" e si sono chiesti: "Perché il settore non è così?". "Siamo molto impazienti. È questo che ci spinge", ha concluso.
MIGLIORAMENTI DELLA CATENA DI APPROVVIGIONAMENTO DEI METALLI
CloudNC lavora leghe standard di alluminio e acciaio e, occasionalmente, titanio. "Con il tempo ci dedicheremo alle superleghe di grado aerospaziale a base di nichel", ha dichiarato Saville, sottolineando che l'azienda ha lavorato anche rame e ottone. "In definitiva, si tratta di capire cosa vogliono i nostri clienti".
L'azienda vuole fare affari con la sua catena di approvvigionamento a monte nello stesso modo in cui CloudNC vuole fare affari con i suoi clienti: in modo automatizzato e flessibile. "Vogliamo che l'acquisto di metalli sia completamente commodificato, in modo che comprare metallo sia come comprare qualcosa su Amazon. So che verrà fuori. So che il prezzo è molto buono. So anche che la qualità sarà perfetta".
Saville ha detto che queste cose non accadono sempre. "La cosa più importante per noi è la stessa per i nostri clienti, ovvero che il materiale arrivi in tempo e sia corretto".
Secondo l'esperienza di CloudNC, a volte viene consegnato materiale che è stato tagliato in modo tale da rendere molto difficile la lavorazione, oppure non è della dimensione ordinata. "Ci sono buoni fornitori, ma inevitabilmente hanno tempi di consegna più lunghi perché sono quelli che fanno le cose per bene", ha detto Saville.
"Ci arriveremo come industria, ma è un peccato che non ci siano ancora. Per noi è più difficile mantenere le promesse che facciamo ai nostri clienti se non riusciamo a procurarci il materiale in tempo. Vorrei essere in grado di ottenere qualsiasi materiale entro 24 ore e nelle giuste dimensioni richieste".
CloudNC esegue anche una certa quantità di lavorazione del materiale dei clienti. "Se si inizia a lavorare con le aziende aerospaziali e automobilistiche di fascia alta, è sempre più probabile che vi forniscano il materiale [da lavorare] perché non vogliono sorprese", ha aggiunto Saville.
Anche la qualità del materiale può essere scarsa. "Per esempio, abbiamo avuto esperienza di billette con un'immensa porosità al loro interno: si inizia a lavorarle e si apre un buco enorme!", ha ricordato Saville.
Ha osservato che, per l'intero settore, il 5% del fatturato di un'officina tipica è destinato al costo degli scarti. "Se un pezzo esce dalla tolleranza, si potrebbero produrre 100 unità di scarto prima di rendersi conto di ciò che sta accadendo, se non si dispone dei sensori giusti per controllarlo".
Ha aggiunto che, poiché il software non commette errori, non crea componenti di scarto. "Più del 99% delle volte, un componente scartato è dovuto a un errore umano. Una macchina rotta è dovuta a un errore umano. Le macchine non sbagliano molto spesso. Se un utensile da taglio implode, probabilmente si tratta di un errore umano: è molto raro che ci sia un difetto in quell'utensile. Tutto dipende dalle persone e dalle loro decisioni", ha concluso Saville.
CloudNC è stato pubblicato sulla rivista Metal Market Magazine - febbraio 2020.
