Kiedy Theo Saville i ja założyliśmy CloudNC w 2015 roku, mieliśmy jedną wspólną ambicję: sprawić, by produkcja czegokolwiek stała się autonomicznym procesem opartym na jednym kliknięciu.

Osiem lat później nadal pracujemy nad osiągnięciem tego celu! Jednak obecnie jesteśmy bliscy wprowadzenia na rynek naszego pierwszego oprogramowania CAM , które zautomatyzuje większość procesu programowania maszyn CNC do precyzyjnej produkcji komponentów.

Będzie to znacząca zmiana w sposobie funkcjonowania produkcji na całym świecie. Słoń w pokoju: dlaczego zajęło nam to tak dużo czasu?

Prosta odpowiedź: to bardzo złożony problem! Oto dlaczego.

Sam problem

Przyjrzyjmy się najpierw temu, co staramy się ulepszyć: globalnej produkcji.

Mówiąc dokładniej, prawie wszystko, co jest obecnie produkowane na świecie, opiera się w pewnym stopniu na wysokiej jakości, precyzyjnie wykonanych komponentach - a my możemy wykorzystać technologię, aby usprawnić proces ich wytwarzania.

Komponenty te są wytwarzane na frezarkach (takich jak maszyny CNC) i są wykorzystywane w produktach, których używamy i konsumujemy - od zegarków, przez laptopy i telefony, po samochody, turbiny i samoloty - lub w formach, które są wykorzystywane do tworzenia aparatury do innych procesów przemysłowych, takich jak tworzywa sztuczne i opakowania.

‍

Są więc wszędzie: co roku produkuje się komponenty o wartości blisko 1 biliona dolarów. Jednak ich produkcja nie jest tak prosta, jak użycie drukarki 3D. Maszyny muszą otrzymać instrukcje dotyczące sposobu wykonania każdej części za pomocą procesu zwanego komputerowym wspomaganiem produkcji (CAM). W tym celu potrzebny jest wykwalifikowany pracownik, który zaprogramuje maszynę.

Zaangażowanie czynnika ludzkiego powoduje zmienność. Programowanie maszyn CNC wymaga szkolenia i specjalistycznej wiedzy, a nie ma zbyt wielu osób, które potrafią to robić (a luka w umiejętnościach rośnie wraz ze wzrostem popytu na komponenty i liczbą osób wchodzących do branży w tyle za liczbą osób odchodzących na emeryturę).

Jest jeszcze mniej ekspertów, a poziom umiejętności ma znaczenie. Istnieje nieskończona liczba potencjalnych sposobów na stworzenie dowolnego komponentu, a nowy programista jest znacznie bardziej skłonny do bycia mniej wydajnym i bardziej marnotrawnym niż bardzo utalentowany.

Naszym celem jest maksymalna automatyzacja tego procesu, aby pomóc mniej doświadczonym użytkownikom w tworzeniu programów tak szybko i optymalnie, jak najlepsi CAM – zmieniając proces produkcji dla wszystkich.

Wyzwanie 1: Nieskończoność

Jednak słowo "nieskończony": to właśnie w nim tkwi większość problemu. Jeśli pomyślimy o procesie programowania sposobu produkcji pojedynczego komponentu, potencjalna przestrzeń rozwiązań jest bardzo duża.

To nie jest jak druk 3D, w którym masz jedno narzędzie i możesz opracować najlepszy sposób pracy warstwa po warstwie - w przypadku maszyny CNC istnieje wiele narzędzi (o różnych rozmiarach i typach), które mogą być używane do osiągnięcia określonych rezultatów, a wszystkie z nich mogą być stosowane pod różnymi kątami, głębokościami lub prędkościami oraz w dowolnej kolejności.

Tak więc liczba rozwiązań jest w efekcie wykładniczo duża, co stwarza ogromne problemy z obliczeniowego punktu widzenia. Mówiąc prościej, rozważenie ich wszystkich w celu ustalenia najlepszej ścieżki naprzód wymaga od komputera pomnożenia prawie nieskończoności przez prawie nieskończoność, wiele razy (złożoność kombinatoryczna!) - co zajmuje o wiele za dużo czasu, aby uzyskać wyniki, które mogą być przydatne dla kogokolwiek.

Wyzwanie polega zatem na tym, aby skala problemu była wykonalna. Nie zdradzając zbyt wiele z naszego "sekretnego sosu", jednym z elementów procesu CloudNC jest zmniejszenie skali problemu: na przykład poprzez odrzucenie niemożliwych lub bardzo trudnych ścieżek narzędzi, przy jednoczesnym upewnieniu się, że optymalne rozwiązania zostaną zachowane.

W rezultacie nasze algorytmy są w stanie zlokalizować potencjalnie najlepsze sposoby działania, bez konieczności rozważania wszystkich możliwych rozwiązań, co oznacza, że możemy dostarczać wyniki w ciągu kilku sekund, a nie lat.

Wyzwanie 2: Fizyka

OK, więc możemy poradzić sobie z potencjalnie nieskończoną liczbą sposobów tworzenia tych komponentów. Inny problem polega jednak na tym, że jest to złożone środowisko fizyczne, z - dosłownie - wieloma ruchomymi częściami.

Podczas obróbki elementu materiały bardzo się nagrzewają. Rozszerzają się i kurczą. Frezarki muszą odcinać wióry od metalowych bloków, a jeśli wióry są zbyt grube, narzędzie pęka, lub jeśli są zbyt cienkie, powierzchnia metalu rozszczepia się. Narzędzia ulegają uszkodzeniu i zużyciu. Cały zespół wibruje.

Połączenie tych fizycznych ograniczeń z wykładniczą liczbą rozwiązań podnosi poziom trudności rozwiązania wyzwania produkcji precyzyjnej z "trudnego" do "koszmarnego".

Nie wystarczy znaleźć rozwiązanie, które wykorzystuje najszybszą i najbardziej wydajną ścieżkę narzędzia. Zamiast tego, droga naprzód musi również uwzględniać wiele różnych fizycznych aspektów używanych narzędzi i surowców, a jedna błędna kalkulacja może zrujnować setki tysięcy dolarów drogich maszyn.

Na czym więc polega kod? Cóż, znowu chodzi o to, by problem był wykonalny. Realistycznie rzecz biorąc, nie jesteśmy w stanie zrozumieć integracji każdego elementu fizycznego z każdym możliwym sposobem obróbki komponentu. Możemy jednak wygenerować i ocenić najbardziej optymalne i dopasować je do zrozumienia najbardziej powszechnych, regularnie używanych i stosowanych technik oraz upewnić się, że nasze rozwiązania uwzględniają je już dziś.

W rezultacie nasze rozwiązania można już zastosować do większości wyzwań związanych z obróbką CNC, a my cały czas ulepszamy i dopracowujemy sposób ich działania. W rezultacie możemy przyspieszyć proces programowania produkcji stosunkowo złożonego komponentu w maszynie CNC z godzin (lub nawet dni) do sekund.

Optymalna ścieżka

Oczywiście powyższy opis naszych rozwiązań jest mało szczegółowy, czego można się spodziewać po krótkim eseju podsumowującym ponad 8 lat pracy i ponad milion linii kodu (i wciąż rośnie). Nie chcę też zdradzać szczegółów: sposób działania naszych algorytmów jest zastrzeżony dla CloudNC - poświęciliśmy wiele czasu i wysiłku na ich stworzenie!

Ta dyskrecja nie oddaje zatem tego, co musieliśmy zbudować: na przykład złożonych algorytmów przyspieszających i dopracowujących złożone aspekty geometrii obliczeniowej, łączących ze sobą obróbkę różnych kształtów i aspektów oraz generujących wyniki w ramach czasowych, które stanowią wartość dodaną dla użytkowników.

Ponadto, nie podkreśla on wystarczająco ścisłych parametrów, w ramach których działamy. Dosłownie tworzymy rozwiązania w zakresie obróbki skrawaniem, które są wykorzystywane do tworzenia części do myśliwców i elektrowni jądrowych - co oznacza, że muszą być dokładne. Nie ma marginesu błędu.

Dlatego poświęciliśmy dużo czasu na przygotowanie CAM – było wiele problemów do rozwiązania. Nie jesteśmy jeszcze blisko końca tej podróży: nasza wizja wprowadzenia produkcji za pomocą jednego kliknięcia na całym świecie pozostanie jeszcze przez jakiś czas odległa – wciąż zmagamy się z problemem, który dotychczas był nie do rozwiązania!

Dokonujemy jednak ogromnych postępów w tej dziedzinie, a to, co do tej pory udało nam się osiągnąć, stanowi znaczną część całego problemu. Umożliwiamy przyspieszenie programowania maszyn CNC, dzięki czemu możemy tworzyć komponenty szybciej i szybciej, umożliwiając innowacje i pomagając wypełnić lukę w umiejętnościach w produkcji.

To właśnie osiągnęliśmy do tej pory - i nie mogę się doczekać, aby zobaczyć efekty.

(PS: chcesz pomóc nam rozwiązać te problemy? Sprawdź nasze otwarte stanowiska w zakładce Kariera).

‍