Digitaalisesta kaksosesta uusi standardi työstökoneen hankinnassa

Digitaalinen kaksonen, eli virtuaalinen kopio fyysisestä laitteesta, tulee nousemaan yhdeksi 2020-luvun merkittävimmäksi sovellukseksi koneenrakennuksessa etenkin CNC-työstökoneiden osalta. Sen varmistaa kaksosen tarjoama merkittävä taloudellinen hyöty: digikaksosta käyttämällä yritykset välttävät fyysiset vahingot ja korjauskustannukset, jotka aiheutuvat ohjelmointivirheistä ja käyttäjien kokemattomuudesta. Toinen yhtä merkittävä hyöty on yrityksen mahdollisuus sisäänajaa uudet ohjelmat virtuaalisesti, jolloin oikea työstökone saa tehdä sitä mihin se on hankittukin eli laskutettavaa työtä.

Konevalmistajan näkökulmasta digitaalinen kaksonen on 1:1 malli suunnitellusta koneesta, millä voi myös oikeasti ajaa liikkeitä, testata ohjelmoitua koodia ja työstää kappaletta. Pirkanmaalainen Metecno Oy on erikoiskone- ja työstökonevalmistajana tehnyt jo kaksi digitaalista kaksosta valmistamistaan erikoiskoneratkaisuistaan: ensimmäinen näistä, Posivan kapselointilaitokseen tehty, simuloi solua, jossa työstökone ja robotti toimivat yhdessä. Toinen kaksonen on tehty aikanaan Fastemsin kehittämästä TwinMill-erikoistyöstökoneesta, vaakakaraisesta työstökeskuksesta kahdella itsenäisellä karalla, ja se esitellään maaliskuussa 2024 järjestettävillä Konepaja-messuilla. Metecno Oy:n toimitusjohtaja Matti Metsähonkala on kaksosen kapasiteetista hyvin vakuuttunut: “Olemme tehneet digitaalisesta kaksosesta vain hienoja, koneenrakennusalaa läpimurtavia havaintoja, joten olemme innoissamme edelläkävijämme roolista kasvattaa tietoisuutta digikaksosesta.”

Digikaksonen vakuuttaa monipuolisuudellaan

Digitaalinen kaksonen on monipuolinen teknologiasovellus: sitä voi hyödyntää sekä erikoiskonetta suunniteltaessa että valmista konetta käytettäessä. Liikeratojen ja työstösyklien testaus on huomattavasti järkevämpää toteuttaa simuloidusti verrattuna oikealla koneella testaamiseen, jossa mahdolliset ohjelmointivirheet tarkoittavat pahimmillaan työstöterän tai jopa karan kolaria, siten koneen korjausta ja tuotannon pysähtymistä.

Parhaimmillaan digitaalinen kaksonen sisältää myös IO-kytkennät järjestelmän muihin osiin erilaisten simuloitujen antureiden, toimilaitteiden ja logiikoiden muodossa. Tällöin myös toiminta- ja turvalogiikan toiminnallisuus voidaan varmentaa ja esimerkiksi erilaisista vikatilanteista palautumista voidaan harjoitella turvallisesti ja konetta vaarantamatta.

Merkittävä taloudellinen hyöty ostajalle

Digitaalinen kaksonen tarjoaa lukuisia etuja, mutta sen kirkkain hyöty konepajoille on huomattava: se estää ohjelmointivirheiden ja kokemattoman käyttäjän aiheuttamat törmäykset työstökoneella. Kaksonen myös mahdollistaa sisäänajojen siirtämisen digitaaliseen maailmaan, mikä tekee siitä yritysten silmissä kiinnostavan investointikohteen. “Investoinnista ja tuotannosta vastaavat joutuvat pohtimaan, onko järkevämpää maksaa etukäteen digitaalisesta koneesta vai jälkikäteen aina jokaisen kolarin sattuessa eikä kolarien määrälle ole kattoa”, muotoilee Metsähonkala.

Digikaksonen ei ole investointina ostajalle kevyt päätös, mutta Metecnon mukaan se voi maksaa ostohintansa takaisin jo vain yhdellä vältetyllä kolarilla. Koska sovellus ei vaadi huoltoa eikä ylläpitoa, digikaksonen tarjoaa teoriassa helpon ja pitkäaikaisen kolarivakuutuksen CNC-työstökoneelle.

Koneen käyttäjälle digitaalisen kaksosen käyttäminen uusien mittaus- ja työstökiertojen testaamiseen on huomattavasti helpompaa ja turvallisempaa verrattuna fyysisellä koneella harjoitteluun – akseleiden liikkeet ja mittakierrot vastaavat oikeaa konetta. Simulaation ansiosta oikeassa koneessa jää testattavaksi vain sopivien työstöarvojen, kuten karan pyörimisnopeuden ja ratanopeuden sovitus kyseiselle työkalulle ja työstettävälle materiaalille sopivaksi. Digikaksonen tarjoaakin tuotannon esimiehille kätevän työkalun uusien työntekijöiden kouluttamiseen. Kokemattomien koneistajien perehtyminen järeään työstökoneeseen on simuloidussa ympäristössä helppoa ja turvallista.

Koneenrakentajalle myös hyödyllinen

Kuten konepajalle arjen töissä, myös koneenrakentajalle digikaksonen merkitsee työn keventymistä. Työn helpotus näkyy etenkin sekä PLC- että NC-logiikan simuloinnissa: ”Niin sisäiset rajapinnat logiikan, numeriikan ja käyttöliittymän välillä kuin funktiokutsut ja turvalogiikan käyttäytyminen vastaavat oikeaa konetta lähes täydellisesti”, kiittelee digikaksoseen erikoistunut automaatioinsinööri Anssi Peuraus Metecnolta ja jatkaa: ”Digitwinillä ohjelmointityö ja logiikan testaus on mahdollista aloittaa jo silloin, kun konetta ei ole vielä mekaanisesti kasattu valmiiksi. Esimerkiksi työkalunvaihto sisältää huomattavasti rajapintojen välistä kommunikointia ja tarkistuksia, joiden käyttäytymistä olisi vaikea testata ilman oikeaa rautaa tai digitaalista kaksosta.”

Digitaalisen kaksosen toteutus Siemens SINUMERIKilla

Metecno on päättänyt keskittyä toiminnassaan perinteisen saksalaisvalmistaja Siemensin tarjoamaan sovellukseen kaksosesta. Lähes jokainen teollisuuden CNC-ohjausta vaativa tarve voidaan toteuttaa Siemensin SINUMERIK ONE CNC-ohjausjärjestelmällä, on tarpeena sitten jyrsintää, työstöä, hiontaa, robotiikkaa tai jotakin muuta.

Siemensin tarjoama digitaalisen kaksosen ratkaisu CNC-koneille perustuu My­Virtual Machine -ohjelmaan, joka simuloi numeriikkaa. Tämä mahdollistaa muun muassa akseleiden liikkeiden, turvalogiikan, mittakiertojen ja työstön simuloimisen. Digikaksonen antaa eväät simuloida myös suurempaa järjestelmää. Tämän mahdollistamiseksi on otettava käyttöön SIMIT-ohjelma, joka toimii rajapintana muiden ohjelmien välillä. Vastaavasti järjestelmän antureiden signaaleita ja toimilaitteita, kuten sylintereitä, on mahdollista simuloida NX-mallinnusohjelman mekatroniikkaan keskittyvää MCD-lisäosaa hyödyntäen.

Digitaalisen kaksosen käyttämä malli luodaan 3D Builder -työkalulla, johon koneen malli tuodaan osissa. Näiden osien välille luodaan kinemaattinen ketju, joka määrittelee akseleiden väliset liikkeet. Myös aina keskeisen käyttöliittymän visualisointi on mahdollista, mikä mahdollistaa kaksosen helppokäyttöisyyden alusta loppuun asti. “Koneenrakennus on vasta kaksosen hyödyntämisen alussa, mutta teknisestä näkökulmasta voi jo sen nykyistäkin potentiaalia syystä kehua – tällä työskentely on unelmatyötä”, kiteyttää Peuraus.