Simulaatio- ja optimointityökalut tuovat turvaa ja tehostavat työstökoneinvestointia

CNC-työstökeskusten ohjelmointi, työstöjen simu­lointi ja liikkeen mallintaminen vir­tuaalisessa ympäristössä ennen työstöä on kehittynyt viime vuosina merkittävästi. Markkinoille on tullut monipuolisempia ohjelmistoja ja työstöjen simulointiin on tällä hetkellä saatavilla useita eritasoisia ratkaisuja, käyttäjän tarpeista riippuen. Parhaimmillaan toimiva konesimulaatio tuo turvaa ja on tarpeellinen lisä suojaamaan arvokasta koneinvestointia, mm. törmäystarkastelun muodossa. Lisäksi liikkeen simuloinnin kautta voidaan optimoida työstöaikoja sekä menetelmiä ja saada tätä kautta lisää tuotantokapasiteettia, esimerkiksi lyhentyneiden läpimenoaikojen muodossa. Simulaatiosta saadun palautteen pohjalta tehtävällä optimoinnilla voidaan vaikuttaa myös työstökoneen ja työkalujen kuormitukseen. Mihin kaikkeen koneiden simulaatiota tarvitaan ja mihin kaikkeen sitä voidaan hyödyntää? Kannattaako kaikkia työstökoneita simuloida ja mitkä ovat simuloinnin järkevät kustannukset? 

Nämä ovat kysymyksiä, joiden äärellä kannattaa viettää jonkinlainen tovi, kun simuloinnin tarpeita ja tarpeellisuutta omassa tuotannossa mietitään. Tässä kohtaan on myös hyvä vetäistä hihasta CAM-­asiantuntijaa ja ottaa sellainen mukaan keskustelemaan tarpeista ja eri mahdollisuuksista simuloinnissa. 

Mutta miksi sitten käyttää CAM-asiantuntijaa? No siksi, että monissa CAM-ohjelmistoissa on mukana jonkun tasoinen simulointiympäristö, jossa vähintään voidaan simuloida ohjelmiston omaa työtiedostoa. Työstettävän kappaleen ja työkalun liikkeen pystyy näkemään CAM-ohjelmistossa suunnitellulla tavalla. Esimerkiksi Mastercam-ohjelmiston omassa MCAM-työtiedoston simulaatiossa voidaan selkeästi nähdä kappaleen ja työkalun liikkeet ja tarkastella esim. mahdollisia poikkeamia työstöradoissa tai työkalun ja kappaleen törmäyksiä sekä mahdollisia ”läheltä piti” -kohtia. Tässä verifikaatiotason simulaatiossa voidaan helposti nähdä, kuinka CAM-ohjelmointi vastaa suunniteltua liikettä, ennen tiedoston postprosessorointia. 

Tästä ns. verifikaatiotasosta pidemmälle mentäessä simulointi siirtyy usein tukemaan myös työstökeskuksen tuottamaa NC-koodia, jolloin sen simuloinnissa nähdään liike todellisena – niin kuin se käyttäytyy työstökoneella. Tässä NC-koodin simuloinnissa on mahdollista simuloida koneen liikettä tarkemmin ja laajemmin kuin CAM-ohjelmiston työtiedostoon perustuvassa simuloinnissa ja verifikaatiossa. Tällaisessa simulaatiossa voidaan tarkastella paremmin esim. koneen siirtymiä ja vaikkapa työkalun vaihtoja. NC-koodia simuloi­taessa on myös hyvin tyypillistä, että työstökoneen 3D-malli tuodaan simulaatioon laajemmin ja tästä johtuu, että kappaleen sekä koneen liikettä voidaan tarkastella kattavammin kuin pelkästään työkalun liikkeen tasolla. 

Työstökoneen omaa koodia hyödyntävä simuloinnin laajuus voi löytyä osasta CAM-ohjelmistoista, mutta esimerkiksi Mastercam-ohjelmiston kanssa yhteensopiva NC-koodin laajempi simulointiympäristö on tanskalaisen Cimco-ohjelmistotalon kehittämä Cimco-konesimulaatio. Tässä kustannustehokkaassa ja muutaman tuhannen euron hintaisessa simulaatioympäristössä tuodaan työstökeskuksen 3D-malli mukaan simulaatioon. Simulaatioympäristö on tanskalaisvalmisteinen, mutta ohjelmiston tukipalvelut tuotetaan Suomessa laajan, yli kymmenen henkilön Mastercam-asiantuntijajoukon voimin. Cimco-konesimulaatio ja vastaavat NC-koodin simulointiohjelmistot ovat hyvä lisä esimerkiksi kevyempään työstön optimointiin ja laajempaan törmäystarkasteluun. Tämän tyyppiset simulaatio-ohjelmistot tukevat tyypillisimpiä jyrsinkeskuksia ja perussorveja.

Kompleksisemmat työstökeskukset tai keskukset, joissa on useita liikkuvia lisävarusteita, vaativat usein hieman järeämpää simulointiympäristöä, sillä esimerkiksi monitoimikoneiden eli ns. Mill-Turn-koneiden liikkeen simulointi on jo huomattavasti tavallisen 5-akselisen jyrsinkeskuksen simulointia haastavampaa.

Seuraava rappunen simulaatioympäristojen hierarkiassa onkin Mill-Turn-tyyppisten koneiden simulointi. Mastercam-ohjelmistossa näiden koneiden simulointi on mahdollista toteuttaa omassa Mill-Turn-ympäristössä, jossa voidaan sekä ohjelmoida, mutta myös simuloida Mill-Turn-koneita. Näiden koneiden simuloinnissa huomioitavaa on se, että simulointiympäristöt räätälöidään kone- ja ohjelmistovalmistajan toimesta ja tuki- tai simulointiympäristöt eivät kata kaikkia markkinoiden työstökeskusmalleja tai vanhoja konetyyppejä. 

Vielä syvemmälle simulointityökaluihin mentäessä tulevat puhtaan liikkeen simuloinnin rinnalle myös liikkeen ja työstön laajemmat optimointimahdollisuudet, kun aletaan tarkastella kaikkien monipuolisimpia ratkaisuja eri simulointiympäristöissä. Tässä pisteessä alkavat myös erottua selkeämmin eri sisältöisten ratkaisujen kustannukset. Pelkän NC-koodin ja tyypillisten Mill-Turn-koneiden simuloinnissa puhutaan muutaman tuhannen ja parinkymmenentuhannen euron kustannushaarukkaan osuvista ohjelmistokustannuksista simuloinnin toteutuksessa. Kattavammilla optimointi­ominaisuuksilla, tarkemmalla törmäystarkastelulla ja useamman CNC-ohjatun lisävarusteen simulointia toteuttavilla ympäristöillä on monimutkaisuutensa takia usein kaksin- tai kolminkertaiset hankintakustannukset kevyempiin ratkaisuihin nähden. Ne eivät kuitenkaan ole tuuleen heitettyjä euroja, vaan etenkin laajat optimointiominaisuudet tuovat mm. koneaikaan sekä työkalujen ja keskuksen kuormitukseen sellaisia lisätarkastelun kulmia, jotka etenkin suuria sarjakokoja tehtäessä voivat pienentää tuotantokustannuksia merkittävästi ja vapauttaa tuotantokapasiteettia. 

Vaativampien simulaatioympäristöjen yksi johtavista tuotteista, CGTech-yhtiön kehittämä Vericut-ohjelmisto on tiivistänyt yhteistyötä Suomessa, ja ohjelmisto on jatkossa saatavilla myös Mastercam-ohjelmiston edustuksen kautta. Tällä tuotelisäyksellä on simulointituotteiden kattavuutta kasvatettu Mastercam-ohjelmiston ympärillä, ja simulointiratkaisut kattavat laajasti kaikki vaatimustasot – aina kevyestä MCAM-työtiedoston simuloinnista kevyeen NC-koodin simulointiin Cimco-simulaation muodossa, Mill-Turn-koneiden ohjelmointiin ja optimointiin omassa Mastercam-ympäristössä ja tästä eteenpäin tarkkaan ja paljon laskentaa vaativaan simuloinnin ja optimoinnin yhdistämiseen Vericut-simulaatiotuotteen muodossa. 

Vaihtoehtoja markkinoilla on siis kattavasti ja oman toiminnan vaatimukset ovat tärkein mittari, kun arvioidaan simuloinnin tarpeellisuutta tai laajuutta. Kaiken liikkeen simulointi ei myöskään ole autuaaksi tekevä ja simuloinnin tuoma liikkeen visualisointi ei ole välttämättömyys, jos työstöt ovat vakioituneet ja liikkeet sellaisia, että törmäyksen mahdollisuudet ovat hallittavissa tai siihen liittyvät riskit ovat muutoin havaittavissa. Myöskään simulaation toteutustasoja ei tarvitse turhaan arastella. CAM-ohjelmistot sisältävät valmiiksi eri tasoisia simulointimahdollisuuksia, mutta tähän käyttöön hankitun erillisen ohjelmiston rajapintoja ei tarvitse suotta vieroksua. Erilliset simulaatio- ja optimointiohjelmistot tukevat useita eri CAM-ohjelmistoja ja valtaosaan tuotteista löytyy valmiit rajapinnat ohjelmistojen välillä. Erilliset simulointiohjelmat ovat myös tuohon toimintaan täysin räätälöityjä ohjelmistoja, jolloin niiden laskentateho ja ominaisuudet ovat usein CAM-ohjelmistoon integroitua optimointia ja simulaatiota huomattavasti paremmat.

Simulaatiohankinnan kannalta huomioitavaa on myös, että laajemmin koneen liikettä tarkasteltaessa tarvitaan myös työstökoneen 3D-malli simulaatioympäristön luontia varten. 3D-konemallit löytyvät koneiden valmistajilta ja joihinkin konemalleihin on saatavilla valmistajan 3D-mallit avoimesta lähteestä, mutta pääosin ne ovat konevalmistajan omistusoikeuteen kuuluvia tuotteita ja useimmiten koneiden 3D-mallit eivät ole julkisia, vaan ne luovutetaan koneenomistajille erikseen. 3D-mallit onkin hyvä pyytää valmistajalta tai myyjältä esim. konekaupan yhteydessä. Toki, jos koneiden 3D-mallit ovat niin tiukassa tai olemattomissa, ettei niitä saa mistään, on kone toki mahdollista myös mallintaa 3D-muotoon, mutta tämä on aina lisätyötä. 

Simulaatiota mietittäessä kartoita siis omat tarpeesi, käy ratkaisuja läpi ohjelmointialan ammattilaisten kanssa ja käyttöönota itsellesi soveltuvin simulaatiovaihtoehto. Mastercam-ohjelmiston ja siihen liittyvien simulaatioratkaisujen osalta sinua palvelevat Mastercam-ohjelmiston maahantuoja Zenex Computing Oy, sekä valtuutetut ­Mastercam-jälleenmyyjät Camcut Oy, Camtek Oy ja Camaster Oy. Simulaatiot ja ohjelmistot ovat saatavilla myös Virosta VMK Tarkvara OÜ:n kautta.