Technologie RFID zajišťuje transparentnost logistiky CNC nástrojů

Ve výrobním prostředí, kde záleží na každém mikrometru a kde jsou nástroje složitými, vysoce přesnými sestavami, je transparentnost při správě nástrojů klíčem k produktivitě a efektivitě. Příkladem toho je společnost CERATIZIT, jedna z předních firem v oblasti řezacích a frézovacích nástrojů pro CNC stroje a obráběcí centra. Společnost CERATIZIT vyrábí nástroje pro vysoce přesné obráběcí procesy, včetně nástrojů pro jemné vyvrtávání s přesností na úrovni mikrometrů, modulárních sestav vrtacích nástrojů s až deseti jednotlivými komponenty a elektronických os U pro obrábění složitých profilů a náročných kontur. O společnosti

Více než 700 tříkomponentních forem, několik tisíc jednotlivých dílů

Společnost CERATIZIT využívá k výrobě svých řezných nástrojů vlastní CNC a obráběcí stroje ve svém podnikovém strojním parku. Rostoucí počet a technická složitost těchto nástrojů představovaly pro plánování výroby stále větší výzvy. V rámci vlastní výroby společnosti CERATIZIT vzrostl počet používaných variant nástrojů na více než 700.

Typický nástroj se skládá ze tří hlavních součástí: duté kuželové stopky pro upnutí do stroje, stopky pro termické upevnění, ke které se připojuje špička nástroje, a samotné špičky, kterou obvykle tvoří přesný broušený řezací nástroj. Řezací nástroj se do stopky pro termické upevnění nasazuje pomocí zahřátí. Za přibližně 700 variantami se skrývá podstatně více konkrétních příkladů nástrojů: Celkově každý závod spravuje mezi 6 000 a 8 000 nástrojů, které se skládají z více než 20 000 jednotlivých komponentů, které se v závislosti na použití kombinují do jednotlivých, na míru přizpůsobených kompletních nástrojů. Mnohé z těchto nástrojů mají identickou konstrukci, liší se však svými geometrickými údaji, zejména délkou. Je to způsobeno procesy smršťování a tepelným upínáním řezacích nástrojů. Tyto rozdíly jsou z technického hlediska nevyhnutelné, ale pro výrobu velmi důležité, protože CNC stroje se právě na tyto údaje spoléhají. Jednoznačná identifikace každého jednotlivého nástroje je proto předpokladem pro vysokou spolehlivost procesu a reprodukovatelnou kvalitu. Cílem proto bylo zvýšit transparentnost správy nástrojů a digitalizovat ji od začátku do konce, aby bylo možné spolehlivě sledovat stav zásob a životnost nástrojů.

Souvislosti: Složitá výroba, rostoucí požadavky

V praxi to vede k značné složitosti: je třeba spravovat tisíce komponentů – jako jsou držáky nástrojů, řezné nástroje, kuželové adaptéry a nosiče chladicí kapaliny. Zároveň existuje řada předem nakonfigurovaných kompletních nástrojů, které se i přes stejnou konstrukci liší délkou v důsledku smrštění a opotřebení. Požadavky na nastavení a kalibraci jsou proto velmi vysoké. Každý nástroj vyžaduje jedinečný identifikátor, aby bylo zajištěno spolehlivé fungování strojů. Stávající metody se stále více dostávaly na hranici svých možností. Vyryté značky byly pro stroje téměř nečitelné, samolepící štítky se v podmínkách výroby odlepovaly a optické kódy byly citlivé na znečištění. Přenos geometrických dat do řídicích systémů strojů byl rovněž náchylný k chybám.

Hledá se: Identifikace ekonomických nástrojů pomocí technologie RFID s velkým rozsahem čtení

S ohledem na to společnost CERATIZIT restrukturalizovala celý pr?tok nástrojů – od montáže přes přednastavení a skladování v centrálním skladu až po použití ve strojích. Cílem byla komplexní digitalizace s jedinečnou identifikací každého nástroje, automatickým přenosem geometrických dat a úplnou transparentností napříč všemi jednotkami. Základem je spolehlivá identifikace pomocí RFID, která sleduje zásoby a procesy až na úroveň jednotlivých nástrojů a komponentů. Systém RFID byl nejprve zaveden v jednom závodě a slouží jako škálovatelné řešení pro další aplikace v rámci skupiny CERATIZIT.

Projekt realizoval tým pod vedením Jochena Hirschmüllera, který má na starosti technologie výroby. Cílem bylo najít systém RFID s čipy, které by bylo možné integrovat do standardizovaného výřezu v držáku nástroje a které by zároveň nabízely co největší dosah čtení. Současně mělo být do systému správy nástrojů WinTool přenášeno jedinečné identifikační číslo.

Dlouhý dosah čtení systému RFID společnosti Turck jako rozhodující faktor

Čtecí dosahy tří až čtyř milimetrů, které se v praxi běžně používají, by vyžadovaly složité mechanické konstrukce pro přesné umístění nástrojů. Z tohoto důvodu Hirschmüller výslovně hledal systém s větším čtecím dosahem. Mnoho zavedených řešení RFID navíc nesplňovalo ekonomické požadavky, protože náklady na jeden RFID štítek byly výrazně vyšší, než stanovovaly cílové specifikace.

Po porovnání různých přístupů – od využití vlastních transpondérů až po řešení od různých dodavatelů – se společnost CERATIZIT rozhodla pro RFID systém firmy Turck. Kromě integrace s WinTool byl rozhodujícím faktorem zejména velký rozsah čtení 15 až 20 milimetrů, který je spolehlivě dosažitelný i v kovovém prostředí. Větší vzdálenost výrazně zjednodušuje manipulaci: čtecí hlavy je třeba umisťovat s menší přesností, nástroje nevyžadují žádné dodatečné upínací ani vyrovnávací mechanismy a čtecí stanice se snadněji instalují a vyžadují minimální údržbu. „Právě díky většímu rozsahu čtení byl tento projekt vůbec možný,“ vysvětluje Hirschmüller. „Čtecí stanice jsme mohli navrhnout tak, aby se perfektně hodily do našeho výrobního prostředí.“

Aby bylo zajištěno bezproblémové fungování systému RFID se systémem správy nástrojů WinTool, bylo rozšířeno rozhraní RFID rozhraní TBEN-S společnosti TURCK. Tým aplikační podpory poskytl odpovídající knihovnu DLL pro Windows, která zajišťuje propojení mezi rozhraním RFID a PC s operačním systémem Windows. Prostřednictvím tohoto rozhraní lze jednotlivé nástroje jednoznačně identifikovat, importovat měřicí data z přednastavovacího zařízení, automaticky přenášet geometrická data do systému ?ízení stroje a digitálně zaznamenávat pohyby zásob. Konkrétní implementace rozhraní a jeho nasazení ve výrobě proběhly ve spolupráci se softwarovým vývojářem specializujícím se na WinTool.

Kompletní digitální životní cyklus nástrojů ve výrobě

V praxi začíná životní cyklus digitálního nástroje již ve fázi montáže. Jednotlivé komponenty – jako jsou držák, smršťovací adaptér a řezací nástroj – se spojují do samostatných, kompletních nástrojů, přičemž každá komponenta je označena čárovým kódem buď předtím, než je použita v nástroji, nebo až poté. Po montáži je každý nástroj uložen jako jedinečná položka v automatizovaných skladových systémech. Jakmile jsou komponenty smontovány do nástroje, jsou jednoznačně identifikovány pomocí technologie RFID. Za tímto účelem zaměstnanec vloží hotový nástroj do plastového držáku, který obsahuje čtecí a zapisovací hlavu Turck Q14. Společnost CERATIZIT si příslušné držáky vyrobila sama pomocí 3D tisku.

Před skladováním zajišťuje identifikace pomocí RFID, že každý nástroj je správně zaznamenán, lokalizován a přiřazen k jeho individuálním geometrickým údajům. Pro výrobu se nástroje vybírají ze skladu podle jednotlivých zakázek a vkládají se do příslušných CNC strojů. Před vložením do magazínu obráběcího centra je nástroj znovu identifikován pomocí držáku na stroji, který nástroj jednoznačně přiřadí ke konkrétnímu slotu v magazínu. Další identifikace pak probíhá v rámci logiky stroje bez použití RFID. Přenos přesných údajů o délce, stejně jako zpětná vazba o použití, vrácení do skladu a životnosti, je plně integrován prostřednictvím systému WinTool.

Závěr: Komplexní digitalizace díky technologii RFID, integraci softwaru a podpoře aplikací

Díky systému RFID od společnosti Turck zavedla firma CERATIZIT plně digitální systém správy nástrojů, který sleduje každý nástroj samostatně. Dlouhý rozsah čtení technologie HF RFID od společnosti TURCK zajišťuje spolehlivou identifikaci i v prostředích s kovovými překážkami a poskytuje větší flexibilitu při návrhu výrobních prostor. Klíčem k úspěchu je souhra mezi technologií RFID, integrací softwaru a podporou aplikací. Rozhraní pro Windows od společnosti TURCK propojuje RFID rozhraní přímo s aplikací WinTool a zajišťuje bezpečný, automatizovaný pr?tok dat. V úzké spolupráci se společností CERATIZIT a integračním partnerem bylo vyvinuto praktické, škálovatelné a ekonomické řešení. Výsledkem je maximální transparentnost, vyšší spolehlivost procesů a škálovatelná architektura pro další pobočky.

Klient | www.ceratizit.com