Innovative KI-Software erleichtert die Zustandsüberwachung von CNC-Werkzeugmaschinen

Neuronales Netzwerk erlernt optimales Maschinenverhalten

Leistungsstarke Überwachungs-, Fehlervorhersage- und Diagnosefunktionen helfen, Produktionsstandards aufrechtzuerhalten und Maschinenstillstandszeiten zu minimieren

26. Januar 2021 - NUM hat eine innovative Software mit künstlicher Intelligenz auf den Markt gebracht, die Anwendern von CNC-Werkzeugmaschinen eine äußerst kosteneffiziente Zustandsüberwachung ermöglicht.

Das NUMai-Softwarepaket ist mit allen Flexium+-CNC-Systemen der neuesten Generation von NUM kompatibel und stellt eine komplette, voll integrierte Lösung für CNC-Werkzeugmaschinen dar - sie benötigt keine zusätzlichen Sensoren und läuft auf demselben Industrie-PC wie das HMI (Human-Machine-Interface) des CNC-Systems.

Die NUMai-Software kann eingesetzt werden, sobald eine Werkzeugmaschine in Betrieb genommen wurde und für die Produktion bereit ist, oder auf einer Maschine, die bereits für Produktionszwecke eingesetzt wird. Die Software erfasst, während die Maschine für normale Produktionsaufgaben eingesetzt wird, zunächst alle relevanten Betriebsdaten über einen Zeitraum von typischerweise mehreren Stunden. Idealerweise wird eine Vielzahl von Teileprogrammen mit unterschiedlichen Bearbeitungsbedingungen gefertigt, um eine möglichst umfassende und zuverlässige Datenbasis zu erhalten.

Mit den gesammelten Daten wird ein neuronales Netz angelernt, so dass Abweichungen vom "guten" Maschinenverhalten und «guter» Leistung erkannt und vorhergesagt werden können; ein dazu geeignetes PC-Programm für die Online-Leistungsüberwachung und Diagnose wird automatisch generiert.

Während der Entwicklung der Software hat NUM die Technologie an einer CNC-Fräsmaschine mit drei Achsen und einer Spindel getestet, für die ein neuronales Netz aus 36 Neuronen mit drei «hidden Layers» erforderlich war. In diesem speziellen Fall mussten die Werte von 396 Parametern genau gemessen werden; dies erforderte die Erfassung von mehr als 2 Millionen "bekanntermassen guter" Datenpunkte und 300 Iterationen in der Lernphase, was etwa vier Stunden pro Achse dauerte.

Die NUMai-Zustandsüberwachungssoftware macht sich die inhärente Flexibilität der Flexium+ CNC-Plattform der neuesten Generation von NUM zunutze. Standardmäßig enthält jedes Flexium+ CNC-System einen PC, der Daten von den Messpunkten der Servoantriebe verarbeiten kann, eine SPS, die direkten Zugriff auf die Maschinenparameter hat, und eine NCK-Oszilloskop-Funktion, die Werte in Echtzeit auslesen kann. Die gesamte Systemkommunikation wird vom FXServer über ein schnelles Echtzeit-Ethernet-Netzwerk (RTE) abgewickelt.

Während des täglichen Einsatzes in der Produktionsumgebung läuft die NUMai-Software im Hintergrund auf dem Industrie-PC, welcher Teil des CNC-Systems der Werkzeugmaschine ist, und überwacht und bewertet kontinuierlich die Leistung der Maschine. Jede Diskrepanz oder Abweichung über benutzerdefinierte Schwellenwerte hinaus wird an die SPS gemeldet, die dann entscheidet, welche Massnahmen ergriffen werden sollen - von einer einfachen Hinweismeldung bis hin zu einer Notabschaltung.

Die neue NUMai-Zustandsüberwachungssoftware-Option kann auf jedem Flexium+ CNC-System installiert und verwendet werden, auf dem die Flexium-Softwareversion 4.1.10.10 von NUM oder höher läuft.

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