Témata
Zdroj: TOS Varnsdorf

Výzkum pro praxi:
Nadstavbová prostředí CNC
a datová komunikace

Spolupráce s praxí je jedním ze strategických cílů aktivit Ústavu výrobních strojů a zařízení a Výzkumného centra RCMT při FS ČVUT v Praze. Vizi 2030 Fakulty strojní naplňuje RCMT podporou konkurenceschopnosti tuzemských firem. Podněty z praxe jsou motivací výzkumu, jehož výsledky jsou uplatňovány v produktech a službách firem i v modernizaci oborové výuky. Postupně představujeme několik klíčových projektů, které byly ve spolupráci RCMT a konkrétních průmyslových firem v praxi v nedávné době řešeny. Dnes se zaměříme na nadstavbová prostředí CNC a datovou komunikaci.

Tento článek je součástí seriálu:
Výzkum pro praxi
Díly
Reklama

Řídicí systémy a jejich aplikace patří vedle kvalitní mechanické konstrukce mezi hlavní stavební kameny moderních výrobních strojů. V poslední době nejsou řídicí systémy využívány pouze k řízení pohybu strojů ve smyslu odbavení NC programu, ale také pro implementaci dalších funkcionalit a pro komunikaci s dalšími systémy. Výrobní stroje se čím dál více propojují s IT infrastrukturou a získaná data se začínají efektivně využívat pro optimalizaci provozu. Tím může být dosaženo značného zvýšení efektivity provozu i šetrnosti v hospodaření s energiemi. Dalším aspektem je zvyšování nároků na jakost výroby vedoucí ke složitým technologiím, což je v kontrastu s nedostatkem kvalifikovaných pracovníků. Moderní řídicí systémy tak mají mimo jiné za úkol zjednodušit obsluhu strojů, avšak při splnění vysokých nároků na cílový výrobek. Toho může být dosaženo pouze tak, že součástí řídicích systémů budou aplikace napomáhající operátorům ve složité výrobě, popř. nahrazující některé vybrané zkušenosti operátorů. Hlavním trendem je předat operátorovi jasnou informaci, a tím umožnit ovládání stroje i obsluhou s menšími zkušenostmi. Výše uvedené cíle se postupně snaží naplňovat strategie tvorby nadstavbových systémů umožňujících do stroje implementovat další aplikace a komunikační nástroje.

TOScontrol

V oblasti frézovacích strojů vyvinulo RCMT společně se společností TOS Varnsdorf nadstavbový systém TOScontrol, který od roku 2020 obsahuje každý jejich vyrobený stroj. Jedná se o jednotné uživatelské rozhraní, které se zobrazí po spuštění stroje nezávisle na výrobci řídicího systému. Nadstavbové prostředí je tvořeno celou paletou aplikací, které jsou vytvořeny v programovacím jazyce C#/C++ a využívají jednotného komunikačního rozhraní. Tato infrastruktura umožňuje snadné rozšiřování systému o další aplikace, ale také rozšiřování o další řídicí systémy. V současné době je systém TOScontrol propojen s řídicími systémy Siemens Sinumerik 840D sl a Heidenhain TNC640 a probíhá vývoj integrace se systémy Fanuc a Siemens Sinumerik One.

Mezi základní aplikace patří Status obrazovka stroje, rozhraní řídicího systému (CNC), Dokumenty a Kalendář. Součástí základní verze je také správa uživatelů a OPC-UA rozhraní pro komunikaci s nadřazenými systémy. Další aplikace přinášejí kromě podrobnějších informací o provozu stroje také možnost rozšíření o zcela nové funkce založené na integraci dalších HW a SW. Jedná se např. o aplikaci Inprocesní měření (CMM), která integruje do obráběcího stroje funkcionalitu souřadnicového měřicího stroje a přímou implementaci naměřených dat jako korekce v navazujícím obrábění. Velkou výhodou je odstranění mezioperačního přesunu dílce mezi výrobním strojem a souřadnicovým měřicím strojem. Pro eliminaci chyby stroje při měření je možné do systému zapojit přídavné odměřování, např. laser tracker.

Titulní obrazovka TOScontrol. (Zdroj: TOS Varnsdorf)

Mezi další integrované aplikace patří správa zakázek. Jedná se o propojení výrobního stroje s ERP systémem, kdy je přímo v aplikaci zobrazen plán práce pro přihlášeného operátora na daném stroji. Kromě základních informací má operátor přehledně k dispozici i výrobní postup a všechny relevantní dokumenty, včetně NC programů. Díky online propojení s ERP systémem jsou dokončené kusy automaticky odhlašovány, a nedochází tak k chybám v manuálním odhlašování. Toto řešení značně přispívá k přehlednosti výroby a eliminuje potřebu papírových dokumentů ve výrobě.

Aplikace systému Inprocesní měření a implementovaný metrologický software TouchDMIS. (Zdroj: TOS Varnsdorf)

V oblasti diagnostiky klíčových částí stroje nabízí aplikace Údržba sledování vibrací vřetene a přesnosti jeho chodu. Z vývoje parametrů vibrací a přesnosti chodu vřetene v rámci servisních cyklů se usuzuje o zbytkové životnosti vřetene, a to nejen pomocí přímých diagnostických metod, ale také za využití nástrojů strojového učení. Dále jsou do TOScontrol postupně integrovány aplikace jako technologická kalkulačka pro návrh vhodných technologických podmínek, pokročilé teplotní kompenzace nebo systém pro správu servisu.

TOS-MM

V oblasti brousicích strojů vyvíjí RCMT ve spolupráci s partnerem Slovácké strojírny, závodem TOS Čelákovice nadstavbový systém s názvem TOS Machine Manager. Hlavním cílem systému je zvýšení přehlednosti obsluhy brousicího stroje a integrace dalších aplikací, které usnadní operátorovi nastavení a řízení procesu broušení. Systém je rozdělen do pěti hlavních částí – Provoz stroje, Systém a příslušenství, Diagnostika, Technologie a Návody a nastavení. Celý systém je postaven na technologii Siemens Simatic WinCC. Na rozdíl od systému pro frézovací stroje je tak TOS-MM určen především pro řídicí systémy Siemens Sinumerik. Ve spolupráci s RCMT byl vyvinut princip integrace aplikací třetích stran, který zde s výhodou využívá „microservice architecture“. Jedná se o řadu samostatných aplikací vzájemně komunikujících mezi sebou a řídicím systémem pomocí centrálního procesu. Díky tomu je systém dobře škálovatelný a je možné ho vybavit dalšími aplikacemi, které jsou vytvořeny v různých programovacích jazycích a nebylo by je možné vytvořit přímo ve WinCC. Příkladem může být aplikace Lunety stroje, která umožňuje vytvořit zjednodušený model dílce a na základě diskretizace kontinua vypočítat jeho průhyb se zahrnutím okrajových podmínek daných uložením dílce. Lze tak velice rychle kontrolovat vliv rozmístění lunet na celkový průhyb dílce, ale také jejich zatížení. Součástí je i databáze lunet, které může operátor rozmístit, nebo uložení vytvořených konfigurací. Aplikace Lunety stroje je vytvořena v programovacím jazyce C# a je propojena s řídicím systémem i WinCC pomocí centrálního procesu.

Titulní obrazovka TOS-MM. (Zdroj: Slovácké strojírny, závod TOS Čelákovice)
Aplikace nástroje Lunety stroje. (Zdroj: Slovácké strojírny, závod TOS Čelákovice)

SMARTOS

Dalším zástupcem nadstavbového systému v oblasti brousicích strojů je systém SMARTOS. Ten byl vyvinut ve spolupráci RCMT a TOS Hostivař. Hlavním účelem systému SMARTOS je poskytnout uživateli stavové informace o využití stroje a jejich historii, sledování technického stavu důležitých uzlů stroje (např. vřetenových ložisek), upozorňování na pravidelnou údržbu. Jedná se o nástroj dispečerského řízení a sběru dat, který na rozdíl od předchozích uvedených systémů stojí kompletně mimo řídicí systém z důvodu použití systému SMARTOS univerzálně i u starších strojů a u strojů s jiným řídicím systémem než Siemens Sinumerik. Je založen na platformě mySCADA a s řídicím systémem komunikuje proprietárním protokolem OPC UA. Systém integruje funkce ovládání Windows aplikací, sběru dat z externích snímačů, sběru relevantních dat z řídicího systému a výpočtu kompenzačních modelů. Systém je vybaven vlastním dotykovým PC s možností publikace obrazovek.

Titulní obrazovka SMARTOS. (Zdroj: TOS Hostivař)
Informace o chodu stroje. (Zdroj: TOS Hostivař)

Napojení na nadřazené systémy

Kromě aplikací spustitelných přímo na panelu stroje jsou klíčové také kanály pro komunikaci s nadřazenými systémy. Z tohoto důvodu RCMT vyvinulo datový model pro základní identifikaci stavu stroje, který využívá OPC UA rozhraní a tuto technologii integruje do nadstavbových systémů. Kromě uvedeného modelu je možné stroje vybavit i datovým modelem UMATI, jehož je RCMT a TOS Varnsdorf partnerem.

Uvedenou datovou komunikaci je možné integrovat i do strojů, které nejsou vybaveny nadstavbovým systémem. V takovém případě je OPC UA server s příslušným datovým modelem spuštěný na samostatném PC, které je propojeno s řídicím systémem. RCMT vyvinulo tuto technologii pro řídicí systémy Siemens Sinumerik, Heidenhain a Fanuc.

Reklama

Přínos spolupráce pro výrobní firmu

Ing. Tomáš Kozlok ze společnosti TOS Varnsdorf uvádí: „Spolupráce s RCMT na vývoji vlastního systému TOScontrol nám umožňuje zásadním způsobem rozšířit možnosti využívání našich strojů, a to jak z pohledu přídavných funkcí stroje, tak také z pohledu efektivního využívání stroje. Zákazníkovi tak poskytujeme stroj s vyšší přidanou hodnotou a zároveň zvyšujeme svoji konkurenceschopnost na trhu. Z mého pohledu je velmi důležitá skutečnost, že tento systém je v podstatě brána do dalšího světa konektivity a komunikace napříč průmyslovým světem, který v následujících letech čeká intenzivní rozvoj. Díky systému TOScontrol tak budeme schopni rychle reagovat na nové trendy v oboru, udržovat vysoké tempo inovací, a být tak konkurenceschopní.“

Ing. Ladislav Prokopec ze Slováckých strojíren, závodu TOS Čelákovice, spolupráci komentuje: „S RCMT při vývoji nového produktu spolupracujeme v celé možné šíři podpory. Jednou z oblastí, která umožní komplexní propojení veškerých poznatků jak z vlastního vývoje, tak reálného provozu stroje, je právě nadstavba ŘS. Ta může reálně zpřístupnit složitou problematiku řízení moderních obráběcích strojů, a to jak z pohledu provozovatele stroje, jeho obsluhy, tak i výrobce. Analýza získaných dat a jejich využitelnost pro dlouhodobý provoz strojů bude do budoucna účinnou podporou každé moderní výroby.“

Ing. Josef Kopřiva z TOS Hostivař uvádí následující: „K vytvoření nadstavbového systému SMARTOS nás vedly požadavky zákazníků na větší objem informací o produktivitě stroje a možnost napojení stroje na nadřazené systémy. Systém mohou využít jak operátoři přímo na stroji, například při pravidelné údržbě, tak i vedoucí pracovníci při sledování produktivity stroje. Umožňuje také běh dalších aplikací, které mohou poskytovat doplňkové funkce a zvyšovat produktivitu.“

Přínos spolupráce pro výzkumnou organizaci

Tým RCMT v oblasti vývoje nadstavbových systémů a datové komunikace vede Ing. Jiří Švéda, Ph.D., který ke spolupráci říká: „Nadstavbové prostředí řídicích systémů představuje silný nástroj pro rozšiřování užitných vlastností výrobních strojů i jejich efektivní využívání a přináší výrobcům strojů další možnost, jak se odlišit od konkurence. Pro nás je vývoj těchto systémů jednou z klíčových aktivit, která umožňuje integrovat dílčí vyvíjené technologie přímo do výrobních strojů. Jsem velice rád, že se můžeme společně podílet na vývoji výše uvedených systémů.“ Jeho slova doplňuje Ing. Štěpán Fiala, Ph.D., který se v RCMT zabývá řízením dílčích projektů v oblasti vývoje nadstavbových systémů: „Z hlediska výzkumu je tvorba SW nadstaveb velmi zajímavé téma vyžadující i jistou dávku kreativity. Důležitým aspektem vývoje je nalezení platformy systému, který bude do budoucna pro průmyslového partnera vyhovující a který bude zvládat udržovat.“


Vývoj nadstavbových prostředí byl spolufinancován z projektů s veřejnou podporou TA ČR.

Vydání #5
Kód článku: 220507
Datum: 04. 05. 2022
Rubrika: Servis / Vývoj a inovace
Autor:
Firmy
RCMT, FS, ČVUT v Praze

Ústav výrobních strojů a zařízení a Výzkumné centrum pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (RCMT) představují jedno společné pracoviště Fakulty strojní ČVUT v Praze, které je zaměřeno na výzkum a vzdělávání v oboru „Machine Tools“, tedy v oboru obráběcích a tvářecích strojů a související automatizace. Strategickými úkoly RCMT jsou (1) výzkum a vývoj v oboru výrobních strojů a technologií, (2) podpora firem v oblasti výrobních strojů a  technologií a (3) vzdělávání mladých odborníků.

    Číst dál
    TOS Varnsdorf

    Výroba vodorovných frézovacích a vyvrtávacích strojů a obráběcích center. Obráběcí stroje - horizontální frézovací stroje a vodorovné vyvrtávačky. Servis, opravy a dodávky náhradních dílů.

    Číst dál
    Slovácké strojírny

    Jedna z nejvýznamnějších průmyslových společností Zlínského kraje s více než šedesátiletou tradicí vyspělé strojírenské výroby. Do nového tisíciletí společnost vstoupila jako moderní firma plně adaptovaná na konkurenční prostředí tržního hospodářství. Po roce 2000 se rozvoj společnosti zaměřil i na proniknutí do jiných oblastí podnikání, a tak společnost vstoupila kapitálově do společnosti MEP Postřelmov a následně proběhla fúze obou společností.Výrazným impulzem pro další rozvoj společnosti byl rok 2006, kdy došlo nejprve ke 100% ovládnutí akcií společnosti NH Zábřeh s následnou fúzí v  listopadu 2006. Výrazně se tak rozšířily výrobní kapacity společnosti a  její výrobně-technologické možnosti. V roce 2011 společnost koupila vlastnická práva k zadluženému podniku v konkurzu TOS se sídlem v  Čelákovicích, a rozšířila tak výrobkové portfolio o výrobu a dodávky CNC soustruhů, brusek a ozubárenských strojů. V roce 2012 pokračovala expanze společnosti koupí 100 % akcií společnosti Krušnohorské strojírny Komořany se sídlem v Mostě a následně proběhla i fúze obou společností. 

    Číst dál
    TOS Hostivař

    Po revoluci v roce 1989 se původně národní podnik TOS Hostivař potácel v nejistých ekonomických i majetkových situacích. Vedle toho byla založena společnost HOL-MONTA, kam odešlo mnoho zkušených zaměstnanců právě z bývalého státního podniku TOS Hostivař. Společnými silami pak dosáhli toho, že jsou brusky pod značkou TOS Hostivař opět prodávány a vyváženy do celého světa. V roce 2011 se podařilo získat světoznámou značku TOS Hostivař do vlastnictví HOL-MONTA spol. s.r.o., a tím i fakticky zajistit pokračování bohaté tradice této značky, sahající až do roku 1950.

    Číst dál
    Související články
    Výzkum pro praxi:
    Horizontální vyvrtávací obráběcí centrum

    Spolupráce s praxí je jedním ze strategických cílů aktivit Ústavu výrobních strojů a zařízení a Výzkumného centra RCMT při FS ČVUT v Praze. Vizi 2030 Fakulty strojní naplňuje RCMT podporou konkurenceschopnosti tuzemských firem. Podněty z praxe jsou motivací výzkumu, jehož výsledky jsou uplatňovány v produktech a službách firem i v modernizaci oborové výuky. Postupně představujeme několik klíčových projektů, které byly ve spolupráci RCMT a konkrétních průmyslových firem v praxi v nedávné době řešeny. Dnes se zaměříme na horizontální vyvrtávací obráběcí centrum WHT 110 z produkce TOS Varnsdorf.

    Závěrečné oponentní řízení CK-SVT

    V dubnu 2012 byl na půdě Fakulty strojní ČVUT v Praze oficiálně zahájen osmi letý projekt Centrum kompetence - Strojírenská výrobní technika v rámci dotačního programu Technologické agentury ČR. Projekt byl úspěšně ukončen ke konci roku 2019 a v červnu 2020 proběhlo Závěrečné oponentní řízení ve firmě TOS Varnsdorf, jednoho ze spoluřešitelů.

    RCMT - 20 let ve výzkumu obráběcích strojů

    Před 20 lety se začaly psát dějiny novodobé tuzemské výzkumné základny strojírenské výrobní techniky. Tento příspěvek nahlíží na klíčové milníky na jeho cestě očima aktérů, kteří stáli a stojí po jeho boku. Vydejme se společně na cestu, která formovala dnešní podobu Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii RCMT (Research Center of Manufacturing Technology) při FS ČVUT v Praze.

    Související články
    Zvyšování užitné hodnoty obráběcích a tvářecích strojů

    Konkurence v oboru prodeje obráběcích strojů je velká a všechny firmy hledají způsob, jak nabídnout koncovému uživateli vyšší užitnou hodnotu. Tato užitná hodnota se posuzuje podle parametrů koncové výrobní technologie (přesnost, jakost, produktivita, celkové náklady) a pro výrobce obráběcích strojů je to jeden z bodů, kde mohou technickými znalostmi a inovacemi ovlivnit svou konkurenceschopnost na trhu.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Nebojte se výzev!

    Tuto větu mi na konec rozhovoru řekl Ing. Radomír Zbožínek, člen představenstva Tajmac-ZPS, který se stále podílí na dění v mateřské firmě. Slovo "mateřská" pro pana Zbožínka platí dvojnásob, do firmy totiž nastoupil 1. listopadu 1972, takže zde "kroutí" již svou 46. sezonu. Tak akorát na to, aby jeho slova mohla posloužit i dalším lidem.

    Cena MM Award na EMO

    Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

    Průmysl 4.0 v praxi

    Reflexe současného poznání s aplikací prvků Průmyslu 4.0 do praxe byla předmětem odborné konference, kterou společnost Ceratizit společně se svými partnery připravila pro téměř stovku účastníků z řad výrobních společností ve svém Technickém centru. Od původního teoretizování o aspektech Průmyslu 4.0 jsme se nyní dostali již k praktických zkušenostem.

    Zlatá medaile pro prof. Kassaye

    Po dvouleté pauze, zapříčiněné hygienickými opatřeními ke snížení šíření pandemie koronaviru, se opět otevřely brány MSV v Brně, v rámci kterého se udílejí i ocenění Zlatých medailí. A to jak vystaveným exponátům, tak tradičně, již od roku 2006, díky iniciativě redakce našeho časopisu, také ocenění osobnosti za její celoživotní tvůrčí technickou práci a dosažené inovační činy.

    Soumrak strojírenských bohů

    Až do nedávné doby, dalo by se říci před covidem, bylo jednání některých tradičních firem vyrábějících obráběcí stroje bez pokory, a někdy hraničilo až s arogancí. Jednání bez úcty nejen vůči zákazníkům (což zní přímo drze), ale také vůči partnerům dodávajícím subdodávky, vysokým školám a také spolupracujícím partnerům. Mají za sebou přeci tradici desítek let, kdo jim bude co radit, jak mají jednat a dělat. Nikdo přeci. A nyní? Padla kosa na kámen a otupila se, možná se i pokřivilo ostří.

    Cesta k budoucímu růstu vede přes investice

    Rok 2020 by se dal přejmenovat na Rok černých labutí. Ekonomové k těmto původem australským ptákům přirovnávají události, které nikdo nečeká a které hluboce zasáhnou samotné základy hospodářství. Tak jako to dokázala pandemie nového typu koronaviru. Ze dne na den donutila vlády, aby vypnuly na několik měsíců nejen českou, ale také další klíčové ekonomiky pro české exportéry.

    Od konstrukce strojů po parkovací věže

    Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

    Digitalizujeme svět obrábění

    Digitalizace v oblasti obráběcích strojů je poměrně nový fenomén. Svět digitalizace se stává svébytným ekosystémem a Siemens jako jediný má pro jeho vytvoření a fungování potřebnou škálu nástrojů – od simulačních programů pro plánování a virtuální zprovoznění strojů, výrobků i procesů přes řídicí systémy a další prvky průmyslové automatizace po monitoring a sběr dat, cloudová úložiště i manažerské nadřazené systémy. Jaké výhody digitalizace přináší, ukázal Siemens na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně mimo jiné také na prototypu multifunkčního obráběcího centra MCU450 společnosti Kovosvit MAS.

    Na kapitánském můstku strojíren

    Ing. Jiří Rosenfeld, CSc. vloni oslavil sedmdesáté narozeniny a je znám svými velmi zajímavými, až kontroverzními názory, které ale mají svou logiku. Stojí v čele společnosti Slovácké strojírny ve funkci generálního ředitele od roku 1997, v roce 1999 se stal předsedou představenstva, v dozorčí radě ale působil již od roku 1993. Za přínos regionu a podnikání v něm se stal v roce 2014 Osobností roku Zlínského kraje a v roce 2017 se pak dostal do finále soutěže EY podnikatel roku.

    Hlavní trendy EMO Hannover 2017 očima výzkumníků

    Hannoverský veletrh EMO je právem považován za výkladní skříň toho nejlepšího, co inovační týmy světových leaderů i jejich následovníků navrhli a v prototypech či již sériově nabízejí. Sektor výrobních strojů bývá na špici technického pokroku v oblasti strojírenství a udává směr dalším oborům, které jej následují. U nás má velkou tradici a není proto s podivem, že letos do Hannoveru zavítalo na 2 200 českých návštěvníků.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit