Как внедрить автоматизацию в создание измерительных программ?

По мере того, как современные производства становятся всё более интеллектуальными, координатно-измерительные машины (КИМ) оказываются под все бóльшим прессингом: они должны измерять быстрее, умнее и с минимальным вмешательством человека. Это значит, что по мере роста требований к точности и сокращения длительности производственных циклов акцент смещается с простого измерения деталей на автоматизацию — планирования, выполнения и анализа измерений.
Драйвер этих изменений — программное обеспечение координатно-измерительных машин. Если до этого измерительные программы писались вручную либо в полуавтоматизированном режиме, то сейчас измерительное ПО находится в процессе трансформации, которая началась с распространением искусственного интеллекта, модельно-ориентированного проектирования (MBD) и использования данных по принципу замкнутого цикла. Но для полного раскрытия потенциала автоматизации в создании программ для КИМ потребуется больше, чем постепенные улучшения; потребуются изменения в способе мышления, технологиях и совместная работа в областях проектирования, производства и обеспечения качества.

Написание программ сейчас: вручную, долго, сложно.

Несмотря на значительный прогресс в измерительном оборудовании и программной визуализации большинство процессов программирования КИМ по-прежнему требуют много времени и сил. Инженеры пишут программы с нуля, одновременно используя CAD-модели и бумажные чертежи, вручную определяют стратегии сканирования и выстраивают измерительные траектории. Зависимость от ручного труда и однотипных рабочих процессов приводит к ряду проблем:

• требуется много времени, чтобы написать новую программу измерений или внести изменения в уже существующую;
• возникает несогласованность между отдельными программистами или рабочими сменами;
• ограничивается возможность повторного использования измерительных алгоритмов на схожих деталях;
• возникает расхождение между проектным решением и методикой измерений.

Даже в центрах, использующих функционально-ориентированное программирование или автоматизацию CAD-PMI (Product Manufacturing Information, информация о производстве изделий), программы в значительной степени проверяются и редактируются вручную. Мечта о создании программ для КИМ в один клик для большинства производителей так и остаётся мечтой.

Интеллектуальное, автоматизированное и контекстно-ориентированное программирование

Будущее программного обеспечения для координатно-измерительных машин — это автономное создание программ, в которых процедуры контроля автоматически выводятся из CAD-моделей, проверяются виртуально и оптимизируются на основе реальных данных. Эта новая парадигма будет включать:

• программирование на основе информации о производстве изделий (PMI): интерпретация данных геометрических размеров и допусков (GD&T), встроенных в CAD-модели, для управления алгоритмами измерений.
• искусственный интеллект и машинное обучение: использование ретроспективных данных для оптимизации стратегии измерений конкретных геометрических форм, деталей из различных материалов или отдельных измерительных машин.
• оффлайн-симуляция: проверка и оптимизация измерительных траекторий КИМ и конфигураций датчиков в виртуальной среде перед выполнением измерений в реальных условиях.
• измерения по замкнутому циклу: использование фактических результатов контроля для автоматического уточнения и улучшения будущих измерительных программ.

Некоторые из этих функций уже существуют, но их более широкое применение остаётся под вопросом. Преодоление разрыва между миром идеальных измерений и реальностью требует решения ряда фундаментальных задач.

Драйверы создания автоматизированных измерительных программ

Ускорение внедрения модельно-ориентированного проектирования. PMI как часть модельно-ориентированного проектирования — важнейшее условие для обеспечения автоматизированного программирования КИМ. PMI предоставляет программному обеспечению подробные инструкции: измеряемые характеристики, применяемые допуски и расположение реперных точек. Многие компании по-прежнему полагаются на двумерные чертежи или плохо аннотированные CAD-модели. Без подробных стандартизированных PMI программному обеспечению для КИМ не хватает данных для автоматизации генерирования программ. Более широкое внедрение таких стандартов, как STEP AP 242 и QIF, будет иметь решающее значение для смычки проектирования и метрологии.

Стандартизация и совместимость. Программирование КИМ часто затрудняется закрытыми форматами файлов и отсутствием совместимости между программными платформами и измерительным оборудованием. Автоматизация программирования в бóльших масштабах потребует открытых интерфейсов, единообразного описания данных и широкой поддержки отраслевых стандартов. Усилия таких организаций, как Консорциум по стандартам цифровой метрологии (DMSC), продвигающей формат QIF, и органов стандартизации ISO, работающих над интеграцией DMIS и MBD, закладывают основу для такой интеграции, но поставщики программного обеспечения, аппаратных средств и комплектующих также должны согласовывать свои действия для достижения кросс-совместимости.

Сбор и повторное использование данных. Важным фактором автоматизации является возможность повторного использования измерительных алгоритмов. Если предприятие успешно измерило сотни аналогичных деталей в прошлом, программное обеспечение должно уметь обучаться на этих шаблонах и автоматически применять их к новым деталям. Некоторые современные поставщики метрологического программного обеспечения делают ставку на модульное программирование, шаблоны измерений и ИИ-процедуры, обучающиеся на основе ретроспекции рабочих процессов. Однако повторное использование данных также зависит от внутрикорпоративной дисциплины. Производители должны хранить, структурировать и в общем обращаться с данными таким образом, чтобы программное обеспечение могло получить к ним доступ – иначе каждая программа так и останется программой для разового использования.

Разработка на основе оффлайн-симуляции. Автоматизированное программирование не заканчивается созданием программы — оно должно включать ее виртуальную валидацию. Инструменты оффлайн-симуляции критически важны для тестирования траекторий движения щупов и предотвращения столкновений. Современное ПО позволяет программистам заниматься отладкой процессов, не занимая физические машины. Инструменты симуляции должны стать более понятными и лучше интегрированными в CAD-системы и координатно-измерительные машины для внедрения автоматизации в полном смысле этого слова.

Искусственный интеллект и адаптивное управление. Святой Грааль программирования КИМ — это программное обеспечение, которое обучается и адаптируется. Алгоритмы ИИ могут анализировать тысячи предыдущих измерительных программ и автоматически выбирать оптимальные стратегии для:

• последовательностей и группировок измерений;
• углов подхода щупов к детали и конфигураций щупов;
• выбора между скоростью и точностью измерений;

В условиях многономенклатурной отрасли, например, аэрокосмической или медицинской, такая адаптивность может значительно сократить время контроля и повысить производительность. Молодые компании, специализирующиеся на интеллектуальных системах управления качеством, активно исследуют эти возможности. Известные игроки встраивают модули машинного обучения в уже существующее программное обеспечение для оптимизации измерительных траекторий, динамической корректировки допусков и выявления потенциальных узких мест.

Человекоцентричная автоматизация. Хотя конечной целью является полная автоматизация, люди останутся ключевой частью процесса, особенно при контроле критически важных деталей или контроле первых серийных образцов. Это означает, что инструменты автоматизированного программирования должны быть прозрачными, доступными для редактирования и совместной работы. Понятные интерфейсы, позволяющие операторам просматривать, корректировать и переопределять автоматически сгенерированные измерительные траектории, будут иметь решающее значение. Представьте себе кооперацию, где само программное обеспечение выполняет 90% работы, а программист дорабатывает оставшиеся 10%.

Дорожная карта

Путь к полностью автоматизированному программированию КИМ не будет «дорогой из желтого кирпича», но направление уже понятно. В течение следующих 5–10 лет ожидается:

• более широкое внедрение рабочих процессов, ориентированных на информацию о производстве изделий;
• более тесная интеграция между системами автоматизированного проектирования, автоматизированного производства и программным обеспечением для контроля;
• быстрый рост возможностей по распознаванию характерных признаков и планирования на основе ИИ;
• инвестиции в оффлайн-симуляции, цифровые двойники и облачную валидацию;
• новые экосистемы управления большими объемами данных и совершенствование измерительных программ и алгоритмов.

Поставщики программного обеспечения, органы стандартизации и производители должны действовать сообща для преодоления технических и культурных барьеров. Цель заключается не в том, чтобы заменить программистов машинами, а в том, чтобы освободить их от рутинной работы для более важных целей — чтобы они могли сосредоточиться на инженерных решениях, совершенствовании процессов и стратегических инициативах по повышению качества.

Заглядывая в будущее автоматизированного программирования

Будущее программирования координатно-измерительных машин — это искусственный интеллект, автоматизация и связность. Но необходимо понимать, что все это не просто новые измерительные алгоритмы — это достоверные данные, совместимые платформы и взаимодействие между проектировщиками и специалистами по качеству. По мере ускорения цифровой трансформации производства автоматизация программирования измерений становится не роскошью, а необходимостью. Вопрос уже не в том, произойдет ли это, а в том, насколько быстро отрасль сможет внедрить нужные инструменты и стандарты.

Автор оригинала: Gerald Jones
Перевод и подготовка материала: Анна Макарова, компания МС Метролоджи