Che cos'è il computer aided manufacturing (CAM)?

Il computer aided manufacturing (CAM – fabbricazione assistita da computer) è in genere un software in grado di creare istruzioni in un linguaggio (codice G) che i macchinari industriali comprendono per fabbricare prodotti fisici. Viene utilizzato principalmente per convertire i progetti digitali, creati con un software CAD (progettazione assistita da computer), in parti reali su macchinari a controllo numerico computerizzato (CNC). Il diagramma seguente mostra il flusso di lavoro in un sistema di questo tipo:

Mentre le idee di prodotto vengono disegnate e progettate in CAD, il CAM imposta le coordinate, il movimento, la velocità e la profondità di taglio per le macchine utensili, tra cui frese, torni, smerigliatrici e trapani. Ad esempio, il software CAM potrebbe definire:

• Uno schema di fori praticati in una staffa del motore sotto il cofano dell'auto.
• Il percorso utensile seguito dal laser per tagliare il materiale delle scarpe.
• Le coordinate esatte seguite da una fresa per intagliare la cornice del vostro smartphone.

Si noti che a volte il CAM si riferisce sia ai macchinari che al software coinvolti nella produzione. A prescindere dalla definizione, il risultato è sempre un processo di produzione preciso, veloce e ripetibile.

Il computer aided manufacturing è essenziale per l'industria moderna, e non senza motivo. Ha trasformato radicalmente il modo in cui i prodotti vengono fabbricati oggi. Le aziende che adottano questa tecnologia diventano più efficienti, più economiche e meglio preparate per la crescita.

Il computer aided manufacturing consente di risparmiare tempo e denaro in molti modi:

Velocità: se avete mai visto una macchina CNC in azione, avrete probabilmente notato che i suoi movimenti sono rapidi ed efficienti. Questi movimenti sono impostati dal sistema CAM, che ottimizza i percorsi utensile e minimizza i movimenti in modo digitale nelle istruzioni che invia alla macchina. Questo porta a un aumento della produttività e a una minore usura di macchine e utensili.

Ripetibilità: Una volta creato e testato un programma CAM, gli operatori possono facilmente riutilizzarlo. Così, se un'azienda vuole rimettere in produzione il pezzo dell'anno scorso, può sfruttare le stesse istruzioni che hanno creato il pezzo originale. I nuovi pezzi sono repliche esatte della produzione precedente. Il riutilizzo o anche il leggero adattamento di progetti collaudati consente alle aziende di risparmiare molto tempo per la messa a punto e il collaudo.

Integrazioni: I sistemi CAM possono interagire direttamente con macchine CAD, PLM e CNC, permettendo ai dati digitali di fluire senza interruzioni, senza bisogno di traduttori o interventi umani.

Lavoro: I macchinisti non devono più posizionare manualmente i materiali, impostare i percorsi utensile o guidare gli utensili a mano. Tutto è automatizzato. Con il CAM, la manodopera specializzata può svolgere compiti di livello superiore, come la pianificazione e l'ottimizzazione dei flussi di lavoro e la supervisione del controllo qualità.

Il CAM può anche ridurre al minimo gli scarti. Questo può far risparmiare denaro alle aziende e aiutarle a raggiungere gli obiettivi di sostenibilità.

Capacità di simulazione: Il software CAM può utilizzare strumenti di simulazione digitale per ridurre al minimo gli scarti durante la produzione. Tagliando e forando nel modo giusto, il sistema può essere in grado di creare più pezzi da un singolo pezzo di materiale o di lavorare con meno materiale in partenza. E poiché il CAM crea un programma ripetibile, questi risparmi si moltiplicano a ogni esecuzione del programma.

Automazione: Poiché il processo è accurato, automatico e ripetibile, si riducono gli errori. Ciò significa meno pezzi di scarto e quindi meno rifiuti.

Il computer aided manufacturing assicura una produzione affidabile e prodotti di alta qualità in diversi modi:

Pianificazione: Le funzionalità di simulazione del software possono prevedere gli errori di produzione, come le collisioni degli utensili o le sollecitazioni dei materiali, prima che inizi la produzione fisica.

Precisione: Le macchine a controllo computerizzato sono in grado di guidare gli utensili entro 0,01 mm o meno, garantendo una deviazione minima dalle specifiche di progetto.

Monitoraggio: Durante la produzione, i sistemi CAM si auto-monitorano utilizzando sensori di misura e di feedback, per fornire un controllo continuo della qualità.

Autocorrezione: In risposta al monitoraggio, il sistema può anche regolare i macchinari in tempo reale per mantenere la precisione, senza bloccare la produzione o richiedere l'intervento umano.

Alcuni macchinari non possono essere utilizzati al di fuori dei sistemi CAM, in particolare le fresatrici multiasse. Infatti, queste macchine richiedono un coordinamento complesso e percorsi utensile per lavorare simultaneamente su più coordinate, cosa che non può essere fatta facilmente senza computer.

Riducendo al minimo il coinvolgimento umano e simulando digitalmente il processo produttivo in anticipo, i sistemi CAM riducono il rischio di errori operativi e malfunzionamenti delle apparecchiature, creando un ambiente più sicuro e controllato in fabbrica.

Una volta che un programma di produzione è stato testato e si è dimostrato affidabile, può essere riutilizzato su più macchine, in modo che sia facile per i produttori passare dal prototipo alla produzione di massa senza compromettere la precisione o la qualità.

Se da un lato il computer aided manufacturing ha aperto molte opportunità per le aziende manifatturiere, dall'altro le aziende devono affrontare alcuni nuovi rischi e limitazioni:

I sistemi CAM richiedono macchinari costosi con tecnologia di automazione avanzata e controlli di precisione. Inoltre, il software CAM utilizzato per programmare queste macchine può costare quanto l'hardware! La buona notizia è che negli ultimi anni alcuni di questi costi sono diventati più gestibili grazie all'introduzione dei prezzi di abbonamento, che possono ridurre notevolmente la barriera all'ingresso.

Lavoro

Per impostare e mantenere i sistemi CAM, gli operatori devono possedere conoscenze che vanno al di là delle tradizionali competenze da macchinista. Devono comprendere le integrazioni CAD, capire il codice G e avere familiarità con metodi di produzione più complessi che mai. Se da un lato il CAM riduce il lavoro manuale, dall'altro richiede una forza lavoro con una formazione altamente specializzata. Trovare, formare e mantenere questi specialisti costerà di più.

Obsolescenza

Proprio come i computer portatili e i telefoni cellulari, i sistemi CAM diventano obsoleti con il progredire della tecnologia ogni anno. Le aziende devono aggiornare il software o rischiano di rimanere indietro rispetto alla concorrenza. Anche chi rimane fedele ai vecchi sistemi troverà sempre più difficile e costoso trovare assistenza. Questo crea costi continui che non sono richiesti dai macchinari industriali tradizionali.

Sicurezza informatica

Per essere chiari, le istruzioni e i dati CAM sono proprietà intellettuale e devono essere conservati e protetti come un bene aziendale. I dati rubati possono causare perdite finanziarie, interruzioni della produzione e tempi di inattività. Le aziende che utilizzano il CAM devono preoccuparsi di firewall, crittografia e attacchi informatici in modi che non erano necessari per le macchine tradizionali.

Non è esagerato dire che il CAM ha avviato una terza rivoluzione industriale. È stato adottato dalla maggior parte dei settori produttivi, tra cui quello automobilistico, dell'elettronica di consumo, aerospaziale, farmaceutico, dei dispositivi medici e della robotica. Tutti questi settori beneficiano dei vantaggi illustrati in precedenza. I risultati sono evidenti ovunque.

I prodotti sono più sofisticati e i cicli di produzione più brevi grazie al CAM. Anche se non siete coinvolti nella produzione, potete vedere l'impatto del CAM in qualsiasi cosa, dalle automobili agli smartphone e al design delle scarpe. Il computer aided manufacturing è spesso il motivo per cui i prodotti più innovativi possono arrivare sul mercato in mesi, anziché in anni. Questo perché le aziende possono utilizzare il CAM per prototipare rapidamente nuovi componenti, testarli digitalmente e apportare istantaneamente modifiche alla produzione.

L'industria è complessivamente più sicura con il computer aided manufacturing. Grazie all'automazione ottimizzata, meno persone devono interagire con parti in movimento o materiali potenzialmente pericolosi. Infatti, il CAM è fondamentale per la produzione "light out", un approccio alla produzione talmente automatizzato che le macchine lavorano ininterrottamente, senza la presenza dell'uomo. Ciò significa un minimo di sollevamento e posizionamento di carichi pesanti, una minore interazione con strumenti affilati e una minore esposizione a sostanze chimiche e particolati.

Le aziende sono anche più agili grazie al CAM. Grazie ai programmi riutilizzabili e alla simulazione digitale, è più facile per le aziende riattrezzare in risposta alle nuove innovazioni, adattarsi alle mutevoli tendenze del settore e aumentare la produzione senza significativi tempi morti. Questo rende chiunque adotti questa tecnologia più competitivo in un mercato globale.

Il processo CAD-CAM descrive semplicemente il trasferimento dei dati di progettazione nel sistema di produzione. Un ingegnere crea un modello digitale di un prodotto nel software CAD. Il file di progettazione può includere la geometria, le misure, le specifiche dei materiali, le coordinate e altre proprietà necessarie per descrivere il modello esatto. Può anche essere testato digitalmente, per garantire la tenuta del pezzo durante la produzione e sul campo.

Una volta preparato, il file CAD può essere importato direttamente nel software CAM, che lo utilizza per definire i processi macchina necessari a creare la versione fisica del modello. Ad esempio, come e dove deve essere tagliato o forato un pezzo di materiale grezzo? Il CAM crea i percorsi utensile, imposta parametri come la velocità e la profondità di taglio e calcola l'orientamento più efficiente del pezzo sulla macchina.

Senza un processo CAD-CAM completamente automatizzato, un ingegnere o un operatore potrebbe dover inserire manualmente i dati CAD nel sistema CAM. Questo può comportare errori e perdite di tempo.

Come già detto, i sistemi CAM lavorano a stretto contatto con le macchine CNC per produrre pezzi fisici. Il sistema CAM crea percorsi utensile e parametri di lavorazione basati sul modello CAD e genera un codice G specifico per la macchina che viene compreso dalla macchina CNC.

Si noti che il codice G viene solitamente inviato alla macchina direttamente tramite una connessione di rete, in modo simile a come si invia una lettera a una stampante. Ma può anche essere salvato su una memoria esterna e poi trasferito fisicamente alla macchina. Ciò è utile quando i sistemi non sono collegati in rete e per il riutilizzo su più macchine.

La macchina CNC esegue quindi il programma, scegliendo gli utensili ed eseguendo le operazioni secondo le istruzioni.

Le moderne macchine CNC sono dotate di sensori in grado di riconoscere potenziali problemi come l'usura degli utensili, l'eccesso di vibrazioni e l'aumento della temperatura. I sistemi CAM avanzati possono utilizzare i dati dei sensori per apportare modifiche alle istruzioni di lavorazione. Il sistema CAM può regolare i percorsi utensile, la velocità, i cambi utensile, ecc. Se effettuato in tempo reale, ottimizza l'efficienza, mantiene la precisione e previene i tempi di inattività. Il sistema CAM può anche utilizzare i dati dei sensori per migliorare le prestazioni delle produzioni future.

Sebbene il CAM sia solitamente associato all'automazione dei processi di lavorazione, si noti che può anche includere funzionalità per la pianificazione e la programmazione del funzionamento delle apparecchiature, l'archiviazione della documentazione e la gestione delle librerie di utensili. Molte aziende integrano i loro sistemi CAM con il software di pianificazione delle risorse per ottimizzare la disponibilità di materiali e utensili.

Con la continua evoluzione dei sistemi CAM, ci si può aspettare che la loro importanza cresca ben oltre la macchina CNC, arrivando a toccare tutto, dalle linee di produzione alle catene di fornitura.