Умные станки

По оценкам аналитиков, подготовивших проект Национальной технологической инициативы (НТИ) и дорожную карту «Технет», объем мирового рынка технологий для компонентов фабрик будущего вырастет с $368 млрд в 2015 году до $1,757 трлн к 2035 году. 16% этого рынка (или $281,4 млрд) придется на станки с ЧПУ и умные станки. Умные станки не просто изготавливают детали, но и предоставляют отчет о том, насколько эффективно работает оператор, позволяют проводить предиктивное обслуживание и т.д.

Объем рынка умных станков

В декабре 2016 года аналитики Technavio прогнозировали, что к 2020 году объем рынка токарных станков достигнет $12 млрд (CAGR 1,97%). Причиной тому – спрос на автоматизированные решения и в целом автоматизация процессов в компаниях. Поэтому на замену обычных станков приходят станки CNC (computer numerical control; числовое программное управление). За счет повышения производительности достигается рост прибыли компании, снижаются операционные затраты. Это приведет к желанию больших отраслей автоматизировать производственные процессы.

По данным Allied Market Research от марта 2017 года, рынок токарных станков оценивался в $9,9 млрд в 2015 году, а к 2022 году достигнет $12 млрд (CAGR 2,6%). Сегмент станков для автомобильной промышленности преобладал на рынке в 2015 году ($3,8 млрд).

На основе режима работы глобальный рынок токарных станков делится на обычные (управляемые вручную) и автоматические станки с CNC. Токарные станки CNC доминировали на рынке в 2015 году ($8,1 млрд). Машины с CNC постепенно вытесняют обычные, поскольку их просто установить, удобно получать различные данные об оборудовании и обслуживающем персонале.

Глобальный размер рынка машин CNC достигнет $100,9 млрд к 2025 году, сообщили в январе 2018 года аналитики Grand View Research. Среднегодовые темпы прироста рынка составят 6,8% в течение прогнозного периода. Сегмент токарных станков в 2016 году составил 27% на рынке машин с CNC. Сегмент фрезерных станков в течение прогнозного периода будет прирастать на 9.5% ежегодно за счет их мультифункциональности.

Машины с CNC в промышленном сегменте в 2025 году будут преобладать на рынке ($25,17 млрд). Значительный прирост объемов рынка ожидается в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Ключевые участники рынка - Amada, DMTG Corporation, Haas Automation, Okuma Corporation и Yamazaki Mazak Corporation, Hardinge и т.д.

По оценкам экспертов, объем рынка станкостроения в России оценивается в 70 млрд рублей (данные 2016 года).

Как работает обычный станок

Станок — это машина, используемая для обработки различных материалов или выполнения каких-либо действий. Станки подразделяются на несколько видов. Рассмотрим работу токарного станка, который относится к группе металлорежущих станков.

Основными частями токарного станка являются:

• станина;

• передняя бабка;

• быстроходная коробка передач;

• каретка;

• задняя бабка.

В токарном станке заготовка удерживается между двумя вращающимися жесткими опорами или в патроне. Режущий инструмент жестко крепится в резцедержателе.На станине – тяжелой, прочной опоре для удержания передней и задней бабок, монтируются все рабочие детали токарного станка. Станина устанавливается на двух ножках или тумбах. Ножки несут всю нагрузку машины и крепко закреплены на поверхности с помощью фундаментных болтов. Передняя бабка удерживает детали для обработки и приводит их в движение. Задачей задней бабки становится поддержание длинных деталей. Между бабками расположена каретка.

Источник фото: stroychik.ru

Наиболее ответственная часть токарного станка – это шпиндель, представляющий собой стальной пустотелый вал. Коробка передач находится ниже передней бабки и содержит ряд зубчатых колес разного размера. Фартук крепится к каретке; в нем установлены шестерни, муфты и рычаги, необходимые для перемещения каретки или поперечного скольжения.

Важными параметрами при работе со станком становятся скорость вращения заготовки и резцов, глубина резания инструмента, которая влияет на скорость обработки и шероховатость поверхности. Для токарного станка существуют различные виды режущих инструментов. Их необходимо подбирать исходя из материала и формы заготовки.

К типам токарных операций относятся: обычный поворот (операция удаления избыточного количества материала с поверхности заготовки), облицовка (операция механической обработки, при которой торцевая поверхность заготовки выполняется плоской), разделение (операция отсечения материала до желаемой длины заготовки, а также разделение заготовки на две или более частей), накатка (процесс создания «рисунка» из множества прямых линий на поверхности заготовки), накрутка (создание шероховатости на поверхности для обеспечения лучшего захвата детали), нарезание резьбы (внутри или на поверхности заготовки).

От обычного станка к умному

Станки могут быть умными изначально благодаря установленным датчикам и специальному софту, или же модернизированы с помощью программного обеспечения. Модернизация происходит с благодаря установке системы мониторинга работы промышленного оборудования. Система подключается к станкам с помощью промышленных протоколов или же с помощью программно-аппаратного комплекса для устаревшего оборудования.

Умные станки, кроме изготовления необходимых деталей, позволяют контролировать действия и определять эффективность работы операторов, минимизировать возможные простои оборудования.

Предусмотрены и аналитические возможности для предсказания выхода узлов из строя.

Умные станки автоматически собирают, обрабатывают и передают в единый центр все необходимые данные:

• о времени запуска станка;

• о продолжительности работы станка;

• о последних произведенных деталях;

• обо всей произведенной продукции на станке за конкретный период;

• о режимах, использованных оператором станка;

• о выработанном ресурсе;

• об эффективности работы конкретной единицы оборудования;

• об эффективности работы конкретного оператора станка и т.д.

Комплекс таких мер позволяет предотвратить возможные простои оборудования, которые приводят к большим убыткам (невыполнение контрактов в срок, нарушение сроков поставки, длительное ожидание запчастей и т.д.).

Задачи для умных станков

Интеграция машин CNC с автоматизированным производством помогает в сокращении времени, требуемого для производства частей. Спрос на усовершенствованные машины с CNC компактного размера с автоматическими устройствами смены инструмента и множеством режимов механической обработки оси постоянно растет.

Драйверами роста рынка, по мнению аналитиков Grand View Research, станут потребность в сокращении эксплуатационных и операционных расходов, затрат на рабочую силу и снижение влияния человеческого фактора. CNC помогают в разработке очень сложных деталей. Поэтому технологии CNC внедряются в токарные, шлифовальные и сварочные станки, а также в лазеры.

Кто использует умные станки

Станки с ЧПУ и умные станки закупает множество современных предприятий в рамках модернизации своих производственных участков. Подобные приобретения носят массовый характер. Так, в январе 2018 года стало известно о том, что более 2 тыс. станков на 70 отечественных предприятиях подключили к системе цифровизации промышленного производства «Диспетчер». Система автоматически собирает и анализирует данные о работе промышленного оборудования. Софт определяет реальную эффективность использования оборудования и причины простоев.

Аналитики, подготовившие проект Национальной технологической инициативы (НТИ) и дорожную карту «Технет», оценили объем мирового рынка технологий для компонентов фабрик будущего в $1,757 трлн к 2035 году. 16% этого рынка (или $281,4 млрд) придется на станки с ЧПУ и умные станки. Также большими сегментами рынка станут промышленные роботы ($241,6 млрд), аддитивные технологии ($216,4 млрд). Ускорит развитие сегмента умных станков в России создание «фабрик будущего», предусмотренное «Технетом».