Tänapäevased CAD-programmid ja simulatsioonid võimaldavad suure osa masina käitumisest läbi töötada juba enne, kui midagi füüsiliselt valmis ehitatakse. Samal ajal muutuvad masinad järjest keerukamaks: mehaanika kõrval mängivad üha suuremat rolli automaatika, andurid, juhtimissüsteemid, tarkvara ja andmed.
See tõstatab tänapäevases masinaarenduses olulise küsimuse: kas füüsilist prototüüpi on üldse enam vaja? Revismo masinaehituse valdkonna juhi Mirko Arrase hinnangul on vastus jah, kuid prototüübi roll on oluliselt muutunud.
Mirko on töötanud Revismos juhtiva insenerina 13 aastat ning olnud selle aja jooksul seotud väga erinevate masina- ja tootearendusprojektidega. Revismo on kokku osalenud enam kui 850 arendusprojektis. Selle kogemuse pealt on füüsilise prototüübi vajadus jätkuvalt olemas, kuid tõsi, et roll on ajas selgelt muutnud.
„Tänapäeval peaks esimene füüsiline masin olema juba üsna lähedal töötavale lahendusele. Meil on lihtsalt palju rohkem võimalusi enne ehitamist kontrollida, kas konstruktsioon ja valitud tööpõhimõte on õiged,“ selgitab Mirko.
See ei tähenda, et esimene masin peab käivitamisel kohe ideaalselt töötama. Peaaegu iga uue seadme puhul on vaja häälestada kiiruseid, andureid, ajastusi, jõude või juhtimisloogikat. Oluline erinevus seisneb selles, kas häälestatakse toimivat lahendust või hakatakse füüsilise prototüübi juures alles põhimõttelisi konstruktsiooni ja mehaanika probleeme lahendama ja katsetama.
„Revismo arendusprojektide jooksul ei ole meil olnud ühtegi mittekasutatavat prototüüpi. Kõikidest prototüüpidest on saanud töötavad ja tootvad masinad,“ lisab Mirko.
Füüsiline ja digitaalne arendus liiguvad järjest lähemale
See viib Mirko sõnul ühe tootearenduse kõige olulisema küsimuseni: kui hästi on projekt enne projekteerimise alustamist läbi mõeldud ning lahendatava probleemi olemust insenerile kirjeldatud. Korrektne lähteülesanne on eduka arendusprojekti alus. Kui näiteks lähteülesandes on detaili mõõduks märgitud 100 millimeetrit, kuid tegelikkuses võib see kõikuda 90 ja 115 millimeetri vahel, on inseneri jaoks tegemist juba oluliselt teistsuguse ülesandega.
Sama kehtib tootmismahu, tsükliaja, materjali omaduste, kasutuskeskkonna, puhastamise, hoolduse ja ohutuse kohta. Automatiseeritud seadmete puhul lisanduvad küsimused masina juhtimise ja andmete kohta. Kas masin peab suhtlema olemasoleva tootmisliiniga? Milliseid andmeid on vaja koguda? Kas seadmel peab olema erinevaid retsepte või töörežiime? Kui lihtne peab olema masina hilisem muutmine või uute toodete lisamine?
„Mida rohkem olulisi küsimusi saab arenduse alguses läbi rääkida, seda vähem on hiljem üllatusi. Insener saab lahendada probleemi, mida talle kirjeldatakse, seega lähteinfo kvaliteeti ei tasu alahinnata,“ ütleb Mirko.
Moodsat masinat tuleb projekteerida tervikuna
Masinaehituse üks suuremaid arenguid on see, et mehaanikat, automaatikat ja tarkvara on järjest keerulisem üksteisest eraldi vaadata ja aina rohkem seda ei tohigi teha. Mõnikord saab keerulise mehaanilise lahenduse asendada lihtsama konstruktsiooni, anduri ja nutikama juhtimisega. Teises olukorras võib mehaaniline lahendus olla töökindlam ja mõistlikum kui keerukama automaatika lisamine. Lisaks peab seda kõike ka vaatama vajaliku ohutuse tagamiseks.
Mirko sõnul seisnebki kogenud insenerimeeskonna väärtus selles, et neid valikuid osatakse hinnata tervikuna. Küsimus ei ole ainult selles, kas üks detail on võimalik valmis projekteerida või sobiv andur välja valida. Oluline on, kuidas kõik osad kokku panna nii, et masin oleks töökindel, valmistatav, hooldatav, ohutu ja vastaks sellele ülesandele, mille jaoks see loodi.
Sama tähtis kui projekteerimine on masina korrektne valmistamine ja koostamine. Keeruka seadme ehitamine ei ole lihtsalt detailide joonise järgi kokku panemine. Lõpptulemust mõjutavad koostamise täpsus, joondamine, seadistamine ning mehaanika-, elektri- ja automaatikakomponentide omavaheline integreerimine. Seetõttu vajab keeruka prototüübi ehitus spetsialiste, kes mõistavad lisaks üksikutele detailidele ka masina tööpõhimõtet tervikuna.
Kõike ei ole võimalik arvutiekraanil ette näha
Võimekam tarkvara ei tähenda siiski, et füüsilise masina vajadus kaoks. Üks peamisi põhjuseid on Mirko sõnul väga lihtne: päris maailm ei käitu alati nii, nagu lähteandmetest võiks eeldada. Eriti oluline on see masinate puhul, mis käitlevad mingit looduslikku materjali. Lähteinfos võib olla kirjas konkreetne mõõt, kaal või muu omadus, kuid reaalses tootmises ei ole materjal alati ühesugune.
„Töödeldav materjal on väga tihti muutuvate omadustega. Mõõt võib kõikuda, materjal võib olla kord kuivem, kord niiskem või lihtsalt natuke teistsugune kui see, mille põhjal esialgne lähteinfo koostati. Arvutis saab väga palju ette näha, aga lõpuks peab masin töötama päris materjaliga.“
Selliste muutujatega saab projekteerimisel arvestada, kuid kõiki võimalikke kombinatsioone ei ole alati mõistlik ega võimalik digitaalselt läbi simuleerida. Füüsiline prototüüp võimaldabki kontrollida, kuidas lahendus tegelikus protsessis käitub.
Häälestamist ei tasu karta
Uue masina puhul on mingi häälestamise vajadus Mirko sõnul normaalne ning tänapäevaste automatiseeritud seadmete puhul isegi vältimatu. Kiirused, kiirendused, andurite tundlikkus, ajastused ja muud parameetrid vajavad tihti reaalse protsessi juures viimast täpsustamist. Oluline on teha vahet häälestamisel ja ümberprojekteerimisel.
Hästi tehtud arenduse puhul on konstruktsioon, tööpõhimõte ja põhikomponentide valik paigas. Füüsilise masina juures otsitakse juba parimat tööpunkti ning masina kogutavad andmed võimaldavad seda teha järjest täpsemalt.
„Kõik masinad saab lõpuks tööle. Kui arenduse alguses on tehtud piisavalt inseneritööd, peaks prototüübi juures tegelema eelkõige häälestamise ja optimeerimisega.“ ütleb Mirko.
Füüsiline ja digitaalne arendus liiguvad järjest lähemale
Mirko hinnangul ei ole masinaehituse tulevik füüsilise prototüübi kadumine. Pigem liiguvad digitaalne mudel, inseneriarvutused, simulatsioon, automaatika, masina kogutavad andmed ja füüsiline katsetamine järjest tihedamalt kokku.
„Füüsikat ei ole tarkvara areng ära kaotanud. Päris masinal on endiselt päris detailid, tolerantsid, materjal ja tootmiskeskkond. Hea tootearendus tähendabki seda, et arvutis mõeldakse võimalikult palju ette ja füüsilise masinaga kontrollitakse seda, mida päris maailm juurde toob.“
Seega ei ole küsimus enam niivõrd selles, kas füüsilist prototüüpi on vaja. Küsimus on selles, mida me prototüübilt tänapäeval ootame.