Le nuove norme per il controllo delle macchine

1
Le nuove norme per il controllo delle macchine

• Considerazioni generali sullo sviluppo delle
  norme per lautomazione industriale

2
Attuale situazione della programmazione CN

• Lo standard attuale in fase di revisione ISO
  69831982, con ISO 8412001 per il nome degli
  assi, risale alla fine degli anni 60 ed era fatto
  per il nastro perforato.
• E stato aggiornato con una serie di aggiunte
  specifiche da parte dei principali fornitori di
  CN
• Non prevede lavorazioni ad alta velocità nello
  spazio e le traiettorie a 3D vengono suddivise
  dal CAM in una serie di segmenti rettilinei
• I dati in uscita dai sistemi CAD, utilizzati per
  la progettazione dei pezzi, devono essere
  trattati dai sistemi CAM e quindi per le
  lavorazioni a 3D trattati con processori APT
  (Automatically Programmed Tool), che generano una
  serie di dati (norme ISO3592 e 4343), chiamati
  CLData (Cutter Location data), che interpretati
  da un altro programma, chiamato postprocessor,
  diverso per ogni tipo di macchina, danno origine
  al programma finale per il CN (standard ISO
  6983).

3
Commenti sulla situazione della programmazione
delle macchine a CN

• Il processo è lungo e non corrispondente alle
  possibilità dei moderni sistemi informatici.
• Nessuna integrazione con CAD/CAM
• Difficoltà nella programmazione di superfici
  complesse, non previste dalla norma attuale e
  risolte con soluzioni particolari da ciascun
  costruttore di CN
• Nessuna integrazione con il sistema informativo
  di fabbrica ed in particolare con la
  pianificazione della officina
• Nessuna possibilità di modificare lavorazioni
  complesse in officina

4
Attuale situazione della programmazione delle
macchine di misura

• La norma esistente ISO 220932003 derivata da una
  iniziativa americana risalente al 1986, che ha
  portato alla definizione di un vocabolario per la
  comunicazione bidirezionale dei dati di misura,
  diventato quindi norma ANSI (DMIS Dimensional
  Measuring Interface Standard), è molto recente ed
  è quindi adeguata alle esigenze delle moderne
  macchine di misura e dei sistemi informatici
  direttamente connessi.
• Viene presa in considerazione solo linterfaccia
  fra la macchina ed il mondo esterno.

5
Commenti sulla situazione della programmazione
macchine di misura

• Come per il controllo numerico delle macchine la
  attuale norma DMIS continua ad essere
  focalizzata sullinterfaccia fra macchina di
  misura e mondo esterno.
• Non è prevista una effettiva integrazione con i
  sistemi CAD
• Nessuna integrazione con le macchine per la
  lavorazione del pezzo
• Nessuna possibilità di operare in ciclo chiuso
  con la lavorazione

6
Lavori internazionali per la definizione di una
nuova norma per il controllo numerico

• I lavori sono iniziati a metà degli anni 90 su
  iniziativa europea (Germania, Svizzera),
  americana (USA con NIST) ed italiana (con
  UNINFO). Si sono quindi aggiunti i giapponesi ed
  i coreani.
• Un primo esame da parte del gruppo di lavoro del
  sottocomitato TC184/SC1 delle iniziative di
  normazione in atto nel TC 184 ha evidenziato
  limportanza della norma STEP (STandard for the
  Exchange of Product model data) , per quanto
  riguardava le definizioni della geometria dei
  pezzi da lavorare e si è quindi deciso di
  approfondire lanalisi di tale norma.

7
Evoluzione della norma STEP-NC

• Il comitato TC184/SC1 si è reso subito conto
  delle possibilità date da STEP, in particolare
  per il suo modello dei dati geometrici, che è
  stato molto ben certificato dalle prime
  implementazioni, ed ha quindi sviluppato in tale
  direzione i suoi lavori.
• E stata quindi definita, utilizzando le parti di
  STEP utili a tale scopo, ununica struttura
  standard di dati per i diversi sistemi CAD, CAM e
  CNC che devono scambiarsi i dati.
• I diversi tipi di informazione (geometriche,
  tecnologiche, lavorazioni di macchina) sono state
  separate in modo da permettere una più facile
  interattività con gli operatori.
• Il modello dati implementato è diventato la norma
  ISO 14649 12003 e -102004 e successive parti.
• La sperimentazione sta andando avanti con
  linterpretazione di tale modello secondo le
  regole delle prime implementazioni di STEP da
  parte dellindustria aerospaziale (protocollo di
  applicazione AP238 e norma ISO 10303 2382007).

8
ISO 14649 Interfaccia con CAD/CAM

9
ISO 14649 - Unica base dati spartita

10
ISO 14649 - Struttura dello standard

11
Attività italianaFoto presa a Zogno (BG) nel
2001 - Macchina CMS, controllo OSAI e lavorazione
con nuovo standard
12
PROGETTI INTERNAZIONALI
13
Ibusuki July 2-4, 2007

• Integrated Machining and Measurement
• Participants
• STEP Tools, USA
• Boeing, USA
• NIST, USA
• Airbus, France
• Université Bordeaux, France
• Sandvik Tooling, Sweden
• Fanuc, Japan
• Milestones
• Workpiece with AP-203e2/AP-238 tolerances and
  datums
• High speed machining
• Generation of DMIS inspection code from AP-238
• Part machined at NIST, U.Bordeaux, and Sandvik
• Part measured using DMIS (Sandvik), Renishaw
  cycles (NIST), MH cycles (Bordeaux)
• FANUC ISO 14649 demonstration

The new ST-Machine
14
Hartford October 1-2, 2008

• Five axis closed loop machining
• Participants
• STEP Tools, USA
• CCAT, USA
• Boeing, USA
• UTRC, USA
• Mitutoyo, USA
• Concepts NREC, USA
• Sandvik Tooling, Sweden
• Milestones
• Impeller machining
• Workingstep reuse across blades
• Measurement using PHARO Arm
• Model extensions for curve measurement
• First use of Machine tool model

15
Kirkland May 15, 2009

• Laser scanning and mold measurement
• Participants
• STEP Tools, USA
• Mitutoyo, USA
• Micro Encoder, USA
• CCAT, USA
• Boeing, USA
• NIST, USA
• Als Rod Shop, USA
• KTH, Sweden
• Scania, Sweden
• U.Bath, UK
• Milestones
• Measurement of Catia AP-203e2 tolerances using
  CMM probe
• Measurement of Catia AP-203e2 tolerances using
  laser scanning

16
Situazione ad oggi

• I lavori di STEP-NC dimostrano che lattenzione
  si è spostata dalla definizione delle interfacce
  fra i diversi sistemi alla utilizzazione di una
  base dati comune in modo da permettere un facile
  scambio dati fra i diversi sistemi.
• E perciò essenziale, per capire i concetti
  fondamentali introdotti dalle nuove norme per il
  controllo delle macchine, considerare la norma
  STEP generale.
• Questo fatto è stato molto bene evidenziato da
  SIEMENS allultima EMO 2009 a Milano, dove è
  stato pubblicizzato il concetto di PLM (Product
  Lifecycle Management), cioè la strategia di
  innovazione delle aziende basata sulla creazione
  di un archivio dati comune e condiviso per tutti
  i dati di prodotto dalla progettazione alla
  manutenzione.
• Tale archivio è lobiettivo di STEP, in
  particolare del gruppo di sviluppo del protocollo
  AP239, standard ISO 10303 239 2005,
  (Industrial automation systems and integration
  Product data representation and exchange Part
  239 Product Life Cycle Support ), attualmente in
  revisione, anche se oggi citare STEP non è più
  di moda.

17
Dal sito web di SIEMENS
18
Breve storia della norma STEP

• La nuova norma internazionale ISO 10303,
  conosciuta con il nome STEP è stata concepita
  allinizio (da fine anni 80 allinizio anni 90)
  per scambiare i dati fra sistemi CAD diversi ed
  avere quindi una norma internazionale al posto
  delle norme nazionali esistenti (IGES, americana,
  SET, francese, VDAFS, tedesca).
• Allo sviluppo di STEP hanno contribuito parecchie
  centinaia di esperti delle principali aziende
  internazionali in particolar modo dei settori
  aerospaziale, automobilistico e militare.
• Il proseguire dei lavori negli anni 90 ha reso
  evidente che lo scambio dei dati di prodotto
  permesso dalla norma non era limitato ai dati
  geometrici, ma che la applicazione della norma
  poteva permettere lo scambio di tutti i dati di
  prodotto generati durante tutto il suo ciclo di
  vita.
• Si è passati perciò con il lavoro di centinaia di
  esperti, ciascuno concentrato sui propri
  problemi, a comporre come un enorme puzzle tutte
  le tessere necessarie alla definizione della
  struttura dati necessaria per realizzare PLM,
  partendo dallo scambio dei dati geometrici. Il
  tutto senza soluzione di continuità e senza che
  il fatto venisse notato anche dagli addetti ai
  lavori,.

19
Evoluzione di STEP

• Si è passati da singoli protocolli di
  applicazione, alla interoperabilità fra diversi
  protocolli allattuale sistema modulare,
  comprendente un gran numero di singoli moduli,
  che costituiscono le tessere di un enorme
  puzzle, con cui si possono creare modelli
  diversi, ma compatibili fra loro, in modo da
  comprendere tutte le attività industriali che
  interessano.
• Oggi (2009) i moduli partono dal TS 10303-1001
  ed arrivano al TS 10303 1782 (esistono
  ovviamente dei buchi nella numerazione, ma non
  molti) con qualche problema di aggiornamento e
  manutenzione.

20
Cosa significa definire una base di dati

• Una base di dati è un insieme di informazioni
  strutturata in modo da consentire laccesso e la
  gestione dei dati stessi (inserimento,
  cancellazione, modifica) ai diversi utenti
  interessati.
• Il modo ancora attualmente più usato è quello
  relazionale, in cui i dati sono rappresentati
  mediante tabelle e relazioni fra esse. Con tale
  metodologia si cercherà di far capire anche ai
  non addetti ai lavori limportanza della norma
  STEP e le sue implicazioni anche per quanto
  riguarda il controllo delle macchine.
• La struttura di STEP è in realtà basata su
  concetti fondamentali e quindi non legata
  allevoluzione delle tecnologie informatiche, per
  cui può essere anche considerata orientata agli
  oggetti ed anche, come verrà successivamente
  mostrato, basata su strutture semantiche, ma gli
  esempi basati sullaspetto relazionale sono più
  facili da realizzare e diffondere a livello degli
  esperti di trattamento dati delle industrie
  meccaniche.
• STEP è un insieme di definizioni di entità (o
  concetti), dotate di diversi attributi e
  delle loro relazioni.

21
Rappresentazione in STEP del modello dati

• Ogni concetto (entità) viene rappresentato con un
  rettangolo
• Ogni entità può avere relazioni con altre entità
  o mediante i propri attributi oppure tramite
  relazioni gerarchiche di SUPERTIPO o SOTTOTIPO.
• Le relazioni mediante attributi sono
  rappresentate in EXPRESS-G mediante linee sottili
  (tratteggiate se lattributo è opzionale). Il
  verso della relazione è rappresentato con un
  piccolo cerchio attaccato al rettangolo, che
  rappresenta lentità verso cui si ha la
  relazione.
• A fianco della linea viene scritto il nome
  dellattributo.
• Quando una entità ha SUPERTIPI o SOTTOTIPI viene
  detta complessa ed un supertipo permette di
  raccogliere le proprietà che sono comuni a più
  sottotipi.
• Un sottotipo possiede i suoi propri attributi ed
  eredita gli attributi di tutti i suoi supertipi.
• Un esempio è nella diapositiva seguente, che
  rappresenta alcuni attributi e relazioni delle
  entità automobile e persona (ovviamente nella
  realtà gli attributi di automobile e di persona
  sono molti di più).

22
Rappresentazione grafica con EXPRESS-G

• Un automobile è un sottotipo di veicolo.
• Un auto ha come attributi modello, che è una
  stringa di caratteri, e proprietario, che è una
  persona.
• Una persona è un supertipo di uomo o donna.
• Una persona ha come attributo un numero variabile
  da 0 a n di figli.
• I figli sono persone.
• Le persone hanno come attributo il nome, che è
  una stringa di caratteri.
• Uomo e donna ereditano tutti gli attributi di
  persona.
• Si può indicare che oltre la relazione diretta si
  può avere anche la relazione inversa, che per
  alcune relazioni è più semplice da utilizzare.
• Spesso nei SUPERTIPI compare lindicazione (ABS).
  Questo significa che il SUPERTIPO è astratto
  cioè non esiste nessun SUPERTIPO che non sia uno
  dei suoi SOTTOTIPI un esempio può essere
  persona, che comprende solo tutti gli uomini e
  tutte le donne, mentre non esiste nessuna persona
  che non sia o uomo o donna (almeno fino a quando
  non si prendono in considerazione altri sessi).

23
Utilizzazione del modello dati di STEP

• Levoluzione di STEP illustrata nella
  diapositiva numero 17 evidenzia il fatto che la
  nuova norma per il controllo numerico nasce
  insieme alla creazione di una struttura dati tale
  da permettere un archivio comune di tutte le
  informazioni concernenti i prodotti e tutto il
  loro ciclo di vita dalla progettazione alla
  fabbricazione (con gli strumenti per produrre e
  controllare i pezzi prodotti), alla vendita e
  alla manutenzione.
• Su tale archivio per elaborare i dati operano
  diversi sistemi informatici e la macchina
  utensile a controllo numerico può essere
  considerata come uno di questi sistemi.
• Per capire in pratica come funziona la norma è
  utile trasformare in una base dati (insieme di
  tabelle con relazioni) le definizioni della
  norma.
• Come semplice esercitazione vediamo quindi come
  trasformare lesempio precedente in una base dati
  (nel nostro caso una base dati Microsoft Access)
  una tabella per ogni entità, più tabelle
  ausiliarie per selezioni e cardinalità multiple.

24
Base dati Microsoft Access ottenuta dallesempio
EXPRESS
25
Analisi possibile da parte delle aziende del
modello dati proposto da STEP

• Per giudicare la rispondenza del modello alle
  specifiche esigenze aziendali occorre pensare il
  modello come una base dati con cui scambiare
  tutti i dati contenuti nei diversi sistemi
  informatici.
• Lo scambio deve essere visto come bidirezionale,
  ossia occorre pensare a come costruire traduttori
  dati sia nel verso sistemi aziendaligtmodello sia
  nel verso opposto.
• Il modello standard deve ovviamente essere
  previsto per contenere in modo facile e
  comprensibile tutti i dati necessari al
  funzionamento dei diversi sistemi informatici
  utilizzati dallazienda, dal CAD per la
  progettazione, ai CAM per la programmazione dei
  controlli numerici ai sistemi per la gestione
  della produzione e dellazienda.
• Se tale premessa è verificata, il che sarà dovuto
  solo alle capacità e allesperienza degli
  esperti, che hanno sviluppato e stanno
  sviluppando la norma, perché non è stata finora
  stabilita una ragione teorica che garantisca a
  priori tale fatto, il modello dati permetterà
  lintegrazione dei vari sistemi informatici ed il
  raggiungimento degli obiettivi illustrati.
• Un primo risultato molto importante del lavoro di
  mappatura nello standard di tutti i dati
  aziendali è il recupero, lorganizzazione,
  larchiviazione e la possibilità di
  riutilizzazione e di condivisione di tutti i dati
  aziendali esistenti.
• Le possibilità date dalla integrazione delle
  diverse informazioni, che nel nostro caso
  comprendono anche le caratteristiche degli
  utensili (TC29) e delle macchine (TC39), devono
  ancora essere esplorate e possono essere anche
  superiori alle aspettative, come è illustrato
  dallesempio seguente.

26
Uso moderno di modelli dati come Ontologie
(oggi molto alla moda)

• Secondo i concetti illustrati dalla Università di
  Stanford una Ontologia definisce un
  vocabolario comune per ricercatori che hanno
  necessità di condividere informazioni in un certo
  dominio.
• Un modello dati STEP può essere considerato una
  Ontologia e la sua popolazione con i dati
  dellimpresa la corrispondente base di conoscenza
  (Knowledge base).
• Con questa visione il lavoro fatto dagli esperti
  del TC184 sul modello dati per tutto il ciclo di
  vita del prodotto, compreso il lavoro per STEP
  NC, può essere considerato come uno studio per
  la definizione di una Ontologia del settore
  industriale meccanico, e per la rappresentazione
  della base di conoscenza di ogni impresa con la
  popolazione della Ontologia definita.
• Questa più moderna interpretazione della nostra
  attività di normazione può aprire nuove
  prospettive con la possibilità di usare le più
  moderne tecnologie informatiche e non va
  considerata solo un cambio di nome.
• Tutto il lavoro precedentemente fatto in ambiente
  STEP con i modelli dati in EXPRESS può essere
  facilmente trasferito nel programma creato dalla
  Università di Stanford per le Ontologie e le Basi
  di Conoscenza, chiamato Protégé (le entità sono
  le classi, gli attributi sono gli slots).

27
Vantaggi dati dalluso di ontologie

• Ci sono differenti programmi accessori o
  plug-ins per Protégé.
• JADE (Java Agent DEvelopment framework) è un
  sistema software sviluppato in italia dai
  laboratori di Telecom (http//sharon.cselt.it/proj
  ects/jade/ ) implementato completamente in Java.
• Un esempio di agente, sviluppato dal prof.
  Silvano Rivoira del Politecnico di Torino, é
  Sommelier.
• In Protégé è stato sviluppato ed instanziato un
  modello dati concernente i vini, i cibi e le loro
  caratteristiche secondo LAssociazione Italiana
  Sommelier per i vini e lassociazione Gourmet per
  i cibi.
• La regola per combinare vini e cibi è scritta con
  Jess e Jesstab (altri plug-ins di Protégé).
• Immaginate per lapplicazione di questo strumento
  di avere un ristorante e come fornitori del vino
  tre enoteche.
• Tutti (ristorante ed enoteche) hanno il modello
  dati per vini e cibi e condividono lagente
  Sommelier.
• Il ristorante ha una cena importante e manda
  usando lagente Sommelier una richiesta di
  proposta CFP, (call for proposal) con il
  numero del piatto principale del menu.
• Utilizzando le regole scritte in Jess lagente
  esplora i database delle enoteche per trovare i
  vini che più si accoppiano al cibo del menù e
  porta indietro al ristorante le proposte di ogni
  enoteca (figure successive).
• Questo moderno approccio ai modelli dati ed ai
  dati in essi contenuti (Ontologie e relative
  Basi di conoscenza) appare molto potente e dà
  una idea delle potenzialità ancora inesplorate
  date dalluso di modelli dati comuni e standard.
  In questo esempio però è necessario oltre che la
  struttura dei dati definire nello standard anche
  le unità e le modalità di misura.

28
Base dati con le caratteristiche dei vini
29
Proposta per menù 24 (gamberi di fiume gt
Verdicchio 92 di armonia)

30
Nota 1 (Citazione attività italiana e ontologia
da CNR)
31
Da articolo CNR (Nicola Guarino)

• Modellazione logica della conoscenza di prodotto
• problemi e prospettive
• Nicola Guarino
• LADSEB-CNR
• Corso Stati Uniti, 4 - 35127 Padova
• guarino_at_ladseb.pd.cnr.it
• http//www.ladseb.pd.cnr.it/infor/Ontology/ontolog
  y.html
• 1. Introduzione
• In una qualunque azienda di tipo manifatturiero,
  la necessità di rappresentare in modo integrato,
  dettagliato e flessibile la conoscenza di
  prodotto appare oggi fuori discussione.
• Una prima risposta a questo problema è
  costituita dalladozione di uno standard
  sufficientemente generale per la rappresentazione
  della conoscenza di prodotto la norma ISO-10303,
  (conosciuta come STEP, STandard for the Exchange
  of Product data) è finalizzata proprio alla
  integrazione e riutilizzazione di tale
  conoscenza, e
• Il progetto in corso presso il LADSEB-CNR di
  Padova riguarda proprio la definizione di un
  interfaccia logica per lo standard STEP (o per
  alcune delle sue parti), che contribuisca a una
  migliore definizione della semantica dello
  standard stesso e che faciliti lintegrazione di
  componenti intelligenti.
• Per maggiori informazioni sulle iniziative
  riguardanti ladozione dello standard STEP in
  Italia, si può contattare il responsabile della
  commissione CeSTEP presso UNINFO, ing. Luciano
  Lauro, email uninfo_at_polito.it

32
Nota 2 (citazione attività italiana)
33
Nota 3 (Libro su STEP - NC)
34
Nota 4 (da libro citato esempio analogo al nostro)
35
Riferimenti utili

• Informazioni sul progetto STEP-NC si trovano
  allindirizzo http//www.steptools.com
• Informazioni generali sulla integrazione dei
  sistemi di controllo si trovano agli indirizzi
• http//www.plcs-resources.org/
• http//www.eurostep.com/
• http//www.epmtech.jotne.com/
• http//www.plm.automation.siemens.com/it_it/about
  _us/success/index.shtml
• Per avere informazioni generali su STEP in
  italiano ed una serie di riferimenti ai siti in
  cui trovare informazioni su STEP può essere utile
  andare al mio indirizzo
• http//xoomer.virgilio.it/luciano.lauro/