Automatic order processing in automated sheet metal manufacturing environment : Integration of MES and CAM systems
Koukkari, Timo (2020)
2020
Konetekniikan DI-tutkinto-ohjelma - Degree Programme in Mechanical Engineering, MSc (Tech)
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. Only for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-06-08
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202004304745
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202004304745
Tiivistelmä
Degree of automation in manufacturing operations is increasing to gain competitiveness. Companies have to provide configurable products in order to answer to various customer needs. These both trends can be seen from point of view of Prima Power. Prima Power is a company that manufactures sheet metal production machinery and manufacturing systems. Automation level of an average delivery project of Prima Power is increasing.
Prima Power has own software products to support its manufacturing systems. For example, a MES software is used to control manufacturing operations and a CAM software is used to create NC programs for machinery. When automation level of machinery is increasing, also the software should be connected to provide seamless digital processes. In this way, not only machinery, but entire manufacturing processes can be automated.
Sheet metal blanking work step separates parts from a sheet metal used as a raw material. Typically many parts can be fit into one sheet. The process to fit multiple parts on a raw material sheet is called nesting, which is made in a CAM software. In order to get the correct parts manufactured at the right time, nesting connects CAM process as an integral part of production planning operations.
Purpose of this thesis is to study how different sheet metal CAM software can be integrated with production planning and control of Prima Power manufacturing systems. In large systems, production planning and control is often made with a MES software. The integration of a MES and CAM software should automate required CAM operations. Integration should be made in a manner that supports different kinds of manufacturing systems and customer needs. Integration is implemented by a new integration software.
Ideas of action design research are used in order to perform requirements engineering for the new integration software. Thesis describes components of a sheet metal manufacturing environment on theoretical and practical level in order to take constraints of operational environment into account in requirements engineering. Integrations of MES and CAM systems are studied in order to learn how integration should be implemented. Existing solutions to integrate sheet metal CAM process into a production planning are examined for benchmark purposes. Potential use cases are described in order to take customer needs into account.
As a result of this thesis, the role and main processes handled by the integration software are presented. Processes are taking into account the characteristics of sheet metal manufacturing environment. Also various customer needs are taken into account by performing multiple case study of customer cases. Configurability of the software is reasoned in order to adapt processes presented into different environments. Processes presented can be used to implement the integration between different processes and software in order to provide seamless automated digital manufacturing processes. Tuotannon automaatioaste on nousemassa kilpailukyvyn saavuttamiseksi. Yritysten täytyy tarjota konfiguroitavia tuotteita, että ne voivat vastata erilaisiin asiakastarpeisiin. Nämä molemmat trendit voidaan nähdä Prima Power yrityksen näkökulmasta. Prima Power valmistaa ohutmetallin työstökoneita sekä tuotantojärjestelmiä. Prima Powerin keskimääräisen toimitusprojektin automaatioaste on nousemassa.
Prima Powerilla on omia softatuotteita työstökoneiden ja tuotantojärjestelmien tukemiseksi. Esimerkiksi MES-järjestelmää käytetään tuotannonohjauksessa ja CAM-ohjelmistoa tuottamaan NC-ohjelmia työstökoneille. Kun tuotantojärjestelmien automaatioaste nousee, myös ohjelmistot tulee yhdistää toisiinsa katkottomien digitaalisten prosessien aikaansaamiseksi. Tällä tavalla kokonaisia tuotantoprosesseja voidaan automatisoida.
Ohutlevytuotannossa kappaleen leikkaaminen ohutlevylevystä on usein ensimmäinen tuotantovaihe. Tyypillisesti useita osia voidaan leikata samasta levyarkista. Useiden osien sovittamista samalle levyarkille kutsutaan nestaamiseksi. Nestaaminen tehdään CAM-ohjelmistossa, mikä sitoo CAM-prosessin osaksi tuotannonohjausta kappaleiden oikeaaikaisen valmistamisen mahdollistamiseksi.
Tämän diplomityön tarkoitus on selvittää, miten eri ohutmetalli CAM-ohjelmistot voidaan integroida Prima Power tuotantojärjestelmien tuotannonohjauksen prosesseihin. Laajoissa tuotantojärjestelmissä tuotannonohjausta tehdään usein MES-järjestelmän avulla. MES – CAM integraation avulla tarvitut CAM-prosessit tulee automatisoida. Integraation tulee tukea erilaisia tuotantojärjestelmiä ja asiakastarpeita. Integraatio toteutetaan uuden ohjelmiston avulla.
Tutkimusmenetelmää Action design research, sovelletaan uuden ohjelmiston vaatimusmäärittelyssä. Ohutmetallituotantoympäristön komponentit kuvataan teoreettisella ja käytännön tasolla niiden asettamien vaatimusten huomioimiseksi. MES ja CAM ohjelmistojen integraatioita tutkitaan integraation suunnittelemisen tueksi. Olemassa olevia vastaavia toteutuksia tutkitaan ideoiden saamiseksi. Joukko potentiaalisia asiakasympäristöjä kuvataan asiakastarpeiden huomioimiseksi.
Tämän diplomityön tuloksena uuden ohjelmiston rooli, sekä eri prosessit MES-ohjelmiston yhdistämiseksi eri CAM-ohjelmistoihin on kuvattu. Kuvatut prosessit ottavat huomioon erilaiset ohutmetallituotantoympäristöt ja asiakastarpeet. Asiakastarpeet on huomioitu suorittamalla monitapaustutkimus erilaisista asiakastapauksista. Uuden ohjelmiston konfiguroitavuus kuvataan ohjelmiston sovittamiseksi erilaisiin tuotantoympäristöihin. Kuvattuja prosesseja voidaan käyttää ohjelmistointegraatioiden toteuttamisessa. Integraation tavoitteena on tarjota saumattomia automatisoituja digitaalisia tuotantoprosesseja.
Prima Power has own software products to support its manufacturing systems. For example, a MES software is used to control manufacturing operations and a CAM software is used to create NC programs for machinery. When automation level of machinery is increasing, also the software should be connected to provide seamless digital processes. In this way, not only machinery, but entire manufacturing processes can be automated.
Sheet metal blanking work step separates parts from a sheet metal used as a raw material. Typically many parts can be fit into one sheet. The process to fit multiple parts on a raw material sheet is called nesting, which is made in a CAM software. In order to get the correct parts manufactured at the right time, nesting connects CAM process as an integral part of production planning operations.
Purpose of this thesis is to study how different sheet metal CAM software can be integrated with production planning and control of Prima Power manufacturing systems. In large systems, production planning and control is often made with a MES software. The integration of a MES and CAM software should automate required CAM operations. Integration should be made in a manner that supports different kinds of manufacturing systems and customer needs. Integration is implemented by a new integration software.
Ideas of action design research are used in order to perform requirements engineering for the new integration software. Thesis describes components of a sheet metal manufacturing environment on theoretical and practical level in order to take constraints of operational environment into account in requirements engineering. Integrations of MES and CAM systems are studied in order to learn how integration should be implemented. Existing solutions to integrate sheet metal CAM process into a production planning are examined for benchmark purposes. Potential use cases are described in order to take customer needs into account.
As a result of this thesis, the role and main processes handled by the integration software are presented. Processes are taking into account the characteristics of sheet metal manufacturing environment. Also various customer needs are taken into account by performing multiple case study of customer cases. Configurability of the software is reasoned in order to adapt processes presented into different environments. Processes presented can be used to implement the integration between different processes and software in order to provide seamless automated digital manufacturing processes.
Prima Powerilla on omia softatuotteita työstökoneiden ja tuotantojärjestelmien tukemiseksi. Esimerkiksi MES-järjestelmää käytetään tuotannonohjauksessa ja CAM-ohjelmistoa tuottamaan NC-ohjelmia työstökoneille. Kun tuotantojärjestelmien automaatioaste nousee, myös ohjelmistot tulee yhdistää toisiinsa katkottomien digitaalisten prosessien aikaansaamiseksi. Tällä tavalla kokonaisia tuotantoprosesseja voidaan automatisoida.
Ohutlevytuotannossa kappaleen leikkaaminen ohutlevylevystä on usein ensimmäinen tuotantovaihe. Tyypillisesti useita osia voidaan leikata samasta levyarkista. Useiden osien sovittamista samalle levyarkille kutsutaan nestaamiseksi. Nestaaminen tehdään CAM-ohjelmistossa, mikä sitoo CAM-prosessin osaksi tuotannonohjausta kappaleiden oikeaaikaisen valmistamisen mahdollistamiseksi.
Tämän diplomityön tarkoitus on selvittää, miten eri ohutmetalli CAM-ohjelmistot voidaan integroida Prima Power tuotantojärjestelmien tuotannonohjauksen prosesseihin. Laajoissa tuotantojärjestelmissä tuotannonohjausta tehdään usein MES-järjestelmän avulla. MES – CAM integraation avulla tarvitut CAM-prosessit tulee automatisoida. Integraation tulee tukea erilaisia tuotantojärjestelmiä ja asiakastarpeita. Integraatio toteutetaan uuden ohjelmiston avulla.
Tutkimusmenetelmää Action design research, sovelletaan uuden ohjelmiston vaatimusmäärittelyssä. Ohutmetallituotantoympäristön komponentit kuvataan teoreettisella ja käytännön tasolla niiden asettamien vaatimusten huomioimiseksi. MES ja CAM ohjelmistojen integraatioita tutkitaan integraation suunnittelemisen tueksi. Olemassa olevia vastaavia toteutuksia tutkitaan ideoiden saamiseksi. Joukko potentiaalisia asiakasympäristöjä kuvataan asiakastarpeiden huomioimiseksi.
Tämän diplomityön tuloksena uuden ohjelmiston rooli, sekä eri prosessit MES-ohjelmiston yhdistämiseksi eri CAM-ohjelmistoihin on kuvattu. Kuvatut prosessit ottavat huomioon erilaiset ohutmetallituotantoympäristöt ja asiakastarpeet. Asiakastarpeet on huomioitu suorittamalla monitapaustutkimus erilaisista asiakastapauksista. Uuden ohjelmiston konfiguroitavuus kuvataan ohjelmiston sovittamiseksi erilaisiin tuotantoympäristöihin. Kuvattuja prosesseja voidaan käyttää ohjelmistointegraatioiden toteuttamisessa. Integraation tavoitteena on tarjota saumattomia automatisoituja digitaalisia tuotantoprosesseja.