Development of a digital twin for predicting cutting forces in turning operations

Manufacturing technologies have undergone considerable development over the last decade. Today manufacturers are forced to work with increasingly stringent demands in terms of quality and timing. The traditional concepts of lean manufacturing or six-sigma manufacturing up to date have led to quite satisfactory results in increasing productivity and reducing waste. However, considering the pace at which technologies evolve, they may soon find themselves no longer enough to meet the requirements. From this, the European project For Zero Defect Manufacturing (ForZDM) was born, which fits perfectly with the concept of Industry 4.0 and is the new paradigm aimed at replacing the old concept in this new era. The work of this thesis consists in showing the role of simulations in this ZDM paradigm. With a simulation program, we will show how the virtual digital twinning of a lathe can improve the process, avoiding collision errors and optimizing the process. In fact, the fact of working first in a virtual world shelters us from the very expensive mistakes of the real world. It will be possible to use a simulation software to simulate cutting forces and control collisions. With the cutting forces it is possible to compare the virtual model and the real one to validate the simulation. Once it is done, the next step is to improve the process.

Le tecnologie manufatturiere hanno conosciuto una evoluzione considerevole nell’ultimo decennio. Oggi ci si ritrova a lavorare con delle richieste sempre più stringenti in termini di qualità e di tempistiche. I tradizionali concetti di Lean manufacturing o six-sigma manufacturing fino ad oggi hanno portato a dei risultati abbastanza soddisfacenti nell’aumentare la produttività e nel ridurre lo scarto. Considerando però il passo con il quale le tecnologie si evolvono, potrebbero trovarsi presto a non essere più sufficienti. Da questo, nasce il progetto europeo For Zero Defect Manufacturing (ForZDM) che sposandosi perfettamente con il concetto dell’Industria 4.0 è il nuovo paradigma volto a guidare i nuovi processi manifatturieri. Il lavoro di questa tesi consiste nel mostrare il ruolo delle simulazioni in questo paradigma del ZDM. Con un programma di simulazione, verrà mostrato come il digital twinning di un banco di tornitura può migliorare il processo, evitando errori di collisione e ottimizzando il processo. Infatti, la simulazione delle lavorazioni in un mondo virtuale mette a riparo da errori molto costosi del mondo reale.