avtomatsko oblikovanje

Livarne vse pogosteje sprejemajo avtomatizacijo procesov, ki temelji na podatkih, da bi dosegle dolgoročne cilje višje kakovosti, manj odpadkov, največjega časa delovanja in minimalnih stroškov. Popolnoma integrirana digitalna sinhronizacija procesov litja in oblikovanja (brezšivni livarski procesi) je še posebej dragocena za livarne, ki se soočajo z izzivi proizvodnje »just-in-time«, skrajšanih časovnih ciklov in pogostejših menjav modelov. Z avtomatiziranimi sistemi za oblikovanje in litje, ki se brezhibno povezujejo, proces litja postane hitrejši in kakovostnejši deli se proizvajajo dosledneje. Avtomatiziran proces litja vključuje spremljanje temperature litja, dovajanje cepiva in preverjanje vsakega kalupa. To izboljša kakovost vsakega ulitka in zmanjša stopnjo odpadkov. Ta celovita avtomatizacija zmanjšuje tudi potrebo po operaterjih z dolgoletnimi specializiranimi izkušnjami. Delovanje postane tudi varnejše, ker je vključenih manj delavcev. Ta vizija ni vizija prihodnosti; to se dogaja zdaj. Orodja, kot so avtomatizacija in robotika livarn, zbiranje in analiza podatkov, so se razvijala desetletja, vendar se je napredek v zadnjem času pospešil z razvojem cenovno dostopnega visokozmogljivega računalništva ter naprednih omrežnih senzorjev Industrije 4.0 in združljivih krmilnih sistemov. Rešitve in partnerji zdaj livarnam omogočajo, da ustvarijo robustno, inteligentno infrastrukturo za podporo ambicioznejšim projektom, ki združuje več prej neodvisnih podprocesov za usklajevanje njihovih prizadevanj. Shranjevanje in analiziranje procesnih podatkov, ki jih zberejo ti avtomatizirani, integrirani sistemi, odpira tudi vrata uspešnemu ciklu nenehnega izboljševanja, ki ga poganjajo podatki. Livarne lahko zbirajo in analizirajo procesne parametre s preučevanjem zgodovinskih podatkov, da bi našle korelacije med njimi in rezultati procesa. Avtomatiziran proces nato zagotavlja pregledno okolje, v katerem je mogoče vse izboljšave, ugotovljene z analizo, temeljito in hitro preizkusiti, potrditi in, kjer je to mogoče, izvesti.
Izzivi brezhibnega brizganja Zaradi trenda proizvodnje »just-in-time« morajo stranke, ki uporabljajo brizgalne linije DISAMATIC®, pogosto menjati modele med majhnimi serijami. Z uporabo opreme, kot sta samodejni menjalnik prahu (APC) ali hitri menjalnik prahu (QPC) podjetja DISA, je mogoče predloge zamenjati v samo eni minuti. Ker pride do hitrih sprememb vzorcev, se ozko grlo v procesu ponavadi premakne proti litju – čas, potreben za ročno premikanje posode za litje po spremembi vzorca. Brezhibno litje je najboljši način za izboljšanje tega koraka procesa litja. Čeprav je litje pogosto že delno avtomatizirano, popolna avtomatizacija zahteva brezhibno integracijo krmilnih sistemov brizgalne linije in polnilne opreme, tako da delujejo popolnoma sinhrono v vseh možnih obratovalnih situacijah. Da bi to zanesljivo dosegli, mora livalna enota natančno vedeti, kje je varno vliti naslednji kalup, in po potrebi prilagoditi položaj polnilne enote. Doseganje učinkovitega samodejnega polnjenja v stabilnem proizvodnem procesu istega kalupa ni tako težko. Vsakič, ko je izdelan nov kalup, se steber kalupa premakne za enako razdaljo (debelina kalupa). Na ta način lahko polnilna enota ostane v istem položaju in pripravljena za polnjenje naslednjega praznega kalupa po zaustavitvi proizvodne linije. Za kompenzacijo sprememb debeline kalupa, ki jih povzročijo spremembe stisljivosti peska, so potrebne le manjše prilagoditve položaja ulivanja. Potreba po teh finih prilagoditvah se je pred kratkim še zmanjšala zaradi novih funkcij kalupne linije, ki omogočajo, da položaji ulivanja ostanejo bolj dosledni med dosledno proizvodnjo. Po vsakem končanem ulivanju se kalupna linija premakne za en hod in namesti naslednji prazen kalup, da se začne naslednje ulivanje. Medtem se lahko polnilno napravo ponovno napolni. Pri menjavi modela se lahko debelina kalupa spremeni, kar zahteva kompleksno avtomatizacijo. Za razliko od horizontalnega postopka s peskom, kjer je višina peska fiksna, lahko vertikalni postopek DISAMATIC® prilagodi debelino kalupa na natančno debelino, ki je potrebna za vsak sklop modelov, da se ohrani konstantno razmerje med peskom in železom ter upošteva višina modela. To je velika prednost pri zagotavljanju optimalne kakovosti ulivanja in izrabe virov, vendar različne debeline kalupov otežujejo avtomatski nadzor ulivanja. Po spremembi modela začne stroj DISAMATIC® izdelovati naslednjo serijo kalupov enake debeline, vendar polnilni stroj na liniji še vedno polni kalupe prejšnjega modela, ki imajo lahko drugačno debelino kalupa. Da bi se temu izognili, morata kalupna linija in polnilna naprava delovati brezhibno kot en sinhroniziran sistem, ki izdeluje kalupe ene debeline in varno vliva drugo. Brezhibno vlivanje po spremembi vzorca. Po spremembi vzorca ostane debelina preostalega kalupa med kalupi enaka. Livniška enota, izdelana iz prejšnjega modela, ostane enaka, ker pa je novi kalup, ki prihaja iz kalupa, lahko debelejši ali tanjši, se lahko celotna vrsta v vsakem ciklu premika za različne razdalje – do debeline novega kalupa. To pomeni, da mora z vsakim hodom kalupa sistem za brezhibno vlivanje prilagoditi položaj vlivanja v pripravi na naslednji ulitek. Po vlivanju prejšnje serije kalupov debelina kalupa spet postane konstantna in se nadaljuje stabilna proizvodnja. Na primer, če je novi kalup debel 150 mm namesto kalupa z debelino 200 mm, ki se je prej še vedno vlival, se mora livalna naprava z vsakim hodom livnega stroja premakniti 50 mm nazaj proti livnemu stroju, da je v pravilnem položaju za vlivanje. Da se livalna naprava pripravi na vlivanje, ko se steber kalupov ustavi, mora krmilnik polnilne naprave natančno vedeti, v kateri kalup bo vlivala ter kdaj in kam bo prispel na območje vlivanja. Z uporabo novega modela, ki proizvaja debele kalupe, medtem ko uliva tanke kalupe, bi moral biti sistem sposoben uliti dva kalupa v enem ciklu. Na primer, pri izdelavi kalupa s premerom 400 mm in ulivanju kalupa s premerom 200 mm mora biti livalna naprava za vsak izdelan kalup oddaljena 200 mm od livnega stroja. Na neki točki bo 400 mm hod potisnila dva nenapolnjena kalupa s premerom 200 mm iz možnega območja vlivanja. V tem primeru mora livalni stroj počakati, da polnilna naprava konča z ulivanjem obeh kalupov s premerom 200 mm, preden se premakne na naslednji hod. Ali pa mora biti pri izdelavi tankih kalupov izlivnik sposoben v ciklu popolnoma preskočiti izlivanje, medtem ko še vedno vliva debele kalupe. Na primer, pri izdelavi kalupa s premerom 200 mm in ulivanju kalupa s premerom 400 mm, postavitev novega kalupa s premerom 400 mm v območje ulivanja pomeni, da je treba izdelati dva kalupa s premerom 200 mm. Sledenje, izračuni in izmenjava podatkov, ki so potrebni za integriran sistem za ulivanje in vlivanje, ki zagotavlja nemoteno avtomatizirano ulivanje, kot je opisano zgoraj, so v preteklosti predstavljali izzive za številne dobavitelje opreme. Toda zahvaljujoč sodobnim strojem, digitalnim sistemom in najboljšim praksam je mogoče (in se je) brezhibno ulivanje doseči hitro in z minimalno nastavitvijo. Glavna zahteva je neka oblika »obračunovodstva« procesa, ki zagotavlja informacije o lokaciji vsakega kalupa v realnem času. Sistem DISA Monitizer®|CIM (računalniško integrirani modul) doseže ta cilj tako, da beleži vsak izdelan kalup in spremlja njegovo gibanje skozi proizvodno linijo. Kot časovnik procesa ustvari vrsto časovno žigosanih podatkovnih tokov, ki vsako sekundo izračunajo položaj vsakega kalupa in njegove šobe na proizvodni liniji. Po potrebi si v realnem času izmenjuje podatke s krmilnim sistemom polnilnice in drugimi sistemi, da doseže natančno sinhronizacijo. Sistem DISA iz baze podatkov CIM pridobi pomembne podatke za vsak kalup, kot so debelina kalupa in ali se lahko/ne sme vliti, ter jih pošlje v krmilni sistem polnilnice. Z uporabo teh natančnih podatkov (ustvarjenih po ekstrudiranju kalupa) lahko livar premakne livalno sklop v pravilen položaj, preden kalup prispe, in nato začne odpirati zamaškovalno palico, medtem ko se kalup še premika. Kalup prispe pravočasno, da prejme železo iz livnice. Ta idealen čas je ključnega pomena, tj. talina natančno doseže livno skodelico. Čas ulivanja je pogosto ozko grlo produktivnosti, z natančnim časovnim načrtovanjem začetka ulivanja pa se lahko časi cikla skrajšajo za nekaj desetink sekunde. Sistem za ulivanje DISA v Monitizer®|CIM prenaša tudi ustrezne podatke iz livarskega stroja, kot sta trenutna velikost kalupa in tlak vbrizgavanja, ter širše procesne podatke, kot je stisljivost peska. Monitizer®|CIM nato iz polnilnice prejme in shrani parametre, ki so kritični za kakovost, za vsak kalup, kot so temperatura ulivanja, čas ulivanja ter uspešnost postopkov ulivanja in cepljenja. To omogoča, da se posamezni kalupi označijo kot slabi in ločijo pred mešanjem v stresalnem sistemu. Poleg avtomatizacije strojev za brizganje, linij za brizganje in litja Monitizer®|CIM zagotavlja okvir, skladen z Industrijo 4.0, za pridobivanje, shranjevanje, poročanje in analizo. Vodstvo livarne si lahko ogleda podrobna poročila in se poglobi v podatke, da bi spremljalo težave s kakovostjo in spodbudilo morebitne izboljšave. Ortranderjeva brezhibna izkušnja z litjem Ortrander Eisenhütte je družinska livarna v Nemčiji, specializirana za proizvodnjo srednje velikih, visokokakovostnih železnih ulitkov za avtomobilske komponente, težke peči na drva in infrastrukturo ter splošne strojne dele. Livarna proizvaja sivo litino, nodularno litino in stisnjeno grafitno litino ter proizvede približno 27.000 ton visokokakovostnih ulitkov na leto, pri čemer deluje v dveh izmenah pet dni v tednu. Ortrander upravlja štiri 6-tonske indukcijske talilne peči in tri brizgalne linije DISA, ki proizvedejo približno 100 ton ulitkov na dan. To vključuje kratke proizvodne serije, ki trajajo eno uro, včasih manj za pomembne stranke, zato je treba šablono pogosto menjati. Za optimizacijo kakovosti in učinkovitosti je izvršni direktor Bernd H. Williams-Book vložil znatna sredstva v uvedbo avtomatizacije in analitike. Prvi korak je bil avtomatizacija procesa taljenja in doziranja železa, pri čemer so nadgradili tri obstoječe livne peči z najnovejšim sistemom pourTECH, ki vključuje 3D-lasersko tehnologijo, inkubacijo in nadzor temperature. Peči, brizgalne in livne linije so zdaj digitalno krmiljene in sinhronizirane ter delujejo skoraj popolnoma samodejno. Ko brizgalni stroj spremeni model, krmilnik brizganja pourTECH povpraša sistem DISA Monitizer®|CIM o novih dimenzijah kalupa. Na podlagi podatkov DISA krmilnik brizganja izračuna, kam postaviti livno vozlišče za vsako litje. Natančno ve, kdaj prvi nov kalup prispe v polnilnico, in samodejno preklopi na novo zaporedje brizganja. Če šablona kadar koli doseže konec svojega hoda, se stroj DISAMATIC® ustavi in ​​šablona se samodejno vrne. Ko se prvi nov kalup odstrani iz stroja, je operater opozorjen, da lahko vizualno preveri, ali je v pravilnem položaju. Prednosti brezšivnega litja Tradicionalni postopki ročnega litja ali manj zapleteni avtomatizirani sistemi lahko povzročijo izgubo proizvodnega časa med menjavo modelov, kar je neizogibno tudi pri hitrih menjavah kalupov na stroju za litje. Ročno ponastavljanje izlivnega sistema in kalupov za litje je počasnejše, zahteva več operaterjev in je nagnjeno k napakam, kot je odmiranje. Ortrander je ugotovil, da so se njegovi zaposleni pri ročnem polnjenju stekleničk sčasoma utrudili, izgubili koncentracijo in delali napake, kot je popuščanje. Brezhibna integracija litja in litja omogoča hitrejše, doslednejše in kakovostnejše procese, hkrati pa zmanjšuje odpadke in izpade. Z Ortranderjem samodejno polnjenje odpravlja tri minute, ki so bile prej potrebne za prilagajanje položaja polnilne enote med menjavo modelov. Celoten postopek pretvorbe je prej trajal 4,5 minute, je povedal g. Williams-Book. Danes manj kot dve minuti. Z menjavo med 8 in 12 modelov na izmeno zaposleni v Ortranderju zdaj porabijo približno 30 minut na izmeno, kar je pol manj kot prej. Kakovost se izboljša z večjo doslednostjo in možnostjo nenehne optimizacije procesov. Ortrander je z uvedbo brezšivnega litja zmanjšal količino odpadkov za približno 20 %. Poleg zmanjšanja izpadov pri menjavi modelov celotna linija za kalupljenje in ulivanje zahteva le dve osebi namesto prejšnjih treh. V nekaterih izmenah lahko trije ljudje upravljajo dve celotni proizvodni liniji. Spremljanje je skoraj vse, kar ti delavci počnejo: razen izbire naslednjega modela, upravljanja mešanic peska in transporta taline imajo malo ročnih opravil. Druga prednost je manjša potreba po izkušenih zaposlenih, ki jih je težko najti. Čeprav avtomatizacija zahteva nekaj usposabljanja operaterjev, ljudem zagotavlja ključne informacije o procesu, ki jih potrebujejo za sprejemanje dobrih odločitev. V prihodnosti bodo morda vse odločitve sprejemali stroji. Podatkovne dividende brezšivnega litja Ko livarne poskušajo izboljšati proces, pogosto rečejo: "Isto stvar počnemo na enak način, vendar z različnimi rezultati." Zato ulivajo pri isti temperaturi in ravni 10 sekund, vendar so nekateri ulitki dobri, nekateri pa slabi. Z dodajanjem avtomatiziranih senzorjev, zbiranjem časovno označenih podatkov o vsakem procesnem parametru in spremljanjem rezultatov integriran sistem brezšivnega litja ustvari verigo povezanih procesnih podatkov, kar olajša prepoznavanje temeljnih vzrokov, ko se kakovost začne slabšati. Na primer, če se v seriji zavornih diskov pojavijo nepričakovani vključki, lahko vodje hitro preverijo, ali so parametri znotraj sprejemljivih meja. Ker krmilniki za brizgalni stroj, livarno in druge funkcije, kot so peči in mešalniki peska, delujejo usklajeno, je mogoče podatke, ki jih ustvarijo, analizirati, da se ugotovijo povezave med celotnim postopkom, od lastnosti peska do končne kakovosti površine ulitka. En možen primer je, kako nivo ulivanja in temperatura vplivata na polnjenje kalupa za vsak posamezen model. Nastala baza podatkov postavlja tudi temelje za prihodnjo uporabo avtomatiziranih tehnik analize, kot sta strojno učenje in umetna inteligenca (UI), za optimizacijo procesov. Ortrander zbira procesne podatke v realnem času prek strojnih vmesnikov, meritev senzorjev in testnih vzorcev. Za vsak ulitek kalupa se zbere približno tisoč parametrov. Prej je beležil le čas, potreben za vsako ulivanje, zdaj pa natančno ve, kakšna je raven livalne šobe vsako sekundo, kar izkušenemu osebju omogoča, da preuči, kako ta parameter vpliva na druge kazalnike, pa tudi na končno kakovost ulitka. Ali se tekočina odvaja iz livalne šobe med polnjenjem kalupa ali pa se livalna šoba med polnjenjem polni do skoraj konstantne ravni? Ortrander proizvede od tri do pet milijonov kalupov na leto in je zbral ogromno količino podatkov. Ortrander shrani tudi več slik vsakega ulitka v podatkovno bazo pourTECH za primer težav s kakovostjo. Cilj v prihodnosti je najti način za samodejno ocenjevanje teh slik. Zaključek. Sočasno avtomatizirano oblikovanje in ulivanje omogoča hitrejše procese, bolj dosledno kakovost in manj odpadkov. Z gladkim ulivanjem in samodejnim spreminjanjem vzorcev proizvodna linija deluje učinkovito avtonomno in zahteva le minimalen ročni napor. Ker ima operater nadzorno vlogo, je potrebnih manj osebja. Brezšivni ulitki se zdaj uporabljajo na mnogih mestih po svetu in se lahko uporabijo v vseh sodobnih livarnah. Vsaka livarna bo potrebovala nekoliko drugačno rešitev, prilagojeno njenim potrebam, vendar je tehnologija za njeno izvedbo dobro preizkušena, trenutno na voljo pri DISA in njenem partnerju pour-tech AB, in ne zahteva veliko dela. Izvaja se lahko delo po meri. Povečana uporaba umetne inteligence in inteligentne avtomatizacije v livarnah je še vedno v fazi testiranja, vendar se bo prehod na avtomatizacijo znatno pospešil, ko bodo livarne in proizvajalci originalne opreme v naslednjih dveh do treh letih zbrali več podatkov in dodatnih izkušenj. Ta rešitev je trenutno neobvezna, saj je podatkovna inteligenca najboljši način za optimizacijo procesov in izboljšanje dobičkonosnosti, zato večja avtomatizacija in zbiranje podatkov postajata standardna praksa in ne le eksperimentalni projekt. V preteklosti sta bili največji prednosti livarne njen model in izkušnje zaposlenih. Zdaj, ko je brezšivno litje združeno z večjo avtomatizacijo in sistemi Industrije 4.0, podatki hitro postajajo tretji steber uspeha livarne.
—Iskreno se zahvaljujemo podjetjema pour-tech in Ortrander Eisenhütte za njune komentarje med pripravo tega članka.
Da, želim prejemati dvotedensko glasilo Foundry-Planet z vsemi najnovejšimi novicami, testi in poročili o izdelkih in materialih. Plus posebna glasila – vsa z možnostjo brezplačnega preklica kadar koli.