automatsko oblikovanje

Ljevaonice sve više usvajaju automatizaciju procesa vođenu podacima kako bi postigle dugoročne ciljeve veće kvalitete, manje otpada, maksimalnog vremena rada i minimalnih troškova. Potpuno integrirana digitalna sinkronizacija procesa lijevanja i oblikovanja (bešavno lijevanje) posebno je vrijedna za ljevaonice koje se suočavaju s izazovima proizvodnje "točno na vrijeme", smanjenih ciklusa i češćih promjena modela. S automatiziranim sustavima za oblikovanje i lijevanje koji se besprijekorno povezuju, proces lijevanja postaje brži, a dijelovi više kvalitete proizvode se dosljednije. Automatizirani proces lijevanja uključuje praćenje temperature lijevanja, kao i doziranje materijala za inokulaciju i provjeru svakog kalupa. To poboljšava kvalitetu svakog odljevka i smanjuje stopu otpada. Ova sveobuhvatna automatizacija također smanjuje potrebu za operaterima s dugogodišnjim specijaliziranim iskustvom. Operacije također postaju sigurnije jer je ukupno uključeno manje radnika. Ova vizija nije vizija budućnosti; to se događa sada. Alati poput automatizacije i robotike u ljevaonicama, prikupljanja i analize podataka razvijali su se desetljećima, ali napredak se nedavno ubrzao razvojem pristupačnog visokoučinkovitog računarstva i naprednih umreženih senzora Industrije 4.0 i kompatibilnih upravljačkih sustava. Rješenja i partneri sada omogućuju ljevaonicama stvaranje robusne, inteligentne infrastrukture za podršku ambicioznijim projektima, okupljajući više prethodno neovisnih podprocesa kako bi koordinirali svoje napore. Pohranjivanje i analiziranje procesnih podataka prikupljenih ovim automatiziranim, integriranim sustavima također otvara vrata uspješnom ciklusu kontinuiranog poboljšanja temeljenog na podacima. Ljevaonice mogu prikupljati i analizirati procesne parametre ispitivanjem povijesnih podataka kako bi pronašle korelacije između njih i rezultata procesa. Automatizirani proces zatim pruža transparentno okruženje u kojem se sva poboljšanja identificirana analizom mogu temeljito i brzo testirati, validirati i, gdje je to moguće, implementirati.
Izazovi besprijekornog lijevanja Zbog trenda proizvodnje "na vrijeme", kupci koji koriste DISAMATIC® linije za lijevanje često moraju često mijenjati modele između malih serija. Korištenjem opreme kao što je automatski mjenjač praha (APC) ili brzi mjenjač praha (QPC) tvrtke DISA, predlošci se mogu promijeniti za samo jednu minutu. Kako dolazi do brzih promjena uzorka, usko grlo u procesu obično se pomiče prema lijevanju - vrijeme potrebno za ručno pomicanje međulonca za lijevanje nakon promjene uzorka. Bešavno lijevanje najbolji je način za poboljšanje ovog koraka procesa lijevanja. Iako je lijevanje često već djelomično automatizirano, potpuna automatizacija zahtijeva besprijekornu integraciju upravljačkih sustava linije za lijevanje i opreme za punjenje tako da rade potpuno sinkronizirano u svim mogućim radnim situacijama. Da bi se to pouzdano postiglo, jedinica za lijevanje mora točno znati gdje je sigurno izliti sljedeći kalup i, ako je potrebno, prilagoditi položaj jedinice za punjenje. Postizanje učinkovitog automatskog punjenja u stabilnom proizvodnom procesu istog kalupa nije tako teško. Svaki put kada se izrađuje novi kalup, stupac kalupa pomiče se za istu udaljenost (debljina kalupa). Na taj način, jedinica za punjenje može ostati u istom položaju, spremna za punjenje sljedećeg praznog kalupa nakon što se proizvodna linija zaustavi. Potrebna su samo manja podešavanja položaja izlijevanja kako bi se kompenzirale promjene debljine kalupa uzrokovane promjenama kompresibilnosti pijeska. Potreba za ovim finim podešavanjem nedavno je dodatno smanjena zahvaljujući novim značajkama linije za kalupljenje koje omogućuju da položaji izlijevanja ostanu konzistentniji tijekom konzistentne proizvodnje. Nakon što je svako izlijevanje završeno, linija za kalupljenje se ponovno pomiče za jedan potez, postavljajući sljedeći prazan kalup na mjesto za početak sljedećeg izlijevanja. Dok se to događa, uređaj za punjenje može se ponovno napuniti. Prilikom promjene modela, debljina kalupa može se promijeniti, što zahtijeva složenu automatizaciju. Za razliku od horizontalnog procesa s kutijom s pijeskom, gdje je visina kutije s pijeskom fiksna, vertikalni DISAMATIC® proces može prilagoditi debljinu kalupa točnoj debljini potrebnoj za svaki skup modela kako bi se održao konstantan omjer pijeska i željeza te uzela u obzir visina modela. Ovo je velika prednost u osiguravanju optimalne kvalitete lijevanja i iskorištenja resursa, ali različite debljine kalupa otežavaju automatsku kontrolu lijevanja. Nakon promjene modela, DISAMATIC® stroj počinje proizvoditi sljedeću seriju kalupa iste debljine, ali stroj za punjenje na liniji i dalje puni kalupe prethodnog modela, koji mogu imati drugačiju debljinu kalupa. Kako bi se to suzbilo, linija za kalupljenje i postrojenje za punjenje moraju besprijekorno raditi kao jedan sinkronizirani sustav, proizvodeći kalupe jedne debljine i sigurno izlijevajući drugu. Besprijekorno izlijevanje nakon promjene uzorka. Nakon promjene uzorka, debljina preostalog kalupa između strojeva za kalupljenje ostaje ista. Jedinica za izlijevanje izrađena od prethodnog modela ostaje ista, ali budući da novi kalup koji izlazi iz stroja za kalupljenje može biti deblji ili tanji, cijeli niz može napredovati na različitim udaljenostima u svakom ciklusu - do debljine novog kalupa. To znači da sa svakim hodom stroja za kalupljenje, sustav bešavnog lijevanja mora prilagoditi položaj lijevanja u pripremi za sljedeće odlijevanje. Nakon što se izlije prethodna serija kalupa, debljina kalupa ponovno postaje konstantna i nastavlja se stabilna proizvodnja. Na primjer, ako je novi kalup debljine 150 mm umjesto kalupa debljine 200 mm koji se prethodno još uvijek izlijevao, uređaj za izlijevanje mora se pomaknuti 50 mm unatrag prema stroju za izlijevanje sa svakim potezom stroja za izlijevanje kako bi bio u ispravnom položaju za izlijevanje. Da bi se postrojenje za izlijevanje pripremilo za izlijevanje kada se stup kalupa prestane pomicati, kontroler postrojenja za punjenje mora točno znati u koji će kalup izlijevati te kada i gdje će stići u područje izlijevanja. Korištenjem novog modela koji proizvodi debele kalupe dok lijeva tanke kalupe, sustav bi trebao biti u mogućnosti izlijevati dva kalupa u jednom ciklusu. Na primjer, pri izradi kalupa promjera 400 mm i izlijevanju kalupa promjera 200 mm, uređaj za izlijevanje mora biti udaljen 200 mm od stroja za izlijevanje za svaki izrađeni kalup. U nekom trenutku, potez od 400 mm će izgurati dva nenapunjena kalupa promjera 200 mm iz mogućeg područja izlijevanja. U tom slučaju, stroj za izlijevanje mora pričekati dok uređaj za punjenje ne završi izlijevanje dva kalupa od 200 mm prije nego što prijeđe na sljedeći potez. Ili, pri izradi tankih kalupa, izlijevatelj mora biti u mogućnosti potpuno preskočiti izlijevanje u ciklusu dok i dalje izlijeva debele kalupe. Na primjer, pri izradi kalupa promjera 200 mm i izlijevanju kalupa promjera 400 mm, postavljanje novog kalupa promjera 400 mm u područje izlijevanja znači da je potrebno izraditi dva kalupa promjera 200 mm. Praćenje, izračuni i razmjena podataka potrebni za integrirani sustav oblikovanja i izlijevanja kako bi se osiguralo besprijekorno automatizirano izlijevanje, kao što je gore opisano, predstavljali su izazove za mnoge dobavljače opreme u prošlosti. No, zahvaljujući modernim strojevima, digitalnim sustavima i najboljim praksama, besprijekorno izlijevanje može se (i postiže se) brzo uz minimalno postavljanje. Glavni zahtjev je neki oblik "knjigovodstva" procesa, pružajući informacije o lokaciji svakog kalupa u stvarnom vremenu. DISA-in Monitizer®|CIM (računalno integrirani modul) sustav postiže taj cilj snimanjem svakog izrađenog kalupa i praćenjem njegovog kretanja kroz proizvodnu liniju. Kao mjerač vremena procesa, generira niz vremenski označenih tokova podataka koji svake sekunde izračunavaju položaj svakog kalupa i njegove mlaznice na proizvodnoj liniji. Ako je potrebno, razmjenjuje podatke u stvarnom vremenu sa sustavom upravljanja postrojenjem za punjenje i drugim sustavima kako bi se postigla precizna sinkronizacija. DISA sustav izvlači važne podatke za svaki kalup iz CIM baze podataka, kao što su debljina kalupa i može li se/ne može li se izlijevati, te ih šalje u sustav upravljanja postrojenjem za punjenje. Koristeći ove točne podatke (generirane nakon što je kalup ekstrudiran), izljevačica može pomaknuti sklop za izlijevanje u ispravan položaj prije dolaska kalupa, a zatim početi otvarati čep dok se kalup još pomiče. Kalup stiže na vrijeme da primi željezo iz postrojenja za izlijevanje. Ovo idealno vrijeme je ključno, tj. talina točno doseže čašicu za izlijevanje. Vrijeme izlijevanja je uobičajeno usko grlo produktivnosti, a savršenim tempiranjem početka izlijevanja, vrijeme ciklusa može se smanjiti za nekoliko desetinki sekunde. DISA sustav za kalupljenje također prenosi relevantne podatke iz stroja za kalupljenje, kao što su trenutna veličina kalupa i tlak ubrizgavanja, kao i šire procesne podatke kao što je kompresibilnost pijeska, u Monitizer®|CIM. Monitizer®|CIM zauzvrat prima i pohranjuje parametre kritične za kvalitetu za svaki kalup iz postrojenja za punjenje, kao što su temperatura lijevanja, vrijeme lijevanja i uspjeh procesa lijevanja i inokulacije. To omogućuje označavanje pojedinačnih oblika kao loših i odvajanje prije miješanja u sustavu za miješanje. Osim automatizacije strojeva za kalupljenje, linija za kalupljenje i lijevanja, Monitizer®|CIM pruža okvir kompatibilan s Industrijom 4.0 za prikupljanje, pohranu, izvještavanje i analizu. Uprava ljevaonice može pregledavati detaljna izvješća i detaljno analizirati podatke kako bi pratila probleme s kvalitetom i potaknula potencijalna poboljšanja. Ortranderovo besprijekorno iskustvo lijevanja Ortrander Eisenhütte je obiteljska ljevaonica u Njemačkoj koja je specijalizirana za proizvodnju srednje velikih, visokokvalitetnih odljevaka od željeza za automobilske komponente, teške peći na drva i infrastrukturu te opće dijelove strojeva. Ljevaonica proizvodi sivo lijevano ... Ortrander upravlja s četiri indukcijske peći za taljenje od 6 tona i trima DISA linijama za kalupljenje, proizvodeći otprilike 100 tona odljevaka dnevno. To uključuje kratke proizvodne cikluse od jednog sata, ponekad i manje za važne klijente, pa se predložak mora često mijenjati. Kako bi optimizirao kvalitetu i učinkovitost, izvršni direktor Bernd H. Williams-Book uložio je značajna sredstva u implementaciju automatizacije i analitike. Prvi korak bio je automatizacija procesa taljenja i doziranja željeza, nadogradnja tri postojeće peći za lijevanje korištenjem najnovijeg sustava pourTECH, koji uključuje 3D lasersku tehnologiju, inkubaciju i kontrolu temperature. Peći, linije za kalupljenje i lijevanje sada su digitalno kontrolirane i sinkronizirane, radeći gotovo potpuno automatski. Kada stroj za kalupljenje promijeni model, kontroler izlijevanja pourTECH upituje DISA Monitizer®|CIM sustav za nove dimenzije kalupa. Na temelju DISA podataka, kontroler izlijevanja izračunava gdje postaviti čvor za izlijevanje za svako izlijevanje. Točno zna kada prvi novi kalup stigne u tvornicu za punjenje i automatski prelazi na novi slijed izlijevanja. Ako alat u bilo kojem trenutku dosegne kraj svog hoda, stroj DISAMATIC® se zaustavlja i alat se automatski vraća. Kada se prvi novi kalup izvadi iz stroja, operater se obavještava kako bi vizualno mogao provjeriti je li u ispravnom položaju. Prednosti bešavnog lijevanja Tradicionalni procesi ručnog lijevanja ili manje složeni automatizirani sustavi mogu rezultirati gubitkom vremena proizvodnje tijekom promjena modela, što je neizbježno čak i kod brzih promjena kalupa na stroju za oblikovanje. Ručno resetiranje izljevnika i kalupa za izlijevanje je sporije, zahtijeva više operatera i sklono je pogreškama poput odskakivanja. Ortrander je otkrio da su se pri ručnom punjenju u boce njegovi zaposlenici na kraju umorili, izgubili koncentraciju i pravili pogreške, poput opuštanja. Besprijekorna integracija oblikovanja i izlijevanja omogućuje brže, dosljednije i kvalitetnije procese uz smanjenje otpada i zastoja. S Ortranderom, automatsko punjenje eliminira tri minute koje su prije bile potrebne za podešavanje položaja jedinice za punjenje tijekom promjena modela. Cijeli proces pretvorbe prije je trajao 4,5 minute, rekao je g. Williams-Book. Danas manje od dvije minute. Mijenjajući između 8 i 12 modela po smjeni, zaposlenici Ortrandera sada provode oko 30 minuta po smjeni, što je upola manje nego prije. Kvaliteta se poboljšava većom dosljednošću i mogućnošću kontinuirane optimizacije procesa. Ortrander je smanjio otpad za otprilike 20% uvođenjem bešavnog lijevanja. Osim smanjenja zastoja pri promjeni modela, cijela linija za oblikovanje i lijevanje zahtijeva samo dvije osobe umjesto prethodne tri. U nekim smjenama tri osobe mogu upravljati dvjema kompletnim proizvodnim linijama. Praćenje je gotovo sve što ovi radnici rade: osim odabira sljedećeg modela, upravljanja mješavinama pijeska i transporta taline, imaju malo ručnih zadataka. Druga prednost je smanjena potreba za iskusnim zaposlenicima, koje je teško pronaći. Iako automatizacija zahtijeva određenu obuku operatera, ona ljudima pruža ključne informacije o procesu koje su im potrebne za donošenje dobrih odluka. U budućnosti bi strojevi mogli donositi sve odluke. Dividende podataka od bešavnog lijevanja Kada pokušavaju poboljšati proces, ljevaonice često kažu: "Radimo istu stvar na isti način, ali s različitim rezultatima." Stoga liju na istoj temperaturi i razini 10 sekundi, ali neki odljevci su dobri, a neki loši. Dodavanjem automatiziranih senzora, prikupljanjem vremenski označenih podataka o svakom parametru procesa i praćenjem rezultata, integrirani sustav bešavnog lijevanja stvara lanac povezanih procesnih podataka, što olakšava prepoznavanje uzroka kada se kvaliteta počne pogoršavati. Na primjer, ako se u seriji kočionih diskova pojave neočekivane inkluzije, menadžeri mogu brzo provjeriti jesu li parametri unutar prihvatljivih granica. Budući da kontroleri za stroj za kalupljenje, ljevaonicu i druge funkcije poput peći i miješalica pijeska rade usklađeno, podaci koje generiraju mogu se analizirati kako bi se identificirali odnosi tijekom cijelog procesa, od svojstava pijeska do konačne kvalitete površine odljevka. Jedan mogući primjer je kako razina izlijevanja i temperatura utječu na punjenje kalupa za svaki pojedinačni model. Dobivena baza podataka također postavlja temelje za buduću upotrebu automatiziranih tehnika analize poput strojnog učenja i umjetne inteligencije (AI) za optimizaciju procesa. Ortrander prikuplja podatke o procesu u stvarnom vremenu putem strojnih sučelja, mjerenja senzora i ispitnih uzoraka. Za svaki odljev kalupa prikuplja se oko tisuću parametara. Prije je bilježio samo vrijeme potrebno za svako izlijevanje, ali sada točno zna koja je razina mlaznice za izlijevanje svake sekunde, što omogućuje iskusnom osoblju da ispita kako ovaj parametar utječe na druge pokazatelje, kao i na konačnu kvalitetu odljevka. Ispušta li se tekućina iz mlaznice za izlijevanje dok se kalup puni ili se mlaznica za izlijevanje puni do gotovo konstantne razine tijekom punjenja? Ortrander proizvodi tri do pet milijuna kalupa godišnje i prikupio je ogromnu količinu podataka. Ortrander također pohranjuje više slika svakog izlijevanja u bazu podataka pourTECH u slučaju problema s kvalitetom. Pronalaženje načina za automatsko ocjenjivanje tih slika budući je cilj. Zaključak. Istovremeno automatizirano oblikovanje i izlijevanje rezultira bržim procesima, konzistentnijom kvalitetom i manje otpada. S glatkim lijevanjem i automatskom promjenom uzorka, proizvodna linija učinkovito radi autonomno, zahtijevajući samo minimalan ručni napor. Budući da operater ima nadzornu ulogu, potrebno je manje osoblja. Bešavno lijevanje sada se koristi na mnogim mjestima diljem svijeta i može se primijeniti na sve moderne ljevaonice. Svaka ljevaonica zahtijevat će malo drugačije rješenje prilagođeno njezinim potrebama, ali tehnologija za njegovu implementaciju je dobro dokazana, trenutno dostupna od DISA-e i njenog partnera pour-tech AB, i ne zahtijeva puno rada. Mogu se izvoditi prilagođeni radovi. Povećana upotreba umjetne inteligencije i inteligentne automatizacije u ljevaonicama još je uvijek u fazi testiranja, ali kako ljevaonice i proizvođači originalne opreme prikupljaju više podataka i dodatnog iskustva tijekom sljedeće dvije do tri godine, prijelaz na automatizaciju značajno će se ubrzati. Ovo rješenje trenutno nije obavezno, međutim, budući da je podatkovna inteligencija najbolji način za optimizaciju procesa i poboljšanje profitabilnosti, veća automatizacija i prikupljanje podataka postaju standardna praksa, a ne eksperimentalni projekt. U prošlosti su najveća imovina ljevaonice bili njezin model i iskustvo njezinih zaposlenika. Sada kada se bešavno lijevanje kombinira s većom automatizacijom i sustavima Industrije 4.0, podaci brzo postaju treći stup uspjeha ljevaonice.
—Iskreno zahvaljujemo tvrtkama pour-tech i Ortrander Eisenhütte na komentarima tijekom pripreme ovog članka.
Da, želim primati dvotjedni bilten Foundry-Planet sa svim najnovijim vijestima, testovima i izvješćima o proizvodima i materijalima. Uz to, želim primati i posebne biltene – sve s mogućnošću besplatnog otkazivanja u bilo kojem trenutku.