automatsko oblikovanje

Livnice sve više usvajaju automatizaciju procesa vođenu podacima kako bi postigle dugoročne ciljeve većeg kvaliteta, manje otpada, maksimalnog vremena rada i minimalnih troškova. Potpuno integrirana digitalna sinhronizacija procesa lijevanja i oblikovanja (livenje bez šavova) posebno je vrijedna za livnice koje se suočavaju s izazovima proizvodnje "tačno na vrijeme", smanjenih ciklusa i češćih promjena modela. S automatiziranim sistemima za oblikovanje i livenje koji se besprijekorno povezuju, proces lijevanja postaje brži, a dijelovi višeg kvaliteta proizvode se konzistentnije. Automatizirani proces lijevanja uključuje praćenje temperature lijevanja, kao i doziranje materijala za inokulaciju i provjeru svakog kalupa. Ovo poboljšava kvalitet svakog odlivka i smanjuje stopu otpada. Ova sveobuhvatna automatizacija također smanjuje potrebu za operaterima s godinama specijaliziranog iskustva. Operacije također postaju sigurnije jer je ukupno uključeno manje radnika. Ova vizija nije vizija budućnosti; ovo se događa sada. Alati poput automatizacije i robotike u livnicama, prikupljanja i analize podataka razvijali su se decenijama, ali napredak se nedavno ubrzao razvojem pristupačnog računarstva visokih performansi i naprednih umreženih senzora Industrije 4.0 i kompatibilnih kontrolnih sistema. Rješenja i partneri sada omogućavaju livnicama da kreiraju robusnu, inteligentnu infrastrukturu za podršku ambicioznijim projektima, objedinjujući više prethodno nezavisnih podprocesa kako bi koordinirali svoje napore. Pohranjivanje i analiziranje procesnih podataka prikupljenih ovim automatizovanim, integriranim sistemima također otvara vrata uspješnom ciklusu kontinuiranog poboljšanja vođenog podacima. Livnice mogu prikupljati i analizirati procesne parametre ispitivanjem historijskih podataka kako bi pronašle korelacije između njih i rezultata procesa. Automatizovani 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 livenja Zbog trenda proizvodnje „na vrijeme“, kupci koji koriste DISAMATIC® linije za livenje često moraju često mijenjati modele između malih serija. Korištenjem opreme kao što je Automatski mjenjač praha (APC) ili Brzi mjenjač praha (QPC) od DISA, šabloni se mogu promijeniti za samo jednu minutu. Kako dolazi do brzih promjena šablona, ​​usko grlo u procesu se obično pomiče prema livenju - vrijeme potrebno za ručno pomicanje međulonca za livenje nakon promjene šablona. Besprijekorno livenje je najbolji način za poboljšanje ovog koraka procesa livenja. Iako je livenje često već djelimično automatizovano, potpuna automatizacija zahtijeva besprijekornu integraciju upravljačkih sistema linije za livenje i opreme za punjenje tako da rade potpuno sinhrono u svim mogućim radnim situacijama. Da bi se to pouzdano postiglo, jedinica za livenje mora tačno znati gdje je sigurno livenje sljedećeg kalupa i, ako je potrebno, prilagoditi položaj jedinice za punjenje. Postizanje efikasnog automatskog punjenja u stabilnom proizvodnom procesu istog kalupa nije tako teško. Svaki put kada se napravi novi kalup, kolona kalupa se pomiče za istu udaljenost (debljina kalupa). Na ovaj 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 u debljini kalupa uzrokovane promjenama u kompresibilnosti pijeska. Potreba za ovim finim podešavanjima nedavno je dodatno smanjena zahvaljujući novim karakteristikama linije za kalupljenje koje omogućavaju da položaji izlijevanja ostanu konzistentniji tokom konzistentne proizvodnje. Nakon što je svako izlijevanje završeno, linija za kalupljenje se ponovo pomiče za jedan hod, postavljajući sljedeći prazan kalup na mjesto za početak sljedećeg izlijevanja. Dok se to dešava, uređaj za punjenje se može ponovo napuniti. Prilikom promjene modela, debljina kalupa se može promijeniti, što zahtijeva složenu automatizaciju. Za razliku od horizontalnog procesa s pijeskom, gdje je visina kutije s pijeskom fiksna, vertikalni DISAMATIC® proces može prilagoditi debljinu kalupa tačnoj debljini potrebnoj za svaki set modela kako bi se održao konstantan odnos pijeska i željeza i uzela u obzir visina modela. Ovo je velika prednost u osiguravanju optimalnog kvaliteta lijevanja i iskorištenja resursa, ali različite debljine kalupa otežavaju automatsku kontrolu lijevanja. Nakon promjene modela, DISAMATIC® mašina počinje proizvoditi sljedeću seriju kalupa iste debljine, ali mašina za punjenje na liniji i dalje puni kalupe prethodnog modela, koji mogu imati drugačiju debljinu kalupa. Da bi se ovo prevazišlo, linija za kalupljenje i postrojenje za punjenje moraju besprijekorno raditi kao jedan sinhronizovani sistem, proizvodeći kalupe jedne debljine i sigurno izlijevajući drugu. Besprijekorno izlivanje nakon promjene kalupa. Nakon promjene kalupa, debljina preostalog kalupa između mašina za kalupljenje ostaje ista. Jedinica za izlivanje napravljena od prethodnog modela ostaje ista, ali budući da novi kalup koji izlazi iz mašine za kalupljenje može biti deblji ili tanji, cijeli niz se može pomicati na različitim udaljenostima u svakom ciklusu - do debljine novog kalupa. To znači da sa svakim hodom mašine za kalupljenje, sistem za bešavno livenje mora prilagoditi položaj livenja u pripremi za sljedeće livenje. Nakon što se izlije prethodna serija kalupa, debljina kalupa ponovo postaje konstantna i nastavlja se stabilna proizvodnja. Na primjer, ako je novi kalup debljine 150 mm umjesto kalupa debljine 200 mm koji se prethodno izlivao, uređaj za izlijevanje mora se pomicati 50 mm unatrag prema mašini za kalupljenje sa svakim hodom mašine za kalupljenje kako bi bio u ispravnom položaju za izlijevanje. Da bi se postrojenje za izlijevanje pripremilo za izlijevanje kada se kolona kalupa prestane kretati, kontroler postrojenja za punjenje mora tačno znati u koji kalup će se izlijevati i kada i gdje će stići u područje izlijevanja. Korištenjem novog modela koji proizvodi debele kalupe dok se izlijevaju tanki kalupi, sistem bi trebao biti u stanju da izlije dva kalupa u jednom ciklusu. Na primjer, prilikom izrade kalupa prečnika 400 mm i izlijevanja kalupa prečnika 200 mm, uređaj za izlijevanje mora biti udaljen 200 mm od mašine za kalupljenje za svaki napravljeni kalup. U nekom trenutku, hod od 400 mm će izgurati dva nenapunjena kalupa prečnika 200 mm iz mogućeg područja izlijevanja. U ovom slučaju, mašina za kalupljenje mora sačekati da uređaj za punjenje završi izlijevanje dva kalupa prečnika 200 mm prije nego što pređe na sljedeći hod. Ili, prilikom izrade tankih kalupa, osoba koja izlijeva mora biti u mogućnosti da potpuno preskoči izlijevanje u ciklusu dok i dalje izlijeva debele kalupe. Na primjer, prilikom izrade kalupa promjera 200 mm i izlijevanja kalupa promjera 400 mm, postavljanje novog kalupa promjera 400 mm u područje izlijevanja znači da je potrebno napraviti dva kalupa promjera 200 mm. Praćenje, proračuni i razmjena podataka potrebni za integrirani sistem oblikovanja i izlijevanja kako bi se osiguralo besprijekorno automatizirano izlijevanje, kao što je gore opisano, predstavljali su izazove za mnoge dobavljače opreme u prošlosti. Ali zahvaljujući modernim mašinama, digitalnim sistemima i najboljim praksama, besprijekorno izlijevanje može se (i postiže) brzo uz minimalno podešavanje. Glavni zahtjev je neki oblik "knjigovodstva" procesa, pružajući informacije o lokaciji svakog kalupa u stvarnom vremenu. DISA-in Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) sistem postiže ovaj cilj snimanjem svakog napravljenog kalupa i praćenjem njegovog kretanja kroz proizvodnu liniju. Kao tajmer procesa, generira niz vremenski označenih tokova podataka koji izračunavaju položaj svakog kalupa i njegove mlaznice na proizvodnoj liniji svake sekunde. Ako je potrebno, razmjenjuje podatke u realnom vremenu sa sistemom upravljanja postrojenjem za punjenje i drugim sistemima kako bi se postigla precizna sinhronizacija. DISA sistem izvlači važne podatke za svaki kalup iz CIM baze podataka, kao što su debljina kalupa i da li se može/ne može sipati, i šalje ih u sistem upravljanja postrojenjem za punjenje. Koristeći ove tačne podatke (generisane nakon što je kalup ekstrudiran), osoba koja izlijeva može pomjeriti sklop za izlivanje u tačan položaj prije nego što kalup stigne, a zatim početi otvarati čep dok se kalup još uvijek kreće. Kalup stiže na vrijeme da primi željezo iz postrojenja za izlivanje. Ovo idealno vrijeme je ključno, tj. talina precizno stiže do posude za izlivanje. Vrijeme izlivanja je uobičajeno usko grlo produktivnosti, a savršenim tempiranjem početka izlivanja, vrijeme ciklusa može se smanjiti za nekoliko desetinki sekunde. DISA sistem za izlivanje također prenosi relevantne podatke iz mašine za izlivanje, kao što su trenutna veličina kalupa i pritisak ubrizgavanja, kao i šire procesne podatke kao što je kompresibilnost pijeska, u Monitizer®|CIM. Zauzvrat, Monitizer®|CIM prima i pohranjuje parametre kritične za kvalitet za svaki kalup iz postrojenja za punjenje, kao što su temperatura lijevanja, vrijeme lijevanja i uspjeh procesa lijevanja i inokulacije. Ovo omogućava da se pojedinačni kalupi označe kao loši i odvoje prije miješanja u sistemu za mućkanje. Pored automatizacije mašina za kalupljenje, linija za kalupljenje i livenja, Monitizer®|CIM pruža okvir kompatibilan sa Industrijom 4.0 za akviziciju, skladištenje, izvještavanje i analizu. Uprava ljevaonice može pregledati detaljne izvještaje i detaljno analizirati podatke kako bi pratila probleme sa kvalitetom i podstakla potencijalna poboljšanja. Ortranderovo besprijekorno iskustvo livenja Ortrander Eisenhütte je porodična ljevaonica u Njemačkoj koja je specijalizirana za proizvodnju srednje velikih, visokokvalitetnih odlivaka od željeza za automobilske komponente, teške peći na drva i infrastrukturu, te opće dijelove mašina. Ljevnica proizvodi sivi liv, nodularni liv i kompaktirani grafitni liv i proizvodi približno 27.000 tona visokokvalitetnih odlivaka godišnje, radeći u dvije smjene pet dana u sedmici. Ortrander upravlja sa četiri indukcijske peći za topljenje od 6 tona i tri DISA linije za kalupljenje, proizvodeći približno 100 tona odlivaka dnevno. To uključuje kratke proizvodne cikluse od jednog sata, ponekad i manje za važne klijente, tako da se šablon mora često mijenjati. Kako bi se optimizirao kvalitet i efikasnost, izvršni direktor Bernd H. Williams-Book uložio je značajna sredstva u implementaciju automatizacije i analitike. Prvi korak bio je automatizacija procesa topljenja i doziranja željeza, nadogradnja tri postojeće peći za livenje korištenjem najnovijeg pourTECH sistema, koji uključuje 3D lasersku tehnologiju, inkubaciju i kontrolu temperature. Peći, kalupljenje i linije za livenje sada su digitalno kontrolisane i sinhronizovane, radeći gotovo potpuno automatski. Kada mašina za kalupljenje promijeni model, pourTECH kontroler za livenje upituje DISA Monitizer®|CIM sistem za nove dimenzije kalupa. Na osnovu DISA podataka, kontroler za livenje izračunava gdje postaviti čvor za livenje za svako livenje. Tačno zna kada prvi novi kalup stigne u postrojenje za punjenje i automatski prelazi na novi redoslijed livenja. Ako alat u bilo kojem trenutku dostigne kraj svog hoda, DISAMATIC® mašina se zaustavlja i alat se automatski vraća. Kada se prvi novi kalup izvadi iz mašine, operater se obavještava kako bi mogao vizuelno provjeriti da li je u ispravnom položaju. Prednosti bešavnog livenja Tradicionalni procesi ručnog livenja ili manje složeni automatizovani sistemi mogu rezultirati gubitkom vremena proizvodnje tokom promjena modela, što je neizbježno čak i kod brzih promjena kalupa na mašini za livenje. Ručno resetovanje sipača i kalupa za livenje je sporije, zahtijeva više operatera i sklono je greškama kao što je odbijanje. Ortrander je otkrio da su se prilikom ručnog punjenja u boce njegovi zaposleni na kraju umorili, izgubili koncentraciju i pravili greške, kao što je opuštanje. Besprijekorna integracija livenja i livenja omogućava brže, konzistentnije i kvalitetnije procese, uz smanjenje otpada i zastoja. Sa Ortranderom, automatsko punjenje eliminiše tri minute koje su ranije bile potrebne za podešavanje položaja jedinice za punjenje tokom promjena modela. Cijeli proces konverzije je ranije trajao 4,5 minuta, rekao je g. Williams-Book. Danas manje od dvije minute. Mijenjajući između 8 i 12 modela po smjeni, zaposleni Ortrandera sada provode oko 30 minuta po smjeni, što je upola manje nego prije. Kvalitet se poboljšava većom konzistentnošću i mogućnošću kontinuirane optimizacije procesa. Ortrander je smanjio otpad za otprilike 20% uvođenjem bešavnog lijevanja. Pored smanjenja zastoja prilikom promjene modela, cijela linija za kalupljenje i izlijevanje zahtijeva samo dvije osobe umjesto prethodne tri. U nekim smjenama, tri osobe mogu upravljati dvije kompletne proizvodne linije. Praćenje je gotovo sve što ovi radnici rade: osim odabira sljedećeg modela, upravljanja mješavinama pijeska i transporta taline, imaju malo ručnih zadataka. Još jedna 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 mašine mogle 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." Dakle, lijevaju na istoj temperaturi i nivou 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 sistem bešavnog lijevanja stvara lanac povezanih procesnih podataka, što olakšava identifikaciju uzroka kada kvalitet počne da se pogoršava. Na primjer, ako se u seriji kočionih diskova pojave neočekivane inkluzije, menadžeri mogu brzo provjeriti da li su parametri unutar prihvatljivih granica. Budući da kontroleri za mašinu za kalupljenje, postrojenje za livenje i druge funkcije poput peći i miksera pijeska rade usklađeno, podaci koje generišu mogu se analizirati kako bi se identifikovali odnosi tokom cijelog procesa, od svojstava pijeska do konačnog kvaliteta površine odlivka. Jedan mogući primjer je kako nivo izlivanja i temperatura utiču na punjenje kalupa za svaki pojedinačni model. Rezultirajuća baza podataka također postavlja temelje za buduću upotrebu automatizovanih tehnika analize kao što su mašinsko učenje i vještačka inteligencija (AI) za optimizaciju procesa. Ortrander prikuplja podatke o procesu u realnom vremenu putem mašinskih interfejsa, mjerenja senzora i testnih uzoraka. Za svaki odlivak u kalupu prikuplja se oko hiljadu parametara. Ranije je bilježio samo vrijeme potrebno za svako izlivanje, ali sada tačno zna koji je nivo mlaznice za izlivanje svake sekunde, što omogućava iskusnom osoblju da ispita kako ovaj parametar utiče na druge pokazatelje, kao i na konačni kvalitet odlivka. Da li se tečnost ispušta iz mlaznice za izlivanje dok se kalup puni ili se mlaznica za izlivanje puni do gotovo konstantnog nivoa tokom punjenja? Ortrander proizvodi tri do pet miliona kalupa godišnje i prikupio je ogromnu količinu podataka. Ortrander također pohranjuje više slika svakog izlijevanja u pourTECH bazu podataka u slučaju problema s kvalitetom. Pronalaženje načina za automatsko ocjenjivanje ovih slika je budući cilj. Zaključak. Istovremeno automatizirano oblikovanje i izlijevanje rezultira bržim procesima, konzistentnijim kvalitetom i manje otpada. S glatkim livenjem i automatskom promjenom uzorka, proizvodna linija efikasno radi autonomno, zahtijevajući samo minimalan ručni napor. Budući da operater igra nadzornu ulogu, potrebno je manje osoblja. Bešavno livenje se sada koristi na mnogim mjestima širom svijeta i može se primijeniti na sve moderne livnice. Svaka livnica će zahtijevati malo drugačije rješenje prilagođeno njenim potrebama, ali tehnologija za njegovu implementaciju je dobro dokazana, trenutno dostupna od DISA i njenog partnera pour-tech AB, i ne zahtijeva puno rada. Mogu se izvoditi prilagođeni radovi. Povećana upotreba vještačke inteligencije i inteligentne automatizacije u livnicama je još uvijek u fazi testiranja, ali kako livnice i proizvođači originalne opreme prikupljaju više podataka i dodatnog iskustva u naredne dvije do tri godine, prelazak na automatizaciju će se značajno ubrzati. Ovo rješenje je trenutno opcionalno, međutim, budući da je inteligencija podataka najbolji način za optimizaciju procesa i poboljšanje profitabilnosti, veća automatizacija i prikupljanje podataka postaju standardna praksa, a ne eksperimentalni projekat. U prošlosti, najveća vrijednost ljevaonice bili su njen model i iskustvo njenih zaposlenika. Sada kada se bešavno livenje kombinuje sa većom automatizacijom i sistemima Industrije 4.0, podaci brzo postaju treći stub uspjeha ljevaonice.
—Iskreno se zahvaljujemo kompanijama pour-tech i Ortrander Eisenhütte na komentarima koje su dali tokom pripreme ovog članka.
Da, želim primati dvonedeljni bilten Foundry-Planet sa svim najnovijim vestima, testovima i izveštajima o proizvodima i materijalima. Plus specijalni bilteni – svi sa besplatnim otkazivanjem u bilo kom trenutku.