Zlievarne čoraz viac zavádzajú automatizáciu procesov riadenú dátami, aby dosiahli dlhodobé ciele v oblasti vyššej kvality, menšieho odpadu, maximálnej prevádzkyschopnosti a minimálnych nákladov. Plne integrovaná digitálna synchronizácia procesov odlievania a formovania (bezšvíkové odlievanie) je obzvlášť cenná pre zlievarne, ktoré čelia výzvam výroby just-in-time, skrátených cyklov a častejších zmien modelov. Vďaka automatizovaným systémom formovania a odlievania, ktoré sú bezproblémovo prepojené, sa proces odlievania zrýchľuje a kvalitnejšie diely sa vyrábajú konzistentnejšie. Automatizovaný proces odlievania zahŕňa monitorovanie teploty odlievania, ako aj podávanie očkovacieho materiálu a kontrolu každej formy. To zlepšuje kvalitu každého odliatku a znižuje mieru odpadu. Táto komplexná automatizácia tiež znižuje potrebu operátorov s dlhoročnými špecializovanými skúsenosťami. Prevádzka sa tiež stáva bezpečnejšou, pretože celkovo je zapojených menej pracovníkov. Táto vízia nie je víziou budúcnosti; to sa deje teraz. Nástroje ako automatizácia a robotika zlievarní, zber a analýza údajov sa vyvíjali v priebehu desaťročí, ale pokrok sa v poslednom čase zrýchlil s vývojom cenovo dostupných vysokovýkonných výpočtov a pokročilých sieťových senzorov Priemyslu 4.0 a kompatibilných riadiacich systémov. Riešenia a partneri teraz umožňujú zlievarniam vytvoriť robustnú a inteligentnú infraštruktúru na podporu ambicióznejších projektov, ktorá spája viacero predtým nezávislých podprocesov na koordináciu ich úsilia. Ukladanie a analýza procesných údajov zhromaždených týmito automatizovanými, integrovanými systémami tiež otvára dvere k úspešnému cyklu neustáleho zlepšovania riadeného údajmi. Zlievarne môžu zhromažďovať a analyzovať procesné parametre skúmaním historických údajov s cieľom nájsť korelácie medzi nimi a výsledkami procesu. Automatizovaný proces potom poskytuje transparentné prostredie, v ktorom je možné akékoľvek vylepšenia identifikované analýzou dôkladne a rýchlo otestovať, validovať a podľa možnosti implementovať.
Výzvy bezproblémového lisovania Vzhľadom na trend výroby just-in-time musia zákazníci používajúci lisovacie linky DISAMATIC® často meniť modely medzi malými dávkami. Pomocou zariadení, ako je automatický menič prášku (APC) alebo rýchly menič prášku (QPC) od spoločnosti DISA, je možné šablóny vymeniť už za jednu minútu. Keďže dochádza k rýchlym zmenám vzoru, úzke hrdlo v procese má tendenciu sa posúvať smerom k odlievaniu – čas potrebný na manuálne presunutie medzipanvy na odlievanie po zmene vzoru. Bezproblémové odlievanie je najlepší spôsob, ako tento krok procesu odlievania zlepšiť. Hoci odlievanie je často už čiastočne automatizované, úplná automatizácia si vyžaduje bezproblémovú integráciu riadiacich systémov lisovacej linky a plniaceho zariadenia tak, aby fungovali úplne synchrónne vo všetkých možných prevádzkových situáciách. Aby sa to spoľahlivo dosiahlo, musí lejacia jednotka presne vedieť, kde je bezpečné naliať ďalšiu formu, a v prípade potreby upraviť polohu plniacej jednotky. Dosiahnutie efektívneho automatického plnenia v stabilnom výrobnom procese tej istej formy nie je také ťažké. Pri každej výrobe novej formy sa stĺpec formy posunie o rovnakú vzdialenosť (hrúbka formy). Týmto spôsobom môže plniaca jednotka zostať v rovnakej polohe a byť pripravená naplniť ďalšiu prázdnu formu po zastavení výrobnej linky. Na kompenzáciu zmien hrúbky formy spôsobených zmenami stlačiteľnosti piesku sú potrebné len drobné úpravy polohy odlievania. Potreba týchto jemných úprav sa nedávno ešte viac znížila vďaka novým funkciám formovacej linky, ktoré umožňujú zachovať konzistentnejšie polohy odlievania počas konzistentnej výroby. Po dokončení každého odlievania sa formovacia linka opäť posunie o jeden zdvih a umiestni ďalšiu prázdnu formu na miesto, aby sa začalo ďalšie odlievanie. Počas tohto procesu je možné plniace zariadenie doplniť. Pri zmene modelu sa môže hrúbka formy zmeniť, čo si vyžaduje zložitú automatizáciu. Na rozdiel od horizontálneho procesu s pieskovým boxom, kde je výška pieskovca pevná, vertikálny proces DISAMATIC® dokáže upraviť hrúbku formy na presnú hrúbku potrebnú pre každú sadu modelov, aby sa udržal konštantný pomer piesku a železa a zohľadnila sa výška modelu. To je hlavná výhoda pri zabezpečovaní optimálnej kvality odlievania a využitia zdrojov, ale meniace sa hrúbky foriem sťažujú automatické riadenie odlievania. Po zmene modelu začne stroj DISAMATIC® vyrábať ďalšiu dávku foriem rovnakej hrúbky, ale plniaci stroj na linke stále plní formy predchádzajúceho modelu, ktoré môžu mať inú hrúbku formy. Aby sa tomu predišlo, formovacia linka a plniaca linka musia bezproblémovo fungovať ako jeden synchronizovaný systém, vyrábať formy jednej hrúbky a bezpečne odlievať formy inej. Bezproblémové odlievanie po zmene vzoru. Po zmene vzoru zostáva hrúbka zostávajúcej formy medzi formovacími strojmi rovnaká. Odlievacia jednotka vyrobená z predchádzajúceho modelu zostáva rovnaká, ale keďže nová forma vychádzajúca z formovacieho stroja môže byť hrubšia alebo tenšia, celá linka sa môže v každom cykle posúvať o rôzne vzdialenosti – na hrúbku novej formy. To znamená, že s každým zdvihom formovacieho stroja musí systém bezproblémového odlievania upraviť polohu odlievania v rámci prípravy na ďalšie odliatky. Po odliatí predchádzajúcej dávky foriem sa hrúbka formy opäť stáva konštantnou a obnoví sa stabilná výroba. Napríklad, ak má nová forma hrúbku 150 mm namiesto formy s hrúbkou 200 mm, ktorá sa predtým ešte liala, odlievacie zariadenie sa musí s každým zdvihom odlievacieho stroja posunúť o 50 mm späť smerom k formovaciemu stroju, aby bolo v správnej polohe pre odlievanie. Aby sa odlievacie zariadenie pripravilo na odlievanie, keď sa stĺpec foriem prestane pohybovať, riadiaca jednotka plniaceho zariadenia musí presne vedieť, do ktorej formy sa bude liať a kedy a kam dorazí do odlievacej oblasti. Použitím nového modelu, ktorý vyrába hrubé formy a zároveň odlieva tenké formy, by mal byť systém schopný odliať dve formy v jednom cykle. Napríklad pri výrobe formy s priemerom 400 mm a odlievaní formy s priemerom 200 mm musí byť odlievacie zariadenie pre každú vyrobenú formu vzdialené 200 mm od formovacieho stroja. V určitom okamihu zdvih 400 mm vytlačí dve nenaplnené formy s priemerom 200 mm z možnej odlievacej oblasti. V tomto prípade musí odlievacie zariadenie počkať, kým plniace zariadenie dokončí odlievanie dvoch foriem s priemerom 200 mm, než prejde na ďalší zdvih. Alebo pri výrobe tenkých foriem musí byť odlievací stroj schopný úplne preskočiť odlievanie v cykle a zároveň odlievať hrubé formy. Napríklad pri výrobe formy s priemerom 200 mm a odlievaní formy s priemerom 400 mm znamená umiestnenie novej formy s priemerom 400 mm do odlievacej oblasti, že je potrebné vyrobiť dve formy s priemerom 200 mm. Sledovanie, výpočty a výmena údajov potrebné na to, aby integrovaný systém formovania a odlievania zabezpečoval bezproblémové automatizované odlievanie, ako je opísané vyššie, predstavovali v minulosti výzvy pre mnohých dodávateľov zariadení. Vďaka moderným strojom, digitálnym systémom a osvedčeným postupom však možno (a aj sa) dosiahnuť bezproblémové odlievanie rýchlo s minimálnym nastavením. Hlavnou požiadavkou je určitá forma „účtovníctva“ procesu, ktorá poskytuje informácie o umiestnení každej formy v reálnom čase. Systém DISA Monitizer®|CIM (počítačový integrovaný modul) dosahuje tento cieľ zaznamenávaním každej vyrobenej formy a sledovaním jej pohybu cez výrobnú linku. Ako časovač procesu generuje sériu časovo označených dátových tokov, ktoré každú sekundu vypočítavajú polohu každej formy a jej trysky na výrobnej linke. V prípade potreby si vymieňa údaje v reálnom čase s riadiacim systémom plniaceho zariadenia a ďalšími systémami, aby sa dosiahla presná synchronizácia. Systém DISA extrahuje dôležité údaje pre každú formu z databázy CIM, ako je hrúbka formy a či sa môže/nedá naliať, a odosiela ich do riadiaceho systému plniaceho zariadenia. Pomocou týchto presných údajov (vygenerovaných po vytlačení formy) môže odlievací stroj presunúť odlievaciu zostavu do správnej polohy pred príchodom formy a potom začať otvárať zátkovú tyč, kým sa forma ešte pohybuje. Forma dorazí včas, aby prijala železo z odlievacieho zariadenia. Toto ideálne načasovanie je kľúčové, t. j. tavenina presne dosiahne odlievaciu misku. Čas odlievania je bežným úzkym hrdlom produktivity a dokonalým načasovaním začiatku odlievania je možné skrátiť časy cyklov o niekoľko desatín sekundy. Systém odlievania DISA tiež prenáša relevantné údaje z odlievacieho stroja, ako je aktuálna veľkosť formy a vstrekovací tlak, ako aj širšie procesné údaje, ako je stlačiteľnosť piesku, do systému Monitizer®|CIM. Monitizer®|CIM následne prijíma a ukladá z plniaceho závodu parametre kritické pre kvalitu pre každú formu, ako je teplota odlievania, čas odlievania a úspešnosť procesov odlievania a očkovania. To umožňuje označiť jednotlivé formy ako chybné a oddeliť ich pred zmiešaním v trepacom systéme. Okrem automatizácie formovacích strojov, formovacích liniek a odlievania poskytuje Monitizer®|CIM rámec pre zber, ukladanie, reportovanie a analýzu, ktorý je v súlade s Priemysel 4.0. Vedenie zlievarne si môže prezerať podrobné správy a analyzovať údaje, aby sledovalo problémy s kvalitou a podporilo potenciálne zlepšenia. Bezproblémové skúsenosti s odlievaním od spoločnosti Ortrander Ortrander Eisenhütte je rodinná zlievareň v Nemecku, ktorá sa špecializuje na výrobu stredne veľkých, vysoko kvalitných liatinových odliatkov pre automobilové komponenty, ťažké pece na drevo a infraštruktúru a všeobecné strojárske diely. Zlievareň vyrába sivú liatinu, tvárnu liatinu a liatinu s lisovaným grafitom a ročne vyprodukuje približne 27 000 ton vysoko kvalitných odliatkov, pričom pracuje na dve zmeny päť dní v týždni. Spoločnosť Ortrander prevádzkuje štyri 6-tonové indukčné taviace pece a tri formovacie linky DISA, ktoré denne produkujú približne 100 ton odliatkov. To zahŕňa krátke výrobné série v trvaní jednej hodiny, niekedy aj menej pre dôležitých klientov, takže šablónu je potrebné často meniť. Pre optimalizáciu kvality a efektívnosti investoval generálny riaditeľ Bernd H. Williams-Book značné prostriedky do implementácie automatizácie a analytiky. Prvým krokom bola automatizácia procesu tavenia a dávkovania železa, modernizácia troch existujúcich odlievacích pecí pomocou najnovšieho systému pourTECH, ktorý zahŕňa 3D laserovú technológiu, inkubáciu a reguláciu teploty. Pece, formovacie a odlievacie linky sú teraz digitálne riadené a synchronizované a fungujú takmer úplne automaticky. Keď sa zmení model formovacieho stroja, riadiaca jednotka odlievania pourTECH sa dopytuje systému DISA Monitizer®|CIM na nové rozmery formy. Na základe údajov DISA riadiaca jednotka odlievania vypočíta, kam umiestniť odlievací uzol pre každé odlievanie. Presne vie, kedy prvá nová forma dorazí do plniacej linky, a automaticky prepne na novú postupnosť odlievania. Ak prípravok kedykoľvek dosiahne koniec svojho zdvihu, stroj DISAMATIC® sa zastaví a prípravok sa automaticky vráti späť. Keď sa zo stroja vyberie prvá nová forma, obsluha je upozornená, aby mohla vizuálne skontrolovať, či je v správnej polohe. Výhody bezšvového odlievania Tradičné procesy ručného odlievania alebo menej zložité automatizované systémy môžu viesť k strate výrobného času počas zmien modelov, čo je nevyhnutné aj pri rýchlych zmenách foriem na formovacom stroji. Manuálne prenastavenie odlievacieho zariadenia a odlievacích foriem je pomalšie, vyžaduje viac obsluhy a je náchylné na chyby, ako je napríklad preliatie. Ortrander zistil, že pri ručnom plnení do fliaš sa jeho zamestnanci nakoniec unavili, stratili koncentráciu a robili chyby, napríklad zanedbávali svoje povinnosti. Bezproblémová integrácia formovania a odlievania umožňuje rýchlejšie, konzistentnejšie a kvalitnejšie procesy a zároveň znižuje odpad a prestoje. S Ortranderom automatické plnenie eliminuje tri minúty, ktoré boli predtým potrebné na nastavenie polohy plniacej jednotky počas zmien modelov. Celý proces konverzie predtým trval 4,5 minúty, povedal pán Williams-Book. Dnes menej ako dve minúty. Výmenou 8 až 12 modelov za smenu teraz zamestnanci Ortranderu strávia približne 30 minút za smenu, čo je polovičný čas ako predtým. Kvalita sa zvyšuje vďaka väčšej konzistentnosti a schopnosti neustále optimalizovať procesy. Spoločnosť Ortrander znížila množstvo odpadu približne o 20 % zavedením bezšvíkového odlievania. Okrem skrátenia prestojov pri výmene modelov vyžaduje celá linka na formovanie a odlievanie iba dvoch ľudí namiesto predchádzajúcich troch. V niektorých zmenách môžu traja ľudia obsluhovať dve kompletné výrobné linky. Monitorovanie je takmer všetko, čo títo pracovníci robia: okrem výberu ďalšieho modelu, riadenia zmesí piesku a prepravy taveniny majú málo manuálnych úloh. Ďalšou výhodou je znížená potreba skúsených zamestnancov, ktorých je ťažké nájsť. Hoci automatizácia vyžaduje určité zaškolenie operátorov, poskytuje ľuďom kritické informácie o procese, ktoré potrebujú na prijímanie dobrých rozhodnutí. V budúcnosti môžu všetky rozhodnutia robiť stroje. Dátové dividendy z bezšvíkového odlievania Pri snahe o zlepšenie procesu zlievarne často hovoria: „Robíme to isté rovnakým spôsobom, ale s rôznymi výsledkami.“ Preto odlievajú pri rovnakej teplote a úrovni počas 10 sekúnd, ale niektoré odliatky sú dobré a niektoré zlé. Pridaním automatizovaných senzorov, zhromažďovaním časovo označených údajov o každom procesnom parametri a monitorovaním výsledkov vytvára integrovaný systém bezšvíkového odlievania reťazec súvisiacich procesných údajov, čo uľahčuje identifikáciu základných príčin, keď sa kvalita začne zhoršovať. Napríklad, ak sa v dávke brzdových kotúčov vyskytnú neočakávané inklúzie, manažéri môžu rýchlo skontrolovať, či sú parametre v rámci prijateľných limitov. Keďže riadiace jednotky pre formovací stroj, odlievaciu linku a ďalšie funkcie, ako sú pece a miešačky piesku, pracujú spoločne, údaje, ktoré generujú, je možné analyzovať s cieľom identifikovať vzťahy v celom procese, od vlastností piesku až po konečnú kvalitu povrchu odliatku. Jedným z možných príkladov je, ako hladina liatia a teplota ovplyvňujú plnenie formy pre každý jednotlivý model. Výsledná databáza tiež kladie základ pre budúce využitie automatizovaných analytických techník, ako je strojové učenie a umelá inteligencia (AI), na optimalizáciu procesov. Ortrander zhromažďuje procesné údaje v reálnom čase prostredníctvom rozhraní stroja, meraní senzorov a testovacích vzoriek. Pre každý odliatok formy sa zhromažďuje približne tisíc parametrov. Predtým zaznamenával iba čas potrebný na každé liatie, ale teraz presne vie, aká je hladina odlievacej trysky každú sekundu, čo umožňuje skúsenému personálu preskúmať, ako tento parameter ovplyvňuje ďalšie ukazovatele, ako aj konečnú kvalitu odliatku. Vypúšťa sa kvapalina z odlievacej trysky počas plnenia formy alebo je odlievacia tryska počas plnenia naplnená takmer konštantnou hladinou? Spoločnosť Ortrander vyrobí tri až päť miliónov foriem ročne a zhromaždila obrovské množstvo údajov. Spoločnosť Ortrander tiež ukladá viacero obrázkov každého odlievania do databázy pourTECH pre prípad problémov s kvalitou. Nájdenie spôsobu, ako tieto obrázky automaticky hodnotiť, je cieľom do budúcnosti. Záver. Súčasné automatizované tvarovanie a odlievanie vedie k rýchlejším procesom, konzistentnejšej kvalite a menšiemu odpadu. Vďaka plynulému odlievaniu a automatickej zmene vzoru pracuje výrobná linka efektívne autonómne a vyžaduje si len minimálnu manuálnu námahu. Keďže operátor zohráva dozornú úlohu, je potrebný menší počet pracovníkov. Bezšvíkové odlievanie sa v súčasnosti používa na mnohých miestach po celom svete a možno ho aplikovať vo všetkých moderných zlievarniach. Každá zlievareň bude vyžadovať mierne odlišné riešenie prispôsobené jej potrebám, ale technológia na jeho implementáciu je osvedčená, v súčasnosti dostupná od spoločnosti DISA a jej partnera pour-tech AB a nevyžaduje si veľa práce. Je možné vykonávať zákazkovú prácu. Zvýšené využívanie umelej inteligencie a inteligentnej automatizácie v zlievarniach je stále vo fáze testovania, ale keďže zlievarne a výrobcovia originálnych dielov (OEM) v priebehu nasledujúcich dvoch až troch rokov zhromaždia viac údajov a ďalších skúseností, prechod na automatizáciu sa výrazne urýchli. Toto riešenie je však v súčasnosti voliteľné, keďže dátová inteligencia je najlepším spôsobom, ako optimalizovať procesy a zlepšiť ziskovosť, väčšia automatizácia a zber údajov sa stávajú štandardnou praxou, a nie experimentálnym projektom. V minulosti boli najväčšími aktívami zlievarne jej model a skúsenosti jej zamestnancov. Teraz, keď sa bezšvíkové odlievanie kombinuje s väčšou automatizáciou a systémami Priemyslu 4.0, sa dáta rýchlo stávajú tretím pilierom úspechu zlievarne.
—Úprimne ďakujeme spoločnostiam pour-tech a Ortrander Eisenhütte za ich komentáre počas prípravy tohto článku.
Áno, chcem dostávať dvojtýždenný newsletter Foundry-Planet so všetkými najnovšími správami, testami a správami o produktoch a materiáloch. Plus špeciálne newslettery – to všetko s možnosťou bezplatného zrušenia kedykoľvek.
Čas uverejnenia: 5. októbra 2023