Леярните все по-често внедряват автоматизация на процесите, базирана на данни, за да постигнат дългосрочни цели за по-високо качество, по-малко отпадъци, максимално време на работа и минимални разходи. Напълно интегрираната цифрова синхронизация на процесите на леене и формоване (безшевно леене) е особено ценна за леярните, изправени пред предизвикателствата на производството „точно навреме“, намалените цикли и по-честите смени на моделите. С автоматизирани системи за формоване и леене, които безпроблемно се свързват помежду си, процесът на леене става по-бърз и по-висококачествените части се произвеждат по-последователно. Автоматизираният процес на леене включва наблюдение на температурата на леене, както и подаване на инокулационен материал и проверка на всяка форма. Това подобрява качеството на всяка отливка и намалява процента на брак. Тази цялостна автоматизация също така намалява нуждата от оператори с дългогодишен специализиран опит. Операциите също така стават по-безопасни, защото като цяло участват по-малко работници. Тази визия не е визия за бъдещето; това се случва сега. Инструменти като автоматизация и роботика на леярните, събиране и анализ на данни са се развивали в продължение на десетилетия, но напредъкът се ускори напоследък с развитието на достъпни високопроизводителни изчисления и усъвършенствани мрежови сензори от Industry 4.0 и съвместими системи за управление. Решенията и партньорите вече позволяват на леярните да създават стабилна, интелигентна инфраструктура, която да поддържа по-амбициозни проекти, обединявайки множество преди това независими подпроцеси, за да координират усилията си. Съхраняването и анализът на данни от процесите, събрани от тези автоматизирани, интегрирани системи, също така отваря вратата към благотворен цикъл на непрекъснато подобрение, основано на данни. Леярните могат да събират и анализират параметри на процеса, като изследват исторически данни, за да намерят корелации между тях и резултатите от процеса. Автоматизираният процес след това осигурява прозрачна среда, в която всички подобрения, идентифицирани чрез анализа, могат да бъдат щателно и бързо тествани, валидирани и, където е възможно, внедрени.
Предизвикателства при безпроблемното формоване Поради тенденцията към производство „точно навреме“, клиентите, използващи линии за формоване DISAMATIC®, често трябва да сменят моделите между малки партиди. С помощта на оборудване като автоматичен сменител на прах (APC) или бърз сменител на прах (QPC) от DISA, шаблоните могат да се сменят само за една минута. Тъй като се случват високоскоростни промени в шаблоните, пречката в процеса е склонна да се измести към леенето – времето, необходимо за ръчно преместване на кофата за изливане след смяна на шаблона. Безпроблемното леене е най-добрият начин за подобряване на тази стъпка от процеса на леене. Въпреки че леенето често е вече частично автоматизирано, пълната автоматизация изисква безпроблемна интеграция на системите за управление на линията за формоване и оборудването за пълнене, така че те да работят напълно синхронно във всички възможни работни ситуации. За да се постигне това надеждно, леярският агрегат трябва да знае точно къде е безопасно да излее следващата форма и, ако е необходимо, да коригира позицията на пълнещия агрегат. Постигането на ефективно автоматично пълнене в стабилен производствен процес на една и съща форма не е толкова трудно. Всеки път, когато се прави нова форма, колоната на формата се премества на едно и също разстояние (дебелина на формата). По този начин, устройството за пълнене може да остане в същата позиция, готово да напълни следващата празна форма, след като производствената линия е спряла. Необходими са само малки корекции на позицията на изливане, за да се компенсират промените в дебелината на формата, причинени от промени в свиваемостта на пясъка. Необходимостта от тези фини настройки наскоро беше допълнително намалена благодарение на новите характеристики на формовъчната линия, които позволяват позициите на изливане да останат по-постоянни по време на постоянно производство. След завършване на всяко изливане, формовъчната линия се придвижва отново с един ход, поставяйки следващата празна форма на място, за да започне следващото изливане. Докато това се случва, устройството за пълнене може да се пълни отново. При смяна на модела, дебелината на формата може да се промени, което изисква сложна автоматизация. За разлика от хоризонталния процес с пясъчник, където височината на пясъчника е фиксирана, вертикалният процес DISAMATIC® може да регулира дебелината на формата до точната дебелина, необходима за всеки комплект модели, за да поддържа постоянно съотношение пясък към желязо и да отчита височината на модела. Това е основно предимство за осигуряване на оптимално качество на отливане и използване на ресурсите, но различните дебелини на формите правят автоматичния контрол на отливането по-труден. След смяна на модела, машината DISAMATIC® започва да произвежда следващата партида форми със същата дебелина, но машината за пълнене на линията все още пълни формите от предишния модел, които може да имат различна дебелина на формата. За да се справи с това, линията за формоване и инсталацията за пълнене трябва да работят безпроблемно като една синхронизирана система, произвеждайки форми с една дебелина и безопасно изливайки друга. Безпроблемно изливане след смяна на модела. След смяна на модела, дебелината на останалата форма между формовъчните машини остава същата. Леярският агрегат, направен от предишния модел, остава същият, но тъй като новата форма, излизаща от формовъчната машина, може да е по-дебела или по-тънка, цялата верига може да се придвижва на различни разстояния във всеки цикъл – до дебелината на новата форма. Това означава, че с всеки ход на формовъчната машина, системата за безшевно леене трябва да регулира позицията на леенето в подготовка за следващото леене. След като предишната партида форми е излята, дебелината на формата отново става постоянна и стабилното производство се възобновява. Например, ако новата форма е с дебелина 150 мм, вместо формата с дебелина 200 мм, която все още се е изливала преди това, устройството за изливане трябва да се премества с 50 мм назад към формовъчната машина с всеки ход на формовъчната машина, за да бъде в правилната позиция за изливане. За да може леярската инсталация да се подготви за изливане, когато колоната с форми спре да се движи, контролерът на пълначната инсталация трябва да знае точно в каква форма ще се излива и кога и къде ще пристигне в зоната за изливане. Използвайки нов модел, който произвежда дебели форми, докато отлива тънки форми, системата би трябвало да може да отлива две форми в един цикъл. Например, когато се прави форма с диаметър 400 мм и се излива форма с диаметър 200 мм, устройството за изливане трябва да е на 200 мм от формовъчната машина за всяка направена форма. В даден момент ходът от 400 мм ще избута две незапълнени форми с диаметър 200 мм извън възможната зона за изливане. В този случай формовъчната машина трябва да изчака, докато устройството за пълнене завърши изливането на двете форми с диаметър 200 мм, преди да премине към следващия ход. Или, когато се правят тънки форми, изливачът трябва да може да пропусне изливането напълно в цикъла, докато все още излива дебели форми. Например, когато се прави форма с диаметър 200 мм и се излива форма с диаметър 400 мм, поставянето на нова форма с диаметър 400 мм в зоната за изливане означава, че трябва да се направят две форми с диаметър 200 мм. Проследяването, изчисленията и обменът на данни, необходими за интегрирана система за формоване и изливане, за да се осигури безпроблемно автоматизирано изливане, както е описано по-горе, са представлявали предизвикателства за много доставчици на оборудване в миналото. Но благодарение на съвременните машини, цифровите системи и най-добрите практики, безпроблемното изливане може да бъде (и е било) постигнато бързо с минимална настройка. Основното изискване е някаква форма на „отчитане“ на процеса, предоставяща информация за местоположението на всяка форма в реално време. Системата Monitizer®|CIM (компютърно интегриран модул) на DISA постига тази цел, като записва всяка направена форма и проследява движението ѝ през производствената линия. Като таймер за процес, той генерира серия от потоци от данни с времеви отпечатък, които изчисляват позицията на всяка форма и нейната дюза на производствената линия всяка секунда. Ако е необходимо, системата обменя данни в реално време със системата за управление на пълначната инсталация и други системи, за да постигне прецизна синхронизация. Системата DISA извлича важни данни за всяка форма от базата данни CIM, като например дебелина на формата и дали може/не може да се излива, и ги изпраща към системата за управление на пълначната инсталация. Използвайки тези точни данни (генерирани след екструдиране на формата), изливачът може да премести леярския възел в правилната позиция, преди формата да пристигне, и след това да започне да отваря стоперния прът, докато формата все още се движи. Формата пристига навреме, за да получи желязото от леярската инсталация. Това идеално време е от решаващо значение, т.е. стопилката достига точно до чашата за изливане. Времето за изливане е често срещан проблем с производителността и чрез перфектно определяне на началото на изливането, времето на цикъла може да бъде намалено с няколко десети от секундата. Системата за формоване DISA също така прехвърля съответните данни от формовъчната машина, като например текущия размер на формата и налягането на впръскване, както и по-широки данни за процеса, като например свиваемост на пясъка, към Monitizer®|CIM. На свой ред, Monitizer®|CIM получава и съхранява критични за качеството параметри за всяка матрица от инсталацията за пълнене, като например температура на изливане, време на изливане и успех на процесите на изливане и инокулация. Това позволява отделните форми да бъдат маркирани като лоши и разделени преди смесване в системата за разклащане. В допълнение към автоматизирането на формовъчните машини, формовъчните линии и леенето, Monitizer®|CIM предоставя рамка, съвместима с Industry 4.0, за придобиване, съхранение, отчитане и анализ. Ръководството на леярната може да преглежда подробни отчети и да анализира данни, за да проследява проблеми с качеството и да стимулира потенциални подобрения. Безпроблемният опит с леенето на Ortrander Ortrander Eisenhütte е семейна леярна в Германия, специализирана в производството на средносерийни, висококачествени чугунени отливки за автомобилни компоненти, тежкотоварни дървени печки и инфраструктура, както и части за общи машини. Леярната произвежда сив чугун, сферографитен чугун и компактен графитен чугун и произвежда приблизително 27 000 тона висококачествени отливки годишно, работейки на две смени пет дни в седмицата. Ortrander управлява четири 6-тонни индукционни топилни пещи и три формовъчни линии DISA, произвеждайки приблизително 100 тона отливки на ден. Това включва кратки производствени цикли от един час, понякога по-малко за важни клиенти, така че шаблонът трябва да се сменя често. За да оптимизира качеството и ефективността, главният изпълнителен директор Бернд Х. Уилямс-Бук е инвестирал значителни ресурси във внедряването на автоматизация и анализи. Първата стъпка беше автоматизирането на процеса на топене и дозиране на чугун, като бяха модернизирани три съществуващи леярски пещи, използвайки най-новата система pourTECH, която включва 3D лазерна технология, инкубация и контрол на температурата. Пещите, формовъчните и леярските линии вече са цифрово управлявани и синхронизирани, работещи почти напълно автоматично. Когато формовъчната машина промени модела си, контролерът за леене pourTECH запитва системата DISA Monitizer®|CIM за новите размери на формата. Въз основа на данните от DISA, контролерът за леене изчислява къде да постави възела за леене за всяко леене. Той знае точно кога първата нова форма пристига в инсталацията за пълнене и автоматично превключва към новата последователност на леене. Ако шаблонът достигне края на хода си по всяко време, машината DISAMATIC® спира и шаблонът автоматично се връща. Когато първата нова форма бъде извадена от машината, операторът бива предупреждаван, за да може визуално да провери дали е в правилната позиция. Предимствата на безшевното леене Традиционните процеси на ръчно леене или по-малко сложните автоматизирани системи могат да доведат до загуба на производствено време по време на смяна на модели, което е неизбежно дори при бърза смяна на формите на формовъчна машина. Ръчното нулиране на изливащото устройство и формите за леене е по-бавно, изисква повече оператори и е податливо на грешки, като например раздуване. Ортрандер установява, че при бутилиране на ръка служителите му в крайна сметка се уморяват, губят концентрация и правят грешки, като например отпускане. Безпроблемната интеграция на формоването и леенето позволява по-бързи, по-последователни и по-висококачествени процеси, като същевременно намаляват отпадъците и времето за престой. С Ортрандер автоматичното пълнене елиминира трите минути, необходими преди за регулиране на позицията на пълнителния агрегат по време на смяна на модели. Целият процес на преобразуване преди отнемаше 4,5 минути, каза г-н Уилямс-Бук. Днес по-малко от две минути. Сменяйки между 8 и 12 модела на смяна, служителите на Ортрандер сега прекарват около 30 минути на смяна, наполовина по-малко от преди. Качеството се подобрява чрез по-голяма последователност и възможност за непрекъснато оптимизиране на процесите. Ortrander намали отпадъците с приблизително 20% чрез въвеждането на безшевно леене. В допълнение към намаляването на времето за престой при смяна на модели, цялата линия за формоване и изливане изисква само двама души вместо предишните трима. На някои смени трима души могат да управляват две пълни производствени линии. Мониторингът е почти всичко, което правят тези работници: освен избора на следващия модел, управлението на пясъчните смеси и транспортирането на стопилката, те имат малко ръчни задачи. Друго предимство е намалената нужда от опитни служители, които са трудни за намиране. Въпреки че автоматизацията изисква известно обучение на операторите, тя предоставя на хората критичната информация за процеса, от която се нуждаят, за да вземат добри решения. В бъдеще машините може да вземат всички решения. Дивиденти от данни от безшевно леене Когато се опитват да подобрят даден процес, леярните често казват: „Правим едно и също нещо по един и същ начин, но с различни резултати.“ Така че те леят при една и съща температура и ниво за 10 секунди, но някои отливки са добри, а други са лоши. Чрез добавяне на автоматизирани сензори, събиране на данни с времеви отпечатък за всеки параметър на процеса и наблюдение на резултатите, интегрираната система за безшевно леене създава верига от свързани данни за процеса, което улеснява идентифицирането на коренните причини, когато качеството започне да се влошава. Например, ако в партида спирачни дискове се появят неочаквани включвания, мениджърите могат бързо да проверят дали параметрите са в допустими граници. Тъй като контролерите за формовъчната машина, леярската инсталация и други функции, като пещи и пясъчни смесители, работят в синхрон, данните, които генерират, могат да бъдат анализирани, за да се идентифицират взаимовръзки по време на целия процес, от свойствата на пясъка до крайното качество на повърхността на отливката. Един възможен пример е как нивото на изливане и температурата влияят върху пълненето на формата за всеки отделен модел. Получената база данни също така полага основите за бъдещото използване на автоматизирани техники за анализ, като машинно обучение и изкуствен интелект (ИИ), за оптимизиране на процесите. Ortrander събира данни за процеса в реално време чрез машинни интерфейси, сензорни измервания и тестови проби. За всяка отливка във формата се събират около хиляда параметъра. Преди това той записваше само времето, необходимо за всяко изливане, но сега знае точно какво е нивото на дюзата за изливане всяка секунда, което позволява на опитен персонал да изследва как този параметър влияе върху други показатели, както и крайното качество на отливката. Източва ли се течността от дюзата за изливане, докато формата се пълни, или дюзата за изливане се пълни до почти постоянно ниво по време на пълнене? Ortrander произвежда от три до пет милиона форми годишно и е събрал огромно количество данни. Ortrander също така съхранява множество изображения на всяка отливка в базата данни pourTECH в случай на проблеми с качеството. Намирането на начин за автоматично оценяване на тези изображения е бъдеща цел. Заключение. Едновременното автоматизирано формоване и отливане води до по-бързи процеси, по-постоянно качество и по-малко отпадъци. С плавно леене и автоматична смяна на шаблона, производствената линия работи ефективно автономно, изисквайки само минимални ръчни усилия. Тъй като операторът играе надзорна роля, е необходим по-малко персонал. Безшевното леене сега се използва на много места по света и може да се приложи във всички съвременни леярни. Всяка леярна ще изисква малко по-различно решение, съобразено с нейните нужди, но технологията за неговото внедряване е добре доказана, в момента се предлага от DISA и нейния партньор pour-tech AB и не изисква много работа. Може да се извършва персонализирана работа. Повишеното използване на изкуствен интелект и интелигентна автоматизация в леярните все още е във фаза на тестване, но тъй като леярните и производителите на оригинално оборудване (OEM) събират повече данни и допълнителен опит през следващите две до три години, преходът към автоматизация ще се ускори значително. Това решение обаче в момента е по избор, тъй като анализът на данни е най-добрият начин за оптимизиране на процесите и подобряване на рентабилността, по-голямата автоматизация и събирането на данни се превръщат в стандартна практика, а не в експериментален проект. В миналото най-големите предимства на леярната бяха нейният модел и опитът на нейните служители. Сега, когато безшевното леене се комбинира с по-голяма автоматизация и системи от Industry 4.0, данните бързо се превръщат в третия стълб на успеха на леярната.
—Искрено благодарим на pour-tech и Ortrander Eisenhütte за коментарите им по време на подготовката на тази статия.
Да, бих искал/а да получавам двуседмичния бюлетин на Foundry-Planet с всички последни новини, тестове и доклади за продукти и материали. Плюс специални бюлетини – всички с възможност за безплатно анулиране по всяко време.
Време на публикуване: 05 октомври 2023 г.