Slévárny stále častěji zavádějí automatizaci procesů řízenou daty, aby dosáhly dlouhodobých cílů v oblasti vyšší kvality, menšího množství odpadu, maximální provozuschopnosti a minimálních nákladů. Plně integrovaná digitální synchronizace procesů lití a formování (bezešvé lití) je obzvláště cenná pro slévárny, které čelí výzvám výroby just-in-time, zkrácených dob cyklů a častějších změn modelů. Díky automatizovaným systémům formování a odlévání, které se bezproblémově propojují, se proces odlévání zrychluje a kvalitnější díly se vyrábějí konzistentněji. Automatizovaný proces odlévání zahrnuje sledování teploty odlévání, podávání očkovacího materiálu a kontrolu každé formy. To zlepšuje kvalitu každého odlitku a snižuje míru zmetkovitosti. Tato komplexní automatizace také snižuje potřebu operátorů s dlouholetými specializovanými zkušenostmi. Provoz se také stává bezpečnějším, protože se celkově zapojuje méně pracovníků. Tato vize není vizí budoucnosti; to se děje nyní. Nástroje, jako je automatizace a robotika sléváren, sběr a analýza dat, se vyvíjely po celá desetiletí, ale pokrok se v poslední době zrychlil s rozvojem cenově dostupných vysoce výkonných počítačů a pokročilých síťových senzorů Průmyslu 4.0 a kompatibilních řídicích systémů. Řešení a partneři nyní umožňují slévárnám vytvářet robustní a inteligentní infrastrukturu pro podporu ambicióznějších projektů, která spojuje několik dříve nezávislých dílčích procesů za účelem koordinace jejich úsilí. Ukládání a analýza procesních dat shromážděných těmito automatizovanými a integrovanými systémy také otevírá dveře k pozitivnímu cyklu neustálého zlepšování řízeného daty. Slévárny mohou shromažďovat a analyzovat procesní parametry zkoumáním historických dat a nacházet korelace mezi nimi a výsledky procesu. Automatizovaný proces pak poskytuje transparentní prostředí, ve kterém lze veškerá vylepšení identifikovaná analýzou důkladně a rychle otestovat, validovat a pokud možno implementovat.
Problémy s bezproblémovým lisováním Vzhledem k trendu výroby „just-in-time“ musí zákazníci používající lisovací linky DISAMATIC® často měnit modely mezi malými dávkami. Pomocí zařízení, jako je automatický měnič prášku (APC) nebo rychlý měnič prášku (QPC) od společnosti DISA, lze šablony vyměnit již za jednu minutu. Vzhledem k tomu, že dochází k vysokorychlostním změnám modelů, úzké hrdlo procesu má tendenci se přesouvat směrem k lití – čas potřebný k ručnímu přesunutí mezipánve k lití po změně modelu. Bezproblémové lití je nejlepším způsobem, jak tento krok procesu lití vylepšit. Ačkoli je odlévání často již částečně automatizované, plná automatizace vyžaduje bezproblémovou integraci řídicích systémů lisovací linky a plnicího zařízení tak, aby fungovaly zcela synchronně ve všech možných provozních situacích. Aby toho bylo spolehlivě dosaženo, musí licí jednotka přesně vědět, kde je bezpečné nalít další formu, a v případě potřeby upravit polohu plnicí jednotky. Dosažení efektivního automatického plnění ve stabilním výrobním procesu stejné formy není tak obtížné. Pokaždé, když se vyrobí nová forma, se sloupec formy posune o stejnou vzdálenost (tloušťku formy). Tímto způsobem může plnicí jednotka zůstat ve stejné poloze a být připravena naplnit další prázdnou formu po zastavení výrobní linky. Pro kompenzaci změn tloušťky formy způsobených změnami stlačitelnosti písku jsou nutné pouze drobné úpravy polohy lití. Potřeba těchto jemných úprav se v poslední době dále snížila díky novým funkcím formovacích linek, které umožňují zachovat konzistentnější polohy lití během konzistentní výroby. Po dokončení každého lití se formovací linka posune o jeden zdvih a umístí další prázdnou formu na místo pro zahájení dalšího lití. Během toho lze plnicí zařízení znovu naplnit. Při změně modelu se může tloušťka formy změnit, což vyžaduje složitou automatizaci. Na rozdíl od horizontálního procesu s pískovištěm, kde je výška pískoviště pevná, dokáže vertikální proces DISAMATIC® upravit tloušťku formy na přesnou tloušťku potřebnou pro každou sadu modelů, aby se udržel konstantní poměr písku a železa a zohlednila se výška modelu. To je hlavní výhoda pro zajištění optimální kvality odlitků a využití zdrojů, ale různé tloušťky forem ztěžují automatické řízení odlitků. Po změně modelu začne stroj DISAMATIC® vyrábět další dávku forem stejné tloušťky, ale plnicí stroj na lince stále plní formy předchozího modelu, které mohou mít jinou tloušťku formy. Aby se tomu zabránilo, musí formovací linka a plnicí zařízení fungovat bezproblémově jako jeden synchronizovaný systém, vyrábět formy jedné tloušťky a bezpečně odlévat formy jiné. Bezproblémové lití po změně modelu. Po změně modelu zůstává tloušťka zbývající formy mezi formovacími stroji stejná. Licí jednotka vyrobená z předchozího modelu zůstává stejná, ale protože nová forma vycházející z formovacího stroje může být silnější nebo tenčí, může se celá řada v každém cyklu posunout o různé vzdálenosti – k tloušťce nové formy. To znamená, že s každým zdvihem formovacího stroje musí systém bezešvého lití upravovat polohu odlitku v rámci přípravy na další odlitek. Po odlití předchozí dávky forem se tloušťka formy opět stává konstantní a obnoví se stabilní výroba. Například, pokud má nová forma tloušťku 150 mm namísto dříve odlévané formy o tloušťce 200 mm, musí se licí zařízení s každým zdvihem licího stroje posunout o 50 mm zpět směrem k formovacímu stroji, aby bylo ve správné licí poloze. Aby se licí zařízení připravilo k lití, když se sloupec forem zastaví, musí řídicí jednotka plnicího zařízení přesně vědět, do jaké formy bude lití a kdy a kam dorazí do licí oblasti. S použitím nového modelu, který vyrábí silné formy a zároveň odlévá tenké formy, by měl být systém schopen odlít dvě formy v jednom cyklu. Například při výrobě formy o průměru 400 mm a odlévání formy o průměru 200 mm musí být licí zařízení pro každou vyrobenou formu vzdáleno 200 mm od formovacího stroje. V určitém okamžiku zdvih 400 mm vytlačí dvě nenaplněné formy o průměru 200 mm z možné licí oblasti. V tomto případě musí licí stroj počkat, až plnicí zařízení dokončí odlévání dvou forem o průměru 200 mm, než přejde k dalšímu zdvihu. Nebo při výrobě tenkých forem musí být odlévač schopen v cyklu zcela vynechat odlévání a zároveň odlévat i silné formy. Například při výrobě formy o průměru 200 mm a odlévání formy o průměru 400 mm znamená umístění nové formy o průměru 400 mm do licí oblasti, že je třeba vyrobit dvě formy o průměru 200 mm. Sledování, výpočty a výměna dat potřebné pro integrovaný systém formování a odlévání, který zajistí bezproblémové automatizované odlévání, jak je popsáno výše, představovaly v minulosti pro mnoho dodavatelů zařízení výzvy. Díky moderním strojům, digitálním systémům a osvědčeným postupům však lze (a bylo) dosáhnout plynulého odlévání rychle s minimálním nastavením. Hlavním požadavkem je určitá forma „evidence“ procesu, která poskytuje informace o poloze každé formy v reálném čase. Systém DISA Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) dosahuje tohoto cíle zaznamenáváním každé vyrobené formy a sledováním jejího pohybu výrobní linkou. Jako časovač procesu generuje řadu datových toků s časovou značkou, které každou sekundu vypočítávají polohu každé formy a její trysky na výrobní lince. V případě potřeby si vyměňuje data v reálném čase s řídicím systémem plnicího zařízení a dalšími systémy, aby se dosáhlo přesné synchronizace. Systém DISA extrahuje důležitá data pro každou formu z databáze CIM, jako je tloušťka formy a zda lze/nelze nalít, a odesílá je do řídicího systému plnicího zařízení. Pomocí těchto přesných dat (vygenerovaných po vytlačení formy) může odlévač přesunout odlévací sestavu do správné polohy před příjezdem formy a poté začít otevírat zátkovou tyč, zatímco se forma stále pohybuje. Forma dorazí včas, aby přijala litinu z odlévacího zařízení. Toto ideální načasování je klíčové, tj. tavenina dosáhne licího kalíšku přesně. Doba odlévání je běžným úzkým hrdlem produktivity a dokonalým načasováním zahájení odlévání lze zkrátit doby cyklu o několik desetin sekundy. Vstřikovací systém DISA také přenáší relevantní data z vstřikovacího stroje, jako je aktuální velikost formy a vstřikovací tlak, a také širší procesní data, jako je stlačitelnost písku, do systému Monitizer®|CIM. Monitizer®|CIM následně přijímá a ukládá z plnicího závodu parametry kritické pro kvalitu každé formy, jako je teplota lití, doba lití a úspěšnost procesů lití a očkování. To umožňuje označit jednotlivé formy jako špatné a oddělit je před smícháním v třepacím systému. Kromě automatizace formovacích strojů, formovacích linek a odlévání poskytuje Monitizer®|CIM rámec pro sběr, ukládání, reporting a analýzu, který je v souladu s Průmyslem 4.0. Vedení slévárny si může prohlížet podrobné zprávy a procházet data, aby sledovalo problémy s kvalitou a řídilo potenciální zlepšení. Bezproblémové zkušenosti s odléváním od Ortrander Ortrander Eisenhütte je rodinná slévárna v Německu, která se specializuje na výrobu středně velkých, vysoce kvalitních litinových odlitků pro automobilové komponenty, těžká dřevěná kamna a infrastrukturu a běžných strojních dílů. Slévárna vyrábí šedou litinu, tvárnou litinu a litinu s grafitem a ročně vyrábí přibližně 27 000 tun vysoce kvalitních odlitků, přičemž pracuje na dvě směny pět dní v týdnu. Společnost Ortrander provozuje čtyři šestitunové indukční tavicí pece a tři formovací linky DISA, které produkují přibližně 100 tun odlitků denně. To zahrnuje krátké výrobní série v délce jedné hodiny, někdy i méně pro důležité klienty, takže šablonu je nutné často měnit. Pro optimalizaci kvality a efektivity investoval generální ředitel Bernd H. Williams-Book značné prostředky do implementace automatizace a analytiky. Prvním krokem byla automatizace procesu tavení a dávkování železa, modernizace tří stávajících slévárenských pecí pomocí nejnovějšího systému pourTECH, který zahrnuje 3D laserovou technologii, inkubaci a regulaci teploty. Pece, formovací a slévací linky jsou nyní digitálně řízeny a synchronizovány a fungují téměř zcela automaticky. Když se změní model formovacího stroje, řídicí jednotka licího systému pourTECH se dotazuje systému DISA Monitizer®|CIM na nové rozměry formy. Na základě dat DISA řídicí jednotka licího systému vypočítá, kam umístit licí uzel pro každé lití. Přesně ví, kdy první nová forma dorazí do plnicího zařízení, a automaticky přepne na novou licí sekvenci. Pokud přípravek kdykoli dosáhne konce svého zdvihu, stroj DISAMATIC® se zastaví a přípravek se automaticky vrátí zpět. Když je ze stroje vyjmuta první nová forma, je obsluha upozorněna, aby mohla vizuálně zkontrolovat, zda je ve správné poloze. Výhody bezešvého lití Tradiční ruční licí procesy nebo méně složité automatizované systémy mohou vést ke ztrátě výrobního času během výměn modelů, což je nevyhnutelné i při rychlých výměnách forem na lisovacím stroji. Ruční resetování odlévacího zařízení a licích forem je pomalejší, vyžaduje více obsluhy a je náchylné k chybám, jako je například přerůstání. Ortrander zjistil, že při ručním plnění do lahví se jeho zaměstnanci nakonec unavili, ztráceli koncentraci a dělali chyby, například se flákali. Bezproblémová integrace formování a lití umožňuje rychlejší, konzistentnější a kvalitnější procesy a zároveň snižuje odpad a prostoje. S Ortranderem automatické plnění eliminuje tři minuty, které byly dříve potřeba k úpravě polohy plnicí jednotky během výměn modelů. Celý proces konverze dříve trval 4,5 minuty, uvedl pan Williams-Book. Dnes méně než dvě minuty. Výměnou 8 až 12 modelů za směnu nyní zaměstnanci Ortranderu stráví přibližně 30 minut za směnu, což je poloviční doba oproti dříve. Kvalita se zvyšuje díky větší konzistenci a schopnosti neustále optimalizovat procesy. Společnost Ortrander snížila množství odpadu přibližně o 20 % zavedením bezešvého lití. Kromě zkrácení prostojů při výměně modelů vyžaduje celá linka na formování a lití pouze dva lidi místo předchozích tří. V některých směnách mohou tři lidé obsluhovat dvě kompletní výrobní linky. Monitorování je téměř vše, co tito pracovníci dělají: kromě výběru dalšího modelu, správy směsí písku a přepravy taveniny mají málo manuálních úkolů. Další výhodou je snížená potřeba zkušených zaměstnanců, které je obtížné najít. Automatizace sice vyžaduje určité školení obsluhy, ale poskytuje lidem kritické informace o procesu, které potřebují k přijímání dobrých rozhodnutí. V budoucnu mohou všechna rozhodnutí činit stroje. Datové dividendy z bezešvého lití Při snaze o zlepšení procesu slévárny často říkají: „Děláme totéž stejným způsobem, ale s různými výsledky.“ Odlévají tedy při stejné teplotě a úrovni po dobu 10 sekund, ale některé odlitky jsou dobré a některé špatné. Přidáním automatizovaných senzorů, sběrem dat s časovým razítkem o každém parametru procesu a monitorováním výsledků vytváří integrovaný systém bezešvého lití řetězec souvisejících procesních dat, což usnadňuje identifikaci základních příčin, když se kvalita začne zhoršovat. Například pokud se v dávce brzdových kotoučů vyskytnou neočekávané vměstky, mohou manažeři rychle zkontrolovat, zda jsou parametry v přijatelných mezích. Protože řídicí jednotky pro formovací stroj, slévárnu a další funkce, jako jsou pece a míchačky písku, spolupracují, lze data, která generují, analyzovat a identifikovat vztahy v celém procesu, od vlastností písku až po konečnou kvalitu povrchu odlitku. Jedním z možných příkladů je, jak hladina lití a teplota ovlivňují plnění formy pro každý jednotlivý model. Výsledná databáze také pokládá základ pro budoucí využití automatizovaných analytických technik, jako je strojové učení a umělá inteligence (AI), k optimalizaci procesů. Ortrander shromažďuje procesní data v reálném čase prostřednictvím rozhraní stroje, měření senzorů a testovacích vzorků. Pro každý odlitek do formy se shromažďuje přibližně tisíc parametrů. Dříve zaznamenával pouze čas potřebný pro každé lití, ale nyní přesně ví, jaká je hladina licí trysky každou sekundu, což umožňuje zkušenému personálu zkoumat, jak tento parametr ovlivňuje další ukazatele a také konečnou kvalitu odlitku. Je kapalina odváděna z licí trysky během plnění formy, nebo je licí tryska během plnění plněna téměř konstantní hladinou? Společnost Ortrander vyrábí tři až pět milionů forem ročně a shromáždila obrovské množství dat. Ortrander také ukládá do databáze pourTECH více obrázků každé odlité formy pro případ problémů s kvalitou. Nalezení způsobu, jak tyto obrázky automaticky hodnotit, je cílem do budoucna. Závěr. Současné automatizované tvarování a odlévání vede k rychlejším procesům, konzistentnější kvalitě a menšímu množství odpadu. Díky plynulému odlévání a automatické změně vzoru pracuje výrobní linka efektivně autonomně a vyžaduje pouze minimální manuální úsilí. Protože obsluha hraje dohledovou roli, je zapotřebí méně personálu. Bezešvé odlévání se nyní používá na mnoha místech po celém světě a lze jej aplikovat ve všech moderních slévárnách. Každá slévárna bude vyžadovat mírně odlišné řešení přizpůsobené jejím potřebám, ale technologie pro jeho implementaci je osvědčená, v současné době dostupná od společnosti DISA a jejího partnera pour-tech AB, a nevyžaduje mnoho práce. Lze provádět i zakázkovou práci. Zvýšené využívání umělé inteligence a inteligentní automatizace ve slévárnách je stále ve fázi testování, ale jakmile slévárny a výrobci originálního vybavení (OEM) v příštích dvou až třech letech shromáždí více dat a dalších zkušeností, přechod na automatizaci se výrazně urychlí. Toto řešení je však v současné době volitelné, protože datová inteligence je nejlepším způsobem, jak optimalizovat procesy a zlepšit ziskovost, a proto se větší automatizace a sběr dat stávají standardní praxí, nikoli experimentálním projektem. V minulosti byly největšími aktivy slévárny její model a zkušenosti jejích zaměstnanců. Nyní, když se bezešvé odlévání kombinuje s větší automatizací a systémy Průmyslu 4.0, se data rychle stávají třetím pilířem úspěchu slévárny.
—Upřímně děkujeme společnostem pour-tech a Ortrander Eisenhütte za jejich komentáře během přípravy tohoto článku.
Ano, chci dostávat dvoutýdenní newsletter Foundry-Planet se všemi nejnovějšími zprávami, testy a zprávami o produktech a materiálech. Navíc speciální newslettery – to vše s možností bezplatného zrušení kdykoli.
Čas zveřejnění: 5. října 2023