GKN Aerospace - Produzione di motori senza turbolenze
Macchina utensile per la lavorazione dei metalli ad alta precisione
GKN Aerospace è uno dei principali fornitori mondiali di tecnologie aerospaziali. Con 50 siti produttivi in 15 paesi, l'azienda rifornisce oltre il 90% dei produttori mondiali di aerei e motori aeronautici. Sviluppa e produce sistemi intelligenti e tecnologie innovative per l'industria aerospaziale, utilizzate ad esempio negli aerei da trasporto e nei più grandi aerei passeggeri del mondo. L'azienda si occupa anche di ingegneria aeronautica. Ad esempio, ha prodotto l'ugello del razzo del celebre Ariane 5.
GKN Aerospace produce componenti per motori per il settore aerospaziale.
Mikael Alm, ingegnere industriale IoT di GKN, ha affermato: "Produciamo componenti per propulsori aeronautici. Nel mio reparto ND Digital lavoriamo con macchine utensili precise. Per garantire il loro funzionamento corretto e senza imprevisti, monitoriamo le macchine con l'aiuto di sensori. Utilizziamo un'ampia gamma di sensori per garantire un corretto funzionamento nel processo di produzione. Da circa tre anni utilizziamo i sensori di vibrazioni di ifm che controllano il corretto funzionamento dei mandrini delle nostre macchine utensili".
Macchine utensili controllate da computer svolgono, in modo completamente automatico, diverse operazioni per la lavorazione di metalli. Le teste di fresatura si fanno strada nel metallo ad alta velocità. Gli utensili di tornitura producono alberi di precisione micrometrica e le punte realizzano fori precisi. I componenti di alta precisione per le turbine degli aerei, ad esempio, vengono prodotti così nel minor tempo possibile.
La priorità assoluta è la lavorazione del pezzo senza errori e senza interferenze. Solo così è possibile garantire una qualità del prodotto costantemente elevata. A causa dell'elevata velocità di lavorazione e delle forze di processo, sono necessari sistemi diagnostici a reazione rapida che rilevano immediatamente eventuali danni all'utensile o collisioni durante la lavorazione e interrompono il processo all’istante. In questo modo si evitano ulteriori danni alla macchina e al pezzo. La permanente diagnosi delle vibrazioni si è dimostrata il metodo migliore per questo obiettivo.
Lubrificante di raffreddamento sufficiente per l'utensile e il pezzo in lavorazione.
I più piccoli disequilibri rivelano anomalie
Il cuore del sistema è un sensore di vibrazioni altamente sensibile ed estremamente affidabile di ifm electronic, montato direttamente sull'alloggiamento del mandrino. Il sensore VSA è un piccolo accelerometro micromeccanico che rileva costantemente le vibrazioni sulle superfici non rotanti della macchina.
Figura 1: Sempre in ascolto: sensore di vibrazioni VSA004 di ifm, direttamente sul mandrino. Figura 2: La centralina diagnostica VSE100 rileva le minime deviazioni del comportamento vibratorio e segnala il superamento dei valori di soglia.
La sensibilità del sensore VSA è così elevata che anche il minimo danno a una testa di fresatura di dimensioni millimetriche viene registrato attraverso il disequilibrio che si verifica. Le variazioni nelle forze di taglio, ad esempio a causa di trivelle spuntate o accumulo di trucioli, vengono riconosciute dal cambiamento del comportamento delle vibrazioni. GKN utilizza la centralina diagnostica VSE100 di ifm, in grado di elaborare i segnali provenienti da massimo quattro sensori di vibrazioni e di attivare un messaggio di avviso o un arresto della macchina in caso di anomalia. Inoltre la centralina trasmette i dati al sistema di controllo di livello superiore tramite Ethernet.
I valori limite per il rilevamento di vibrazioni e possibili collisioni possono essere memorizzati, per ogni utensile e per ogni fase di lavorazione, nel sistema di controllo della macchina. Per calcolarli in anticipo, viene eseguito un programma in modalità Teach. I dati sulle vibrazioni per ogni utensile vengono memorizzati nel sistema di controllo e dotati di valori di tolleranza regolabili. Il superamento di questi valori durante la lavorazione viene interpretato come un errore e, a seconda dell'ampiezza della vibrazione, viene trasmesso un messaggio di avviso o addirittura arrestato il processo.
Un'ulteriore funzione di protezione è il monitoraggio delle condizioni del mandrino. L'usura dei cuscinetti della complessa meccanica del mandrino viene rilevata e segnalata dal comportamento insolito delle vibrazioni. Questo offre all'utente una maggiore sicurezza.
Altri sensori
La centralina diagnostica ha due ingressi analogici ai quali si possono collegare ulteriori sensori per monitorare altre variabili di misura. Ad esempio, GKN utilizza numerosi sensori di pressione PN7 per monitorare in modo costante la pressione nelle tubazioni del refrigerante. Una caduta di pressione potrebbe interrompere il raffreddamento e causare danni all'utensile e al pezzo. Pertanto, in caso di anomalia, i sensori segnalano il mancato raggiungimento della pressione di esercizio richiesta.
GKN ha collegato tutti i sensori utilizzati al sistema di controllo centrale tramite il sistema bus AS-i. I segnali di massimo 127 sensori vengono trasmessi al master AS-i tramite un cavo piatto bipolare con l'aiuto dei moduli IO AS-i. Questo cablaggio bus riduce notevolmente i costi e semplifica l'installazione.
Figura 1: I sensori di pressione controllano la pressione nel circuito di raffreddamento. Figura 2: Riduzione del cablaggio: i moduli AS-i raccolgono i dati dei sensori e li trasmettono al sistema di controllo.
Analisi
Per monitorare e analizzare le condizioni della macchina, GKN si affida a SMARTOBSERVER, un software sviluppato da ifm appositamente per il monitoraggio della condizione degli impianti. Qui convergono tutti i valori misurati dai sensori. Oltre ad una chiara visualizzazione grafica di tutti i valori di processo e dei loro valori limite, il software crea anche analisi di tendenza e aiuta ad ottimizzare i flussi di processo.
Mikael Alm spiega: "È molto importante per noi capire cosa succede durante i processi di produzione. I nostri prodotti sono molto costosi e dobbiamo essere in grado di apportare miglioramenti quando i processi non sono più al cento per cento. Possiamo utilizzare i dati raccolti da SMARTOBSERVER nel nostro strumento di analisi per effettuare valutazioni accurate e intraprendere azioni mirate". L’intera gestione degli allarmi nel software ifm consente anche una manutenzione delle macchine basata sulle condizioni.
Trasparenza e ottimizzazione: il software SMARTOBSERVER raccoglie, visualizza e analizza tutti i dati dei sensori.
Conclusioni
Grazie ai sensori e al software SMARTOBSERVER, le macchine utensili possono essere monitorate in modo automatico e affidabile. Le anomalie vengono rilevate per tempo, la manutenzione può essere pianificata ed è orientata alle condizioni. Questo non solo consente un risparmio sui costi, ma garantisce anche la massima disponibilità e la più alta qualità del prodotto.
Mikael Alm riassume così: "Mi occupo della manutenzione da molti anni e funziona proprio come deve. La soluzione combinata di sensori e software di ifm ci aiuterà anche in futuro a comprendere e migliorare i nostri dispositivi. ifm ha un'ottima assistenza clienti che ci supporta sempre nella ricerca della soluzione migliore per le nostre esigenze". Questa vicinanza di ifm al cliente si riflette anche nello slogan "ifm – close to you".