GKN Aerospace – Výroba motorů bez turbulencí
Stroj pro velmi přesné obrábění kovů
GKN Aerospace patří k předním světovým dodavatelům různých leteckých a kosmických technologií. Společnost má 50 výrobních závodů v 15 státech a dodává 90 procentům výrobců letadel a motorů po celém světě. Vyvíjí a vyrábí moderní inteligentní systémy a technologie pro letectví a kosmonautiku, používané např. v nákladních letadlech a největším letadle pro dopravu osob na světě. Věnuje se také kosmonautickým technologiím. Vyrobili tady například trysky pro slavnou raketu Ariane 5.
GKN Aerospace vyrábí součásti motorů pro kosmonautický průmysl
Mikael Alm, který se v GKN věnuje průmyslovému internetu věcí, uvádí: „Vyrábíme součásti do leteckých motorů. V našem oddělení ND Digital používáme přesné obráběcí stroje. Aby fungovaly spolehlivě a nedocházelo k nečekaným problémům, monitorujeme je pomocí senzorů. Bezporuchovou výrobu nám pomáhají zajistit různé senzory. Už asi 3 roky používáme senzory vibrací od ifm. Na našich obráběcích strojích monitorují chod vřeten.“
Při obrábění kovů je mnoho operací automatizováno pomocí počítačů. Frézovací hlavy ubírají materiál při vysokých otáčkách. Soustružnické nože vyrábějí hřídele s přesností na mikromilimetry a vrtáky vytvářejí přesné vývrty. Tak během krátké doby vznikají například vysoce přesné součásti turbín pro letadla.
Maximální prioritou je zajistit bezchybný a bezporuchový průběh obrábění dílů. Jen tak lze udržet stálou vysokou kvalitu výrobků. Protože se obrábí za vysokých rychlostí a velkých procesních sil, jsou potřeba rychle reagující diagnostické systémy, které okamžitě rozpoznají hrozící poškození nástrojů nebo kolize a práci hned zastaví, aby se nepoškodil stroj ani obrobek. Jako optimální postup se osvědčila diagnostika vibrací.
Dostatek chladiva chrání nástroj i obrobek
I velmi malá nevyváženost upozorňuje na chyby
Základem tohoto systému je velmi citlivý a extrémně spolehlivý senzor vibrací od specializovaného výrobce ifm electronic, který je namontovaný přímo na tělese vřetena. Senzor vibrací typu VSAje malý mikromechanický senzor zrychlení, který průběžně detekuje vibrace na neotáčivých plochách stroje.
Obrázek 1: Stále naslouchá: Vibrační snímač VSA004 od ifm umístěný přímo na vřetenu. Obrázek 2: Vyhodnocovací jednotka VSE100 rozpozná i ty nejmenší odchylky a signalizuje překročení mezí.
Senzor VSA je tak citlivý, že podle nevyváženosti rozpozná i nepatrné poškození frézovací hlavy, která samotná má rozměry v řádu milimetrů. Podle změněné charakteristiky vibrací zjistí také změny řezných sil, způsobené například ztupením frézy nebo nahromaděním třísek, a hlásí je diagnostické jednotce. Ve firmě GKN používají vyhodnocovací jednotku VSE100 od ifm. Zpracovává signály až ze čtyř senzorů vibrací a na případnou chybu může reagovat varováním nebo zastavením stroje. Data přenáší přes Ethernet do nadřízené řídicí jednotky.
Mezní hodnoty, podle kterých se detekují vibrace a kolize, lze v řídicí jednotce stroje uložit pro každý nástroj a každý krok procesu zvlášť. Stanoví se předem tak, že program spustí v registračním režimu. Pro každý nástroj se při něm do řídicí jednotky uloží konkrétní data vibrací a nastavitelné hodnoty tolerancí. Překročení těchto hodnot během obrábění se považuje za chybu a podle amplitudy vibrací vyvolá varování nebo zastaví obrábění.
Další ochrannou funkcí je monitorování stavu vřetena. Podle neobvyklých charakteristik vibrací rozpozná a hlásí opotřebení ložisek ve složitém mechanismu vřetena. Tím se zvyšuje bezpečnost pro uživatele.
Další senzory:
Vyhodnocovací systém má také dva analogové vstupy, ke kterým lze připojit další senzory monitorující měřené parametry. GKN používá nespočet tlakových senzorů PN7 k neustálé kontrole tlaku v chladicím potrubí. Při poklesu tlaku by se mohlo chlazení zastavit, takže by se poškodil nástroj a obrobek. Proto senzory při závadě signalizují nedostatečný provozní tlak.
Všechny senzory v GKN propojili s centrální řídicí jednotkou pomocí sběrnicového systému AS-i. Signály až ze 127 senzorů se pomocí vstupních/výstupních modulů AS-i přenášejí přes plochou dvojlinku do modulu AS-i. Toto sběrnicové zapojení výrazně snižuje náklady na kabeláž a usnadňuje instalaci.
Obrázek 1: Tlakové senzory monitorují tlak v chladicím potrubí. Obrázek 2: Jednodušší zapojení: Moduly AS-i shromažďují data ze senzorů a přenášejí je do řídicí jednotky prostřednictvím 2žilového kabelu sběrnice.
Vyhodnocení
Společnost GKN používá k monitorování a analýze stavu strojů nástroj SMARTOBSERVER. Tento software vyvinula firma ifm speciálně pro monitorování zařízení. Shromažďují se v něm všechny naměřené hodnoty ze senzorů. Kromě znázornění všech procesních hodnot a jejich mezí vytváří software také analýzy trendů, které umožňují optimalizovat výrobní proces.
Mikael Alm vysvětluje: „Pro nás je zásadní vědět, co se během výroby děje. Naše výrobky jsou velmi drahé a jakékoli nesrovnalosti v procesu potřebujeme řešit rychle. Data, která získává SMARTOBSERVER, můžeme naším vlastním analytickým nástrojem zpracovat do přesných odhadů a cíleně reagovat.“ Komplexní správa alarmů v softwaru ifm vytváří předpoklady pro údržbu strojů podle stavu.
Stálý přehled a optimalizace: software SMARTOBSERVER shromažďuje, vizualizuje a analyzuje všechna data ze senzorů
Závěr
Pomocí senzorů a softwaru SMARTOBSERVER lze obráběcí stroje monitorovat automaticky a spolehlivě. Je možné včas rozpoznat závady, plánovat a vhodně cílit údržbu. Tak lze nejen ušetřit, ale také zajistit maximální provozuschopnost a špičkovou kvalitu výrobků.
Mikael Alm shrnuje: „Takto provádíme údržbu už léta a funguje to. Kombinace senzorů a softwaru ifm nám umožňuje sledovat a zlepšovat naše vybavení teď i do budoucna. Firma ifm má výborný zákaznický servis, který nám s našimi problémy vždycky pomohl.“ Úzkou spolupráci se zákazníky vyjadřuje také slogan společnosti ifm: "ifm – blízko vás"