GKN Aerospace Production de moteurs sans turbulences
Machine-outil pour l'usinage haute précision de métaux
GKN Aerospace est le premier fournisseur mondial de technologies aéronautiques et spatiales. Avec 50 sites de production dans 15 pays, l'entreprise fournit plus de 90 % des constructeurs d'avions et de moteurs dans le monde. Elle développe et fabrique des technologies et des systèmes intelligents innovants pour l'aéronautique, qui sont utilisés par exemple dans les avions cargo et dans les plus grands avions de ligne du monde. L'entreprise travaille également sur la technologie spatiale. Elle a par exemple fabriqué les tuyères de fusée de la célèbre Ariane 5.
GKN Aerospace produit des composants de moteurs pour l'industrie aéronautique.
Mikael Alm, ingénieur Industriel IoT chez GKN: « Nous produisons des composants pour les moteurs davions. Dans mon département ND Digital, nous travaillons sur des machines-outils de précision. Nous surveillons nos machines à l'aide de capteurs, afin que tout fonctionne parfaitement et que rien d'imprévu ne se produise. Nous utilisons différents capteurs pour garantir un processus de production sans faille. Depuis environ trois ans, nous utilisons les capteurs de vibrations d'ifm. Ils surveillent les broches de nos machines-outils. »
Dans le domaine de l'usinage, diverses opérations sont entièrement automatisées et réalisées par des ordinateurs. Les têtes de fraisage se frayent un chemin dans le métal grâce à des vitesses de rotation élevées. Les outils de coupe créent des arbres au micromètre près et les forets percent des trous très précis. C'est ainsi que des composants de haute précision pour les turbines d'avion, entre autres, sont fabriqués très rapidement.
La priorité absolue est dassurer un usinage sans faille de la pièce à usiner. C'est le seul moyen de garantir en permanence une qualité élevée des produits. En raison de la vitesse d'usinage élevée et des efforts du process, il est nécessaire de disposer de systèmes de diagnostic à réaction rapide, qui détectent immédiatement les dommages survenant sur l'outil ou les collisions pendant l'usinage et qui arrêtent immédiatement le process. Cela permet d'éviter des dommages plus importants sur la machine et la pièce à usiner. Pour cela, le diagnostic vibratoire permanent sest avéré optimal.
Suffisamment de lubrifiant pour l'outil et la pièce à usiner.
Les moindres déséquilibres révèlent des erreurs
Le coeur de ce système est un capteur de vibrations très sensible et extrêmement fiable du spécialiste des capteurs ifm electronic, qui est monté directement sur le boîtier de la broche. Le capteur de type VSA est un petit accéléromètre micromécanique qui détecte en continu les vibrations sur des surfaces non tournantes de la machine.
Photo 1 : En écoute permanente: capteur de vibrations VSA004 d'ifm placé directement sur la broche. Photo 2 : Le boîtier de contrôle VSE100 détecte les moindres écarts dans le comportement vibratoire et signale les dépassements de valeurs limites.
La sensibilité du VSA est si élevée que, par exemple, même les plus petits dommages sur une tête de fraisage de quelques millimètres sont enregistrés via le déséquilibre qui se produit. Les variations d'efforts de coupe, dues par exemple à des forets émoussés ou un bourrage de copeaux, sont détectées en raison du changement de comportement vibratoire puis signalées à l'électronique de diagnostic. Chez GKN, il sagit du boîtier de contrôle VSE100 d'ifm, qui peut traiter les signaux de quatre capteurs de vibrations maximum et peut déclencher un avertissement ou l'arrêt de la machine en cas de défaut. Les données sont transmises par Ethernet au système de contrôle-commande de niveau supérieur.
Les valeurs limites de détection des vibrations et des collisions peuvent être enregistrées dans la commande de la machine pour chaque outil et pour chaque étape d'usinage. Pour les déterminer à lavance, un cycle est exécuté en mode apprentissage. Ainsi, des données vibratoires individuelles sont enregistrées pour chaque outil dans le système de contrôle-commande, avec des tolérances réglables. Tout dépassement de ces valeurs pendant l'usinage est considéré comme une erreur et déclenche un message davertissement ou un arrêt de l'usinage en fonction de l'amplitude de la vibration.
Une autre fonction de protection est la surveillance de l'état de la broche. L'usure des roulements du mécanisme complexe de la broche est détectée et signalée sur la base de caractéristiques vibratoires inhabituelles. Cela offre une sécurité supplémentaire à l'utilisateur.
Autres capteurs
Le boîtier de contrôle dispose de deux entrées analogiques auxquelles peuvent être raccordés des capteurs supplémentaires pour la surveillance d'autres paramètres. GKN utilise par exemple de nombreux capteurs de pression de la série PN7 pour contrôler en permanence la pression dans les circuits de refroidissement. Une chute de pression dans ces circuits pourrait interrompre le refroidissement et causer des dommages à l'outil et à la pièce usinée. C'est pourquoi, en cas de défaut, les capteurs signalent que la pression de service requise n'est pas atteinte.
GKN a connecté l'ensemble des capteurs à son système de contrôle-commande central via le système de bus AS-i. Par l'intermédiaire de modules E/S AS-i, un câble plat à deux fils transmet au maître AS-i les signaux dun maximum de 127 capteurs. Ce raccordement par bus réduit fortement les coûts de câblage et simplifie le montage.
Photo 1 : Des capteurs de pression surveillent la pression dans les circuits de refroidissement. Photo 2 : Réduction du câblage: les modules AS-i collectent les données des capteurs et les transmettent au système de contrôle-commande.
Evaluation
Pour surveiller et analyser l'état des machines, GKN utilise Smartobserver, un logiciel spécialement développé par ifm pour la surveillance de létat des installations. Les valeurs mesurées de tous les capteurs y sont rassemblées. En plus de la représentation graphique claire de toutes les valeurs process et de leurs valeurs limites, le logiciel génère par exemple des analyses de tendance et contribue ainsi à l'optimisation des process.
Mikael Alm explique: « Il est très important pour nous de comprendre ce qui se passe pendant les process de production. Nos produits sont très chers et nous devons être en mesure d'apporter des améliorations si les process ne sont plus conformes à cent pour cent. Nous pouvons utiliser les données collectées par Smartobserver dans notre propre outil d'analyse, ce qui nous permet de faire des évaluations précises et agir de manière ciblée. » La gestion complète des alarmes du logiciel ifm permet une maintenance préventive conditionnelle des machines.
Pour la transparence et l'optimisation: le logiciel SMARTOBSERVER collecte, visualise et analyse toutes les données des capteurs.
Conclusion
Grâce aux capteurs et au logiciel Smartobserver, les machines-outils peuvent être surveillées automatiquement et de manière fiable. Les défauts sont détectés à temps et une maintenance préventive peut être planifiée. Cela permet non seulement de réduire les coûts, mais aussi de garantir une disponibilité maximale et une qualité de produit optimale.
Le résumé de Mikael Alm: « Jai travaillé pendant de nombreuses années avec ce type de maintenance et elle fonctionne parfaitement. La solution combinée de capteurs et du logiciel ifm va nous aider, maintenant et à l'avenir, à comprendre et à améliorer nos systèmes. ifm offre un excellent support client qui nous aide à tout moment pour trouver une solution à nos problèmes ». Cette proximité d'ifm avec ses clients se reflète dans le slogan: « ifm close to you. »