GKN Aerospace Produkcja silników bez turbulencji

Inżynier ds. przemysłowego IoT w GKN Aerospace: "Produkujemy komponenty do silników lotniczych. W moim dziale ND Digital pracujemy na precyzyjnych obrabiarkach. Monitorujemy nasze maszyny za pomocą czujników, aby wszystko działało idealnie i nie wydarzyło się nic nieoczekiwanego. Używamy różnych czujników, aby zapewnić bezbłędny proces produkcji. Od około 3 lat używamy czujników drgań firmy ifm. Monitorują one wrzeciona w naszych obrabiarkach".

Istnieją różne operacje w obróbce metali, które są w pełni zautomatyzowane i wykonywane przez komputery. Głowice frezarskie przebijają się przez metal z dużymi prędkościami obrotowymi. Narzędzia tnące tworzą wałki z dokładnością do mikromilimetra, a wiertła wykonują precyzyjne otwory. W ten sposób w najkrótszym czasie produkowane są wysoce precyzyjne komponenty m.in. do turbin lotniczych.

Zapewnienie bezbłędnej i bezawaryjnej obróbki przedmiotu obrabianego ma najwyższy priorytet. Jest to jedyny sposób, aby stale gwarantować wysoką jakość produktu. Ze względu na dużą prędkość obróbki i siły procesowe, wymagane są szybko reagujące systemy diagnostyczne, które natychmiast wykrywają uszkodzenia narzędzia lub kolizje podczas obróbki i natychmiast zatrzymują proces, zapobiegając w ten sposób uszkodzeniu maszyny i przedmiotu obrabianego. Stała diagnostyka drgań okazała się optymalną procedurą.

Minimalne niewyważenie ujawnia błędy

Centralnym elementem tego systemu jest bardzo czuły i niezwykle niezawodny czujnik drgań firmy ifm electronic, który jest montowany bezpośrednio na obudowie wrzeciona. Czujnik drgań typu VSA to niewielki mikromechaniczny czujnik przyspieszenia, który w sposób ciągły wykrywa drgania na nieobracających się powierzchniach maszyny.

Czujnik VSA jest tak czuły, że wykrywa nawet najmniejsze uszkodzenie głowicy frezarskiej, które samo w sobie ma wielkość zaledwie milimetra z powodu występującego niewyważenia. Zmiany w siłach skrawania, które mogą być na przykład spowodowane tępym wiertłem lub zbyt dużą ilością wiórów, są wykrywane i zgłaszane do jednostki diagnostycznej ze względu na zmienioną charakterystykę drgań. W firmie GKN jednostka ewaluacyjna VSE100 pochodzi od ifm. Przetwarza ona sygnały z maksymalnie czterech czujników drgań i może uruchomić ostrzeżenie lub zatrzymać maszynę w przypadku wystąpienia usterki. Dane są przesyłane do sterownika wyższego poziomu za pośrednictwem sieci Ethernet.

Wartości graniczne dla wykrywania drgań i kolizji mogą być przechowywane w sterowniku maszyny dla każdego narzędzia i dla każdego etapu procesu. Aby określić je z wyprzedzeniem, cykl programu jest przeprowadzany w trybie uczenia. Indywidualne dane drgań i regulowane wartości tolerancji są przechowywane w sterowniku dla każdego narzędzia. Jeśli wartości te zostaną przekroczone podczas obróbki, jest to interpretowane jako błąd i wyświetla komunikat ostrzegawczy lub zatrzymuje obróbkę w zależności od amplitudy drgań.

Kolejną funkcją ochronną jest monitorowanie stanu wrzeciona. Zużycie łożysk złożonej mechaniki wrzeciona jest wykrywane i sygnalizowane na podstawie nietypowej charakterystyki drgań. Zapewnia to użytkownikowi dodatkowe bezpieczeństwo.

Dodatkowe czujniki:

System oceny posiada dwa wejścia analogowe, na których można zintegrować dodatkowe czujniki do monitorowania parametrów pomiarowych. GKN wykorzystuje niezliczone czujniki ciśnienia PN7 do ciągłej kontroli ciśnienia w rurze chłodzącej. Spadek ciśnienia może zatrzymać proces chłodzenia i uszkodzić narzędzie oraz obrabiany przedmiot. Dlatego też czujniki sygnalizują zbyt niskie ciśnienie robocze w przypadku awarii.

Firma GKN podłączyła wszystkie czujniki do centralnego sterownika za pośrednictwem systemu magistrali AS-i. Dwużyłowy płaski kabel przesyła sygnały z maksymalnie 127 czujników za pomocą modułów AS-i IO do urządzenia nadrzędnego AS-i. Okablowanie magistrali znacznie zmniejsza koszty okablowania i zapewnia większą elastyczność instalacji.

Ocena

GKN wykorzystuje SMARTOBSERVER do monitorowania i analizowania stanu maszyny. Oprogramowanie to zostało specjalnie opracowane przez ifm do monitorowania stanu instalacji. Znajdują się w nim wszystkie zmierzone wartości czujników. Oprócz ilustrowania wszystkich wartości procesowych i ich limitów, oprogramowanie tworzy na przykład analizy trendów, pomagając zoptymalizować proces produkcji.

Mikael Alm wyjaśnia: "Bardzo ważne jest dla nas zrozumienie tego, co dzieje się podczas procesu produkcji. Nasze produkty są bardzo drogie i musimy być w stanie wprowadzać ulepszenia, gdy procesy nie są do końca zgodne z prawdą. Możemy wykorzystać zebrane dane z SMARTOBSERVER w naszym własnym narzędziu analitycznym, dokonując w ten sposób precyzyjnych ocen i podejmując odpowiednie działania". Rozbudowane zarządzanie alarmami w oprogramowaniu ifm umożliwia konserwację maszyn w oparciu o ich stan.

Wniosek

Z pomocą czujników i SMARTOBSERVER, obrabiarki mogą być monitorowane automatycznie i niezawodnie. Usterki są wykrywane na czas, a czynności konserwacyjne są obliczalne i oparte na stanie. Pozwala to nie tylko zaoszczędzić koszty, ale także zapewnia maksymalną dostępność i najwyższą jakość produktu.

Mikael Alm podsumowuje: "Przez wiele lat pracowałem z tego typu konserwacją i działa ona tak, jak powinna. Połączone rozwiązanie czujników i oprogramowania ifm pomoże nam zrozumieć i ulepszyć nasz sprzęt w przyszłości, tak jak teraz. ifm zapewnia doskonałe wsparcie klienta, które zawsze pomagało nam znaleźć rozwiązanie naszych problemów". Bliska współpraca z klientem znajduje również odzwierciedlenie w sloganie ifm: ifm close to you