יציקה אוטומטית

בתי יציקה מאמצים יותר ויותר אוטומציה של תהליכים מבוססי נתונים כדי להשיג יעדים ארוכי טווח של איכות גבוהה יותר, פחות בזבוז, זמן פעולה מקסימלי ועלויות מינימליות. סנכרון דיגיטלי משולב לחלוטין של תהליכי יציקה ויציקה (יציקה חלקה) הוא בעל ערך רב במיוחד עבור בתי יציקה המתמודדים עם אתגרי ייצור בזמן הנכון, זמני מחזור קצרים יותר ושינויי מודל תכופים יותר. עם מערכות יציקה ויציקה אוטומטיות המתחברות זו לזו בצורה חלקה, תהליך היציקה הופך מהיר יותר וחלקים באיכות גבוהה יותר מיוצרים באופן עקבי יותר. תהליך היציקה האוטומטי כולל ניטור טמפרטורת היציקה, כמו גם הזנת חומרי חיסון ובדיקת כל תבנית. זה משפר את איכות כל יציקה ומפחית את קצב הגרוטאות. אוטומציה מקיפה זו גם מפחיתה את הצורך במפעילים עם ניסיון מקצועי של שנים. הפעילות הופכת גם לבטוחה יותר מכיוון שמעורבים פחות עובדים בסך הכל. חזון זה אינו חזון של העתיד; זה קורה עכשיו. כלים כמו אוטומציה ורובוטיקה של בתי יציקה, איסוף וניתוח נתונים התפתחו במשך עשרות שנים, אך ההתקדמות הואצה לאחרונה עם פיתוח מחשוב בעל ביצועים גבוהים במחיר סביר וחיישנים רשתיים מתקדמים של Industry 4.0 ומערכות בקרה תואמות. פתרונות ושותפים מאפשרים כעת לבתי יציקה ליצור תשתית חזקה וחכמה שתתמוך בפרויקטים שאפתניים יותר, תוך איחוד מספר תת-תהליכים עצמאיים בעבר כדי לתאם את מאמציהם. אחסון וניתוח נתוני תהליך שנאספו על ידי מערכות אוטומטיות ומשולבות אלו פותחים גם הם את הדלת למעגל חיובי של שיפור מתמיד מונחה נתונים. בתי יציקה יכולים לאסוף ולנתח פרמטרים של תהליך על ידי בחינת נתונים היסטוריים כדי למצוא קורלציות בינם לבין תוצאות התהליך. התהליך האוטומטי מספק לאחר מכן סביבה שקופה שבה ניתן לבחון, לאמת, ובמידת האפשר, ליישם באופן יסודי ובמהירות כל שיפור שזוהה על ידי הניתוח.
אתגרי יציקה חלקה עקב המגמה של ייצור בזמן הנכון (Just-in-Time), לקוחות המשתמשים בקווי יציקה של DISAMATIC® נאלצים לעתים קרובות להחליף דגמים בין קבוצות קטנות. באמצעות ציוד כגון מחליף אבקה אוטומטי (APC) או מחליף אבקה מהיר (QPC) של DISA, ניתן לשנות תבניות תוך דקה אחת בלבד. ככל שמתרחשים שינויי תבנית במהירות גבוהה, צוואר הבקבוק בתהליך נוטה לעבור לכיוון היציקה - הזמן הנדרש להזזה ידנית של המיכל ליציקה לאחר שינוי תבנית. יציקה חלקה היא הדרך הטובה ביותר לשפר שלב זה בתהליך היציקה. למרות שיציקה לרוב כבר אוטומטית חלקית, אוטומציה מלאה דורשת שילוב חלק של מערכות הבקרה של קו היציקה וציוד המילוי כך שיפעלו באופן סינכרוני לחלוטין בכל מצבי ההפעלה האפשריים. כדי להשיג זאת בצורה אמינה, יחידת היציקה חייבת לדעת בדיוק היכן בטוח לצקת את התבנית הבאה, ובמידת הצורך, להתאים את מיקום יחידת המילוי. השגת מילוי אוטומטי יעיל בתהליך ייצור יציב של אותה תבנית אינה כה קשה. בכל פעם שמיוצרת תבנית חדשה, עמודת התבנית נעה באותו מרחק (עובי התבנית). בדרך זו, יחידת המילוי יכולה להישאר באותו מיקום, מוכנה למלא את התבנית הריקה הבאה לאחר עצירת קו הייצור. נדרשים רק התאמות קלות למיקום היציקה כדי לפצות על שינויים בעובי התבנית הנגרמים משינויים בדחיסות החול. הצורך בהתאמות עדינות אלו הופחת לאחרונה עוד יותר הודות לתכונות חדשות של קו היציקה המאפשרות למיקומי היציקה להישאר עקביים יותר במהלך ייצור עקבי. לאחר השלמת כל יציקה, קו היציקה נע שוב בתנועה אחת, ומניח את התבנית הריקה הבאה במקומה כדי להתחיל את היציקה הבאה. בזמן שזה קורה, ניתן למלא מחדש את התקן המילוי. בעת שינוי המודל, עובי התבנית עשוי להשתנות, מה שדורש אוטומציה מורכבת. בניגוד לתהליך ארגז החול האופקי, שבו גובה ארגז החול קבוע, תהליך DISAMATIC® האנכי יכול להתאים את עובי התבנית לעובי המדויק הדרוש לכל קבוצת מודלים כדי לשמור על יחס חול לברזל קבוע ולהתחשב בגובה המודל. זהו יתרון עיקרי בהבטחת איכות יציקה אופטימלית וניצול משאבים, אך עוביי תבנית משתנים הופכים את בקרת היציקה האוטומטית למאתגרת יותר. לאחר החלפת דגם, מכונת ה-DISAMATIC® מתחילה לייצר את אצווה הבאה של תבניות באותו עובי, אך מכונת המילוי בקו עדיין ממלאת את התבניות של הדגם הקודם, שעשוי להיות בעל עובי תבנית שונה. כדי להתמודד עם זה, קו היציקה ומפעל המילוי חייבים לעבוד בצורה חלקה כמערכת מסונכרנת אחת, לייצר תבניות בעובי אחד ולצקת בבטחה תבניות אחרות. יציקה חלקה לאחר החלפת תבנית. לאחר החלפת תבנית, עובי התבנית הנותרת בין מכונות היציקה נשאר זהה. יחידת היציקה העשויה מהדגם הקודם נשארת זהה, אך מכיוון שהתבנית החדשה היוצאת ממכונת היציקה עשויה להיות עבה או דקה יותר, כל המחרוזת יכולה להתקדם במרחקים שונים בכל מחזור - לעובי הצורה החדשה. משמעות הדבר היא שעם כל תנועה של מכונת היציקה, מערכת היציקה החלקה חייבת להתאים את מיקום היציקה כהכנה ליציקה הבאה. לאחר יציקת אצווה התבנית הקודמת, עובי התבנית חוזר להיות קבוע והייצור היציב מתחדש. לדוגמה, אם התבנית החדשה היא בעובי 150 מ"מ במקום התבנית בעובי 200 מ"מ שעדיין נוצקה קודם לכן, מתקן המזיגה חייב לנוע 50 מ"מ אחורה לכיוון מכונת היציקה עם כל פעולת מכונת היציקה כדי להיות במצב המזיגה הנכון. על מנת שמפעל יציקה יוכל להתכונן למזיגה כאשר עמוד התבנית מפסיק לזוז, בקר מפעל המילוי חייב לדעת בדיוק לאיזו תבנית הוא יימזוג ומתי והיכן הוא יגיע לאזור המזיגה. באמצעות מודל חדש המייצר תבניות עבות תוך כדי יציקת תבניות דקות, המערכת צריכה להיות מסוגלת ליצוק שתי תבניות במחזור אחד. לדוגמה, בעת ייצור תבנית בקוטר 400 מ"מ ויציקת תבנית בקוטר 200 מ"מ, מתקן המזיגה חייב להיות במרחק 200 מ"מ ממכונת היציקה עבור כל תבנית שמיוצרת. בשלב מסוים, פעולת 400 מ"מ תדחוף שתי תבניות לא ממולאות בקוטר 200 מ"מ אל מחוץ לאזור המזיגה האפשרי. במקרה זה, מכונת היציקה חייבת להמתין עד שהתקן המילוי יסיים למזוג את שתי התבניות בקוטר 200 מ"מ לפני שתעבור למתיחה הבאה. לחלופין, בעת ייצור תבניות דקות, על המזיגה להיות מסוגלת לדלג על היציקה לחלוטין במחזור ועדיין למזוג תבניות עבות. לדוגמה, בעת ייצור תבנית בקוטר 200 מ"מ ויוצקים תבנית בקוטר 400 מ"מ, הצבת תבנית חדשה בקוטר 400 מ"מ באזור המזיגה פירושה שיש צורך לבצע שתי תבניות בקוטר 200 מ"מ. המעקב, החישובים וחילופי הנתונים הנדרשים עבור מערכת יציקה ויציקה משולבת כדי לספק יציקה אוטומטית ללא בעיות, כמתואר לעיל, הציבו אתגרים עבור ספקי ציוד רבים בעבר. אך הודות למכונות מודרניות, מערכות דיגיטליות ושיטות עבודה מומלצות, ניתן להשיג (והושגה) יציקה חלקה במהירות עם התקנה מינימלית. הדרישה העיקרית היא צורה כלשהי של "חשבונאות" של התהליך, המספקת מידע על מיקום כל תבנית בזמן אמת. מערכת Monitizer®|CIM (מודול משולב מחשב) של DISA משיגה מטרה זו על ידי רישום כל תבנית המיוצרת ומעקב אחר תנועתה דרך קו הייצור. כטיימר תהליך, היא מייצרת סדרה של זרמי נתונים עם חותמת זמן המחשבים את מיקום כל תבנית והפיה שלה בקו הייצור בכל שנייה. במידת הצורך, היא מחליפה נתונים בזמן אמת עם מערכת בקרת מפעל המילוי ומערכות אחרות כדי להשיג סנכרון מדויק. מערכת DISA מחלצת נתונים חשובים עבור כל תבנית ממסד הנתונים של CIM, כגון עובי התבנית ומהם יכול/לא יכול להזיז, ושולחת אותם למערכת בקרת מפעל המילוי. באמצעות נתונים מדויקים אלה (שנוצרים לאחר יציקת התבנית), יוצק הברזל יכול להזיז את מכלול המזיגה למיקום הנכון לפני הגעת התבנית, ולאחר מכן להתחיל לפתוח את מוט העצירה בזמן שהתבנית עדיין בתנועה. התבנית מגיעה בזמן כדי לקבל את הברזל ממפעל המזיגה. תזמון אידיאלי זה הוא קריטי, כלומר, הברזל המותך מגיע לכוס המזיגה במדויק. זמן היציקה הוא צוואר בקבוק נפוץ בפריון, ועל ידי תזמון מושלם של תחילת היציקה, ניתן לקצר את זמני המחזור בכמה עשיריות השנייה. מערכת היציקה DISA מעבירה גם נתונים רלוונטיים ממכונת היציקה, כגון גודל התבנית הנוכחי ולחץ ההזרקה, כמו גם נתוני תהליך רחבים יותר כגון דחיסות חול, ל-Monitizer®|CIM. בתורו, Monitizer®|CIM מקבל ומאחסן פרמטרים קריטיים לאיכות עבור כל תבנית ממפעל המילוי, כגון טמפרטורת היציקה, זמן היציקה והצלחת תהליכי היציקה וההחדרה. זה מאפשר לסמן צורות בודדות כגרועות ולהפריד אותן לפני הערבוב במערכת הניעור. בנוסף לאוטומציה של מכונות יציקה, קווי יציקה ויציקה, Monitizer®|CIM מספק מסגרת תואמת Industry 4.0 לרכישה, אחסון, דיווח וניתוח. הנהלת בית היציקה יכולה לצפות בדוחות מפורטים ולהעמיק בנתונים כדי לעקוב אחר בעיות איכות ולהניע שיפורים פוטנציאליים. חוויית היציקה החלקה של Ortrander Ortrander Eisenhütte הוא בית יציקה משפחתי בגרמניה המתמחה בייצור יציקות ברזל באיכות גבוהה בנפח בינוני עבור רכיבי רכב, תנורי עץ ותשתיות כבדים וחלקי מכונות כלליים. בית היציקה מייצר ברזל אפור, ברזל רקיע וברזל גרפיט דחוס ומייצר כ-27,000 טון של יציקות באיכות גבוהה בשנה, תוך הפעלת שתי משמרות חמישה ימים בשבוע. חברת Ortrander מפעילה ארבעה תנורי התכה אינדוקטיביים במשקל 6 טון ושלושה קווי יציקה של DISA, המייצרים כ-100 טון יציקות ביום. זה כולל ריצות ייצור קצרות של שעה, לפעמים פחות עבור לקוחות חשובים, כך שיש לשנות את התבנית לעתים קרובות. כדי לייעל את האיכות והיעילות, המנכ"ל ברנד ה. וויליאמס-בוק השקיע משאבים משמעותיים ביישום אוטומציה ואנליטיקה. הצעד הראשון היה אוטומציה של תהליך ההיתוך והמינון של הברזל, שדרוג שלושה תנורי יציקה קיימים באמצעות מערכת pourTECH העדכנית ביותר, הכוללת טכנולוגיית לייזר תלת-ממדית, אינקובציה ובקרת טמפרטורה. תנורים, קווי יציקה ויציקה נשלטים כעת דיגיטלית ומסונכרנים, ופועלים כמעט באופן אוטומטי לחלוטין. כאשר מכונת היציקה משנה דגם, בקר היציקה של pourTECH שואל את מערכת DISA Monitizer®|CIM לגבי מידות התבנית החדשות. בהתבסס על נתוני DISA, בקר היציקה מחשב היכן למקם את צומת היציקה עבור כל יציקה. הוא יודע בדיוק מתי התבנית החדשה הראשונה מגיעה למפעל המילוי ועובר אוטומטית לרצף היציקה החדש. אם הג'יג מגיע לסוף מהלך שלו בכל עת, מכונת DISAMATIC® עוצרת והג'יג חוזר אוטומטית. כאשר התבנית החדשה הראשונה מוציאה מהמכונה, המפעיל מקבל התראה כדי שיוכל לבדוק ויזואלית שהיא נמצאת במיקומה הנכון. היתרונות של יציקה חלקה תהליכי יציקה ידניים מסורתיים או מערכות אוטומטיות פחות מורכבות עלולים לגרום לאובדן זמן ייצור במהלך החלפות מודל, דבר בלתי נמנע אפילו עם החלפות תבנית מהירות במכונת יציקה. איפוס ידני של מזיגה ותבניות המזיגה הוא איטי יותר, דורש יותר מפעילים ונוטה לשגיאות כמו התלקחות. אורטרנדר גילה שכאשר מילוי ידני, עובדיו בסופו של דבר התעייפו, איבדו ריכוז ועשו טעויות, כמו רפיון. שילוב חלק של יציקה ומזיגה מאפשר תהליכים מהירים, עקביים ואיכותיים יותר תוך הפחתת בזבוז וזמן השבתה. עם אורטרנדר, מילוי אוטומטי מבטל את שלוש הדקות שנדרשו בעבר להתאמת מיקום יחידת המילוי במהלך החלפות מודל. תהליך ההמרה כולו ארך בעבר 4.5 דקות, אמר מר וויליאמס-בוק. פחות משתי דקות כיום. על ידי החלפה בין 8 ל-12 דגמים למשמרת, עובדי אורטרנדר מבלים כעת כ-30 דקות למשמרת, חצי ממה שבעבר. האיכות משופרת באמצעות עקביות רבה יותר ויכולת לייעל תהליכים באופן רציף. חברת Ortrander הפחיתה את הפסולת בכ-20% על ידי הכנסת יציקה חלקה. בנוסף להפחתת זמן ההשבתה בעת החלפת דגמים, כל קו היציקה והיציקה דורש רק שני אנשים במקום שלושה אנשים הקודמים. במשמרות מסוימות, שלושה אנשים יכולים להפעיל שני קווי ייצור שלמים. ניטור הוא כמעט כל מה שהעובדים הללו עושים: מלבד בחירת הדגם הבא, ניהול תערובות חול והובלת החומר המותך, יש להם מעט משימות ידניות. יתרון נוסף הוא הצורך המופחת בעובדים מנוסים, שקשה למצוא. למרות שאוטומציה דורשת הכשרה מסוימת של מפעילים, היא מספקת לאנשים את מידע התהליך הקריטי הדרוש להם כדי לקבל החלטות טובות. בעתיד, מכונות עשויות לקבל את כל ההחלטות. דיבידנדים של נתונים מיציקה חלקה כאשר מנסים לשפר תהליך, בתי יציקה אומרים לעתים קרובות, "אנחנו עושים את אותו הדבר באותו אופן, אבל עם תוצאות שונות." אז הם יצוקים באותה טמפרטורה ורמה למשך 10 שניות, אבל חלק מהיציקות טובות וחלקן רעות. על ידי הוספת חיישנים אוטומטיים, איסוף נתונים עם חותמת זמן על כל פרמטר תהליך וניטור התוצאות, מערכת יציקה משולבת חלקה יוצרת שרשרת של נתוני תהליך קשורים, מה שמקל על זיהוי גורמים שורשיים כאשר האיכות מתחילה להתדרדר. לדוגמה, אם מתרחשים תכלילים בלתי צפויים באצווה של דיסקיות בלם, מנהלים יכולים לבדוק במהירות שהפרמטרים נמצאים בגבולות המקובלים. מכיוון שבקרים עבור מכונת היציקה, מפעל היציקה ופונקציות אחרות כמו תנורים ומערבבי חול פועלים יחד, ניתן לנתח את הנתונים שהם מייצרים כדי לזהות קשרים לאורך התהליך, החל מתכונות החול ועד לאיכות פני השטח הסופית של היציקה. דוגמה אפשרית אחת היא כיצד רמת היציקה והטמפרטורה משפיעות על מילוי התבנית עבור כל דגם בנפרד. מסד הנתונים שנוצר גם מניח את היסודות לשימוש עתידי בטכניקות ניתוח אוטומטיות כגון למידת מכונה ובינה מלאכותית (AI) כדי לייעל תהליכים. Ortrander אוספת נתוני תהליך בזמן אמת באמצעות ממשקי מכונה, מדידות חיישנים ודגימות בדיקה. עבור כל יציקת תבנית, נאספים כאלף פרמטרים. בעבר, היא רשמה רק את הזמן הנדרש לכל יציקה, אך כעת היא יודעת בדיוק מהי רמת פיית היציקה בכל שנייה, מה שמאפשר לצוות מנוסה לבחון כיצד פרמטר זה משפיע על אינדיקטורים אחרים, כמו גם על האיכות הסופית של היציקה. האם הנוזל מנוקז מפיית היציקה בזמן מילוי התבנית, או שפיית היציקה מתמלאת לרמה כמעט קבועה במהלך המילוי? חברת Ortrander מייצרת שלושה עד חמישה מיליון תבניות בשנה ואספה כמות עצומה של נתונים. חברת Ortrander גם מאחסנת תמונות מרובות של כל יציקה במסד הנתונים של pourTECH למקרה של בעיות איכות. מציאת דרך לדרג תמונות אלו באופן אוטומטי היא מטרה עתידית. סיכום. עיצוב ויציקה אוטומטיים בו זמנית מביאים לתהליכים מהירים יותר, איכות עקבית יותר ופחות בזבוז. עם יציקה חלקה ושינוי תבניות אוטומטי, קו הייצור פועל ביעילות באופן אוטונומי, ודורש מאמץ ידני מינימלי בלבד. מכיוון שהמפעיל ממלא תפקיד פיקוח, נדרש פחות כוח אדם. יציקה חלקה משמשת כיום במקומות רבים ברחבי העולם וניתן ליישם אותה בכל בתי היציקה המודרניים. כל בית יציקה ידרוש פתרון שונה במקצת המותאם לצרכיו, אך הטכנולוגיה ליישומו מוכחת היטב, זמינה כיום מ-DISA ושותפתה pour-tech AB, ואינה דורשת עבודה רבה. ניתן לבצע עבודה בהתאמה אישית. השימוש המוגבר בבינה מלאכותית ואוטומציה חכמה בבתי יציקה עדיין נמצא בשלב הבדיקה, אך ככל שבתי יציקה ויצרני ציוד מקורי יאספו נתונים נוספים וניסיון נוסף במהלך השנתיים-שלוש הקרובות, המעבר לאוטומציה יואץ משמעותית. פתרון זה הוא כרגע אופציונלי, אולם מכיוון שבינת נתונים היא הדרך הטובה ביותר לייעל תהליכים ולשפר את הרווחיות, אוטומציה ואיסוף נתונים גדולים יותר הופכים לנוהג סטנדרטי ולא לפרויקט ניסיוני. בעבר, הנכסים הגדולים ביותר של בית יציקה היו המודל שלו והניסיון של עובדיו. כעת, כאשר יציקה חלקה משולבת עם אוטומציה רבה יותר ומערכות Industry 4.0, נתונים הופכים במהירות לעמוד התווך השלישי של הצלחת בית היציקה.
—אנו מודים מקרב לב ל-pour-tech ול-Ortrander Eisenhütte על הערותיהם במהלך הכנת מאמר זה.
כן, אני רוצה לקבל את הניוזלטר הדו-שבועי של Foundry-Planet עם כל החדשות, הבדיקות והדוחות האחרונים על מוצרים וחומרים. בנוסף, ניוזלטרים מיוחדים - כולם עם ביטול חינם בכל עת.