صب أوتوماتيكي

تتبنى المسابك بشكل متزايد أتمتة العمليات القائمة على البيانات لتحقيق أهداف طويلة الأجل تتمثل في جودة أعلى وهدر أقل وأقصى وقت تشغيل وأقل تكاليف. تُعد المزامنة الرقمية المتكاملة بالكامل لعمليات الصب والقولبة (الصب السلس) ذات قيمة خاصة للمسابك التي تواجه تحديات الإنتاج في الوقت المناسب وتقليل أوقات الدورة وتغييرات النموذج بشكل متكرر. مع أنظمة الصب والقولبة الآلية التي ترتبط معًا بسلاسة، تصبح عملية الصب أسرع ويتم إنتاج أجزاء ذات جودة أعلى بشكل أكثر اتساقًا. تتضمن عملية الصب الآلية مراقبة درجة حرارة الصب، بالإضافة إلى تغذية مادة التطعيم وفحص كل قالب. وهذا يحسن جودة كل صب ويقلل من معدل الخردة. كما يقلل هذا الأتمتة الشاملة من الحاجة إلى مشغلين يتمتعون بسنوات من الخبرة المتخصصة. كما تصبح العمليات أكثر أمانًا نظرًا لمشاركة عدد أقل من العمال بشكل عام. هذه الرؤية ليست رؤية للمستقبل؛ هذا يحدث الآن. لقد تطورت أدوات مثل أتمتة المسابك والروبوتات وجمع البيانات وتحليلها على مدى عقود، إلا أن التقدم تسارع مؤخرًا مع تطوير حوسبة عالية الأداء وبأسعار معقولة وأجهزة استشعار متقدمة متصلة بشبكات الصناعة 4.0 وأنظمة تحكم متوافقة. تُمكّن الحلول والشركاء الآن المسابك من إنشاء بنية تحتية قوية وذكية لدعم مشاريع أكثر طموحًا، من خلال الجمع بين عمليات فرعية متعددة كانت مستقلة سابقًا لتنسيق جهودها. كما أن تخزين وتحليل بيانات العمليات التي تجمعها هذه الأنظمة الآلية المتكاملة يفتح الباب أمام دورة مثمرة من التحسين المستمر القائم على البيانات. يمكن للمسابك جمع وتحليل معلمات العمليات من خلال فحص البيانات التاريخية لإيجاد الارتباطات بينها وبين نتائج العمليات. ثم توفر العملية الآلية بيئة شفافة يمكن من خلالها اختبار أي تحسينات يتم تحديدها من خلال التحليل بدقة وسرعة، والتحقق من صحتها، وتنفيذها حيثما أمكن.
تحديات الصب السلس: نظرًا للاتجاه نحو الإنتاج الفوري، غالبًا ما يضطر العملاء الذين يستخدمون خطوط صب DISAMATIC® إلى تغيير النماذج بشكل متكرر بين دفعات صغيرة. باستخدام معدات مثل مغير المسحوق التلقائي (APC) أو مغير المسحوق السريع (QPC) من DISA، يمكن تغيير القوالب في دقيقة واحدة فقط. مع تغير الأنماط بسرعة عالية، يميل عنق الزجاجة في العملية إلى التحول نحو الصب - وهو الوقت اللازم لتحريك الوعاء يدويًا للصب بعد تغيير النمط. يُعد الصب السلس أفضل طريقة لتحسين هذه الخطوة من عملية الصب. على الرغم من أن الصب غالبًا ما يكون مؤتمتًا جزئيًا بالفعل، إلا أن الأتمتة الكاملة تتطلب تكاملًا سلسًا بين أنظمة التحكم في خط الصب ومعدات التعبئة بحيث تعملان بشكل متزامن تمامًا في جميع ظروف التشغيل الممكنة. لتحقيق ذلك بشكل موثوق، يجب أن تعرف وحدة الصب المكان الآمن لصب القالب التالي، وإذا لزم الأمر، تعديل موضع وحدة التعبئة. إن تحقيق تعبئة آلية فعالة في عملية إنتاج مستقرة للقالب نفسه ليس بالأمر الصعب. في كل مرة يُصنع فيها قالب جديد، يتحرك عمود القالب بنفس المسافة (سمك القالب). بهذه الطريقة، تبقى وحدة التعبئة في نفس الوضع، جاهزة لملء القالب الفارغ التالي بعد توقف خط الإنتاج. لا يلزم سوى تعديلات طفيفة على وضع الصب لتعويض التغيرات في سمك القالب الناتجة عن تغيرات قابلية انضغاط الرمل. وقد انخفضت الحاجة إلى هذه التعديلات الدقيقة مؤخرًا بفضل ميزات خط الصب الجديدة التي تسمح بثبات مواقع الصب أثناء الإنتاج المتواصل. بعد اكتمال كل صب، يتحرك خط الصب دفعة واحدة مرة أخرى، واضعًا القالب الفارغ التالي في مكانه لبدء الصب التالي. وأثناء ذلك، يمكن إعادة تعبئة وحدة التعبئة. عند تغيير النموذج، قد يتغير سمك القالب، مما يتطلب أتمتة معقدة. بخلاف عملية صندوق الرمل الأفقي، حيث يكون ارتفاع صندوق الرمل ثابتًا، يمكن لعملية DISAMATIC® الرأسية ضبط سمك القالب إلى السمك المطلوب بدقة لكل مجموعة من النماذج للحفاظ على نسبة ثابتة من الرمل إلى الحديد ومراعاة ارتفاع النموذج. هذه ميزة رئيسية لضمان جودة صب مثالية واستغلال الموارد، إلا أن اختلاف سماكة القالب يزيد من صعوبة التحكم التلقائي في الصب. بعد تغيير الطراز، تبدأ آلة DISAMATIC® بإنتاج الدفعة التالية من القوالب بنفس السماكة، لكن آلة التعبئة على خط الإنتاج لا تزال تملأ قوالب الطراز السابق، والتي قد يكون لها سماكة قالب مختلفة. ولتجنب ذلك، يجب أن يعمل خط الصب ومصنع التعبئة بسلاسة كنظام واحد متزامن، حيث ينتج قوالب بسماكة معينة ويصب قالبًا آخر بأمان. صب سلس بعد تغيير النمط. بعد تغيير النمط، يبقى سمك القالب المتبقي بين آلات الصب كما هو. تبقى وحدة الصب المصنوعة من الطراز السابق كما هي، ولكن بما أن القالب الجديد الخارج من آلة الصب قد يكون أكثر سماكة أو أرق، يمكن أن يتقدم الخيط بأكمله على مسافات مختلفة في كل دورة - إلى سمك القالب الجديد. هذا يعني أنه مع كل ضربة لآلة الصب، يجب على نظام الصب السلس ضبط موضع الصب استعدادًا للصب التالي. بعد صب الدفعة السابقة من القوالب، يصبح سمك القالب ثابتًا مرة أخرى ويستأنف الإنتاج المستقر. على سبيل المثال، إذا كان سمك القالب الجديد 150 مم بدلاً من القالب ذي السمك 200 مم الذي كان لا يزال يُصب سابقًا، فيجب أن يتحرك جهاز الصب 50 مم للخلف باتجاه آلة التشكيل مع كل ضربة لآلة التشكيل ليكون في وضع الصب الصحيح. لكي يستعد مصنع الصب للصب عندما يتوقف عمود القالب عن الحركة، يجب أن يعرف مراقب مصنع التعبئة بالضبط القالب الذي سيصب فيه ومتى وأين سيصل إلى منطقة الصب. باستخدام نموذج جديد ينتج قوالب سميكة أثناء صب قوالب رقيقة، يجب أن يكون النظام قادرًا على صب قالبين في دورة واحدة. على سبيل المثال، عند صنع قالب بقطر 400 مم وصب قالب بقطر 200 مم، يجب أن يكون جهاز الصب على بعد 200 مم من آلة التشكيل لكل قالب مصنوع. في مرحلة ما، سيدفع شوط 400 مم قالبين غير مملوءين بقطر 200 مم خارج منطقة الصب المحتملة. في هذه الحالة، يجب أن تنتظر ماكينة التشكيل حتى ينتهي جهاز التعبئة من صب القالبين بقطر 200 مم قبل الانتقال إلى الشوط التالي. أو، عند صنع قوالب رقيقة، يجب أن يكون الصب قادرًا على تخطي الصب تمامًا في الدورة مع الاستمرار في صب القوالب السميكة. على سبيل المثال، عند صنع قالب بقطر 200 مم وصب قالب بقطر 400 مم، فإن وضع قالب جديد بقطر 400 مم في منطقة الصب يعني أنه يجب صنع قالبين بقطر 200 مم. لقد شكل التتبع والحسابات وتبادل البيانات المطلوبة لنظام صب وصب متكامل لتوفير صب آلي خالٍ من المتاعب، كما هو موضح أعلاه، تحديات للعديد من موردي المعدات في الماضي. ولكن بفضل الآلات الحديثة والأنظمة الرقمية وأفضل الممارسات، يمكن (وقد تم) تحقيق الصب السلس بسرعة مع الحد الأدنى من الإعداد. المتطلب الرئيسي هو وجود شكل من أشكال "المحاسبة" للعملية، مع توفير معلومات آنية حول موقع كل قالب. يحقق نظام Monitizer®|CIM (وحدة حاسوبية متكاملة) من وكالة أنظمة المعلومات الرقمية (DISA) هذا الهدف من خلال تسجيل كل قالب مُصنّع وتتبع حركته عبر خط الإنتاج. وباعتباره مؤقتًا للعملية، يُولّد النظام سلسلة من تدفقات البيانات المُؤقتة التي تحسب موقع كل قالب وفوهته على خط الإنتاج كل ثانية. وعند الحاجة، يتبادل النظام البيانات آنيًا مع نظام التحكم في مصنع التعبئة والأنظمة الأخرى لتحقيق مزامنة دقيقة. يستخرج نظام DISA البيانات المهمة لكل قالب من قاعدة بيانات CIM، مثل سُمك القالب وما يُمكن/لا يُمكن صبّه، ويرسلها إلى نظام التحكم في مصنع التعبئة. باستخدام هذه البيانات الدقيقة (التي تُولّد بعد بثق القالب)، يُمكن لصانع الصب تحريك وحدة الصب إلى الموضع الصحيح قبل وصول القالب، ثم البدء في فتح قضيب السدادة أثناء حركة القالب. يصل القالب في الوقت المناسب لاستقبال الحديد من مصنع الصب. هذا التوقيت المثالي بالغ الأهمية، أي أن المادة المصهورة تصل إلى كوب الصب بدقة. يُعدّ وقت الصب عائقًا شائعًا في الإنتاجية، ومن خلال توقيت بدء الصب بدقة، يُمكن تقليل أوقات الدورة بأجزاء من الثانية. ينقل نظام صب DISA أيضًا البيانات ذات الصلة من آلة الصب، مثل حجم القالب الحالي وضغط الحقن، بالإضافة إلى بيانات عملية أوسع مثل قابلية انضغاط الرمل، إلى Monitizer®|CIM. بدوره، يستقبل Monitizer®|CIM ويخزن معايير الجودة الحرجة لكل قالب من مصنع التعبئة، مثل درجة حرارة الصب ووقته ونجاح عمليتي الصب والتلقيح. يسمح هذا بتمييز كل قالب على حدة على أنه تالف وفصله قبل الخلط في نظام الهز. بالإضافة إلى أتمتة آلات الصب وخطوط الصب والصب، يوفر Monitizer®|CIM إطار عمل متوافق مع الصناعة 4.0 لجمع البيانات وتخزينها وإعداد التقارير والتحليل. يمكن لإدارة المسابك الاطلاع على تقارير مفصلة والتدقيق في البيانات لتتبع مشاكل الجودة ودفع التحسينات المحتملة. خبرة أورتراند في الصب السلس. أورتراندر آيزنهوت هي مسبكة عائلية في ألمانيا، متخصصة في إنتاج مصبوبات حديدية متوسطة الحجم وعالية الجودة لمكونات السيارات، ومواقد الحطب الثقيلة والبنية التحتية، وقطع غيار الآلات العامة. ينتج المسبك الحديد الرمادي، والحديد المطاوع، وحديد الجرافيت المضغوط، وينتج حوالي 27,000 طن من المصبوبات عالية الجودة سنويًا، ويعمل بنظام نوبتين خمسة أيام في الأسبوع. تشغّل أورتراندر أربعة أفران صهر حثي سعة كل منها 6 أطنان، وثلاثة خطوط صب DISA، وتنتج حوالي 100 طن من المصبوبات يوميًا. يشمل ذلك دورات إنتاج قصيرة مدتها ساعة واحدة، وأحيانًا أقل للعملاء المهمين، لذلك يجب تغيير القالب بشكل متكرر. ولتحسين الجودة والكفاءة، استثمر الرئيس التنفيذي بيرند هـ. ويليامز-بوك موارد كبيرة في تطبيق الأتمتة والتحليلات. كانت الخطوة الأولى هي أتمتة عملية صهر الحديد والجرعات، وترقية ثلاثة أفران صب موجودة باستخدام أحدث نظام pourTECH، والذي يتضمن تقنية الليزر ثلاثية الأبعاد، والحضانة والتحكم في درجة الحرارة. أصبحت الأفران وخطوط الصب والتشكيل الآن متزامنة ومتحكم بها رقميًا، وتعمل تلقائيًا بالكامل تقريبًا. عندما تغير آلة التشكيل طرازها، يستعلم جهاز التحكم في صب pourTECH من نظام DISA Monitizer®|CIM عن أبعاد القالب الجديد. بناءً على بيانات DISA، يحسب جهاز التحكم في الصب مكان وضع عقدة الصب لكل صب. إنه يعرف بالضبط متى يصل أول قالب جديد إلى مصنع التعبئة ويتحول تلقائيًا إلى تسلسل الصب الجديد. إذا وصل القالب إلى نهاية شوطه في أي وقت، تتوقف آلة DISAMATIC® ويعود القالب تلقائيًا. عند إزالة أول قالب جديد من الآلة، يتم تنبيه المشغل حتى يتمكن من التحقق بصريًا من أنه في الوضع الصحيح. فوائد الصب السلس يمكن أن تؤدي عمليات الصب اليدوي التقليدية أو الأنظمة الآلية الأقل تعقيدًا إلى ضياع وقت الإنتاج أثناء تغييرات النموذج، وهو أمر لا مفر منه حتى مع التغييرات السريعة للقالب على آلة التشكيل. إن إعادة ضبط قوالب الصب والصب يدويًا أبطأ، وتتطلب المزيد من المشغلين، وتكون عرضة لأخطاء مثل التوهج. وجد أورتراند أنه عند التعبئة يدويًا، أصبح موظفوه في النهاية متعبين وفقدوا التركيز وارتكبوا أخطاء، مثل التراخي. يتيح التكامل السلس للصب والصب عمليات أسرع وأكثر اتساقًا وأعلى جودة مع تقليل النفايات ووقت التوقف عن العمل. مع أورتراند، يلغي التعبئة التلقائية الثلاث دقائق المطلوبة سابقًا لضبط موضع وحدة التعبئة أثناء تغييرات النموذج. قال السيد ويليامز بوك إن عملية التحويل بأكملها كانت تستغرق 4.5 دقيقة. أقل من دقيقتين اليوم. من خلال التغيير بين 8 و12 نموذجًا لكل وردية، يقضي موظفو أورتراند الآن حوالي 30 دقيقة لكل وردية، أي نصف ما كان عليه من قبل. يتم تحسين الجودة من خلال اتساق أكبر والقدرة على تحسين العمليات باستمرار. قامت شركة Ortrander بتقليل النفايات بنسبة 20% تقريبًا من خلال تقديم الصب السلس. بالإضافة إلى تقليل وقت التوقف عند تغيير النماذج، يتطلب خط الصب والقولبة بالكامل شخصين فقط بدلاً من الثلاثة السابقين. في بعض الورديات، يمكن لثلاثة أشخاص تشغيل خطي إنتاج كاملين. المراقبة هي كل ما يفعله هؤلاء العمال تقريبًا: بخلاف اختيار النموذج التالي وإدارة مخاليط الرمل ونقل المصهور، فإن لديهم عددًا قليلًا من المهام اليدوية. ومن الفوائد الأخرى انخفاض الحاجة إلى الموظفين ذوي الخبرة، الذين يصعب العثور عليهم. على الرغم من أن الأتمتة تتطلب بعض التدريب للمشغل، إلا أنها توفر للأشخاص معلومات العملية المهمة التي يحتاجونها لاتخاذ قرارات جيدة. في المستقبل، قد تتخذ الآلات جميع القرارات. أرباح البيانات من الصب السلس عند محاولة تحسين عملية ما، غالبًا ما تقول المسابك، "نحن نفعل الشيء نفسه بنفس الطريقة، ولكن بنتائج مختلفة". لذلك يقومون بالصب في نفس درجة الحرارة والمستوى لمدة 10 ثوانٍ، ولكن بعض المسبوكات جيدة وبعضها سيء. من خلال إضافة أجهزة استشعار آلية، وجمع بيانات مؤرخة لكل معلمة عملية، ومراقبة النتائج، يُنشئ نظام صب سلس متكامل سلسلة من بيانات العملية ذات الصلة، مما يُسهّل تحديد الأسباب الجذرية عند بدء تدهور الجودة. على سبيل المثال، في حال وجود شوائب غير متوقعة في دفعة من أقراص الفرامل، يُمكن للمديرين التحقق بسرعة من أن المعلمات ضمن الحدود المقبولة. ونظرًا لأن وحدات التحكم في آلة التشكيل ومصنع الصب والوظائف الأخرى مثل الأفران وخلاطات الرمل تعمل بتناغم، يُمكن تحليل البيانات المُولّدة لتحديد العلاقات طوال العملية، بدءًا من خصائص الرمل ووصولًا إلى جودة السطح النهائي للصب. ومن الأمثلة المحتملة على ذلك كيفية تأثير مستوى الصب ودرجة الحرارة على ملء القالب لكل نموذج على حدة. كما تُرسي قاعدة البيانات الناتجة الأساس للاستخدام المستقبلي لتقنيات التحليل الآلي مثل التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي (AI) لتحسين العمليات. تجمع Ortrander بيانات العملية آنيًا من خلال واجهات الآلة وقياسات المستشعرات وعينات الاختبار. ويتم جمع حوالي ألف معلمة لكل صب قالب. في السابق، كان النظام يسجل فقط الوقت اللازم لكل صب، ولكنه الآن يعرف بالضبط مستوى فوهة الصب كل ثانية، مما يسمح للموظفين ذوي الخبرة بفحص كيفية تأثير هذه المعلمة على المؤشرات الأخرى، بالإضافة إلى الجودة النهائية للصب. هل يتم تصريف السائل من فوهة الصب أثناء ملء القالب، أم يتم ملء فوهة الصب إلى مستوى ثابت تقريبًا أثناء التعبئة؟ تنتج Ortrander من ثلاثة إلى خمسة ملايين قالب سنويًا وقد جمعت كمية هائلة من البيانات. كما تخزن Ortrander صورًا متعددة لكل صب في قاعدة بيانات pourTECH في حالة وجود مشاكل في الجودة. إن إيجاد طريقة لتقييم هذه الصور تلقائيًا هو هدف مستقبلي. الخلاصة. يؤدي التشكيل والصب الآلي المتزامن إلى عمليات أسرع وجودة أكثر اتساقًا ونفايات أقل. بفضل الصب السلس وتغيير النمط التلقائي، يعمل خط الإنتاج بفعالية وبشكل مستقل، ولا يتطلب سوى الحد الأدنى من الجهد اليدوي. ونظرًا لأن المشغل يلعب دورًا إشرافيًا، فإن الحاجة إلى عدد أقل من الموظفين تكون أقل. يُستخدم الصب بدون لحام الآن في العديد من الأماكن حول العالم ويمكن تطبيقه في جميع المسابك الحديثة. سيحتاج كل مسبك إلى حل مختلف قليلاً مصمم خصيصًا لاحتياجاته، ولكن التكنولوجيا اللازمة لتنفيذه مجربة جيدًا ومتوفرة حاليًا من وكالة أنظمة المعلومات الدفاعية (DISA) وشريكتها شركة pour-tech AB، ولا تتطلب الكثير من العمل. يمكن تنفيذ العمل المخصص. لا يزال الاستخدام المتزايد للذكاء الاصطناعي والأتمتة الذكية في المسابك في مرحلة الاختبار، ولكن مع قيام المسابك ومصنعي المعدات الأصلية بجمع المزيد من البيانات والخبرة الإضافية على مدار العامين أو الثلاثة أعوام القادمة، سيتسارع الانتقال إلى الأتمتة بشكل كبير. ومع ذلك، فإن هذا الحل اختياري حاليًا، نظرًا لأن ذكاء البيانات هو أفضل طريقة لتحسين العمليات وتحسين الربحية، فقد أصبح الأتمتة وجمع البيانات بشكل أكبر ممارسة قياسية بدلاً من مشروع تجريبي. في الماضي، كانت أعظم أصول المسبك هي نموذجه وخبرة موظفيه. الآن بعد أن تم دمج الصب السلس مع الأتمتة الأكبر وأنظمة الصناعة 4.0، أصبحت البيانات بسرعة الركيزة الثالثة لنجاح المسبك.
—نتقدم بخالص الشكر لـ pour-tech وOrtrader Eisenhütte على تعليقاتهما أثناء إعداد هذه المقالة.
نعم، أرغب في استلام النشرة الإخبارية الأسبوعية من Foundry-Planet، والتي تتضمن آخر الأخبار والاختبارات والتقارير حول المنتجات والمواد. بالإضافة إلى نشرات إخبارية خاصة - جميعها مع إمكانية الإلغاء مجانًا في أي وقت.