صب تلقائي

تتبنى المسابك بشكل متزايد أتمتة العمليات المستندة إلى البيانات لتحقيق أهداف طويلة المدى تتمثل في جودة أعلى ونفايات أقل وأقصى وقت تشغيل وأقل تكاليف.تعد المزامنة الرقمية المتكاملة تمامًا لعمليات الصب والقولبة (الصب السلس) ذات قيمة خاصة للمسابك التي تواجه تحديات الإنتاج في الوقت المناسب، وتقليل أوقات الدورات وتغييرات النماذج بشكل متكرر.بفضل أنظمة القولبة والصب الآلية التي ترتبط معًا بسلاسة، تصبح عملية الصب أسرع ويتم إنتاج أجزاء ذات جودة أعلى بشكل أكثر اتساقًا.تتضمن عملية الصب الآلي مراقبة درجة حرارة الصب، بالإضافة إلى تغذية مادة التلقيح وفحص كل قالب.يؤدي ذلك إلى تحسين جودة كل عملية صب وتقليل معدل الخردة.تعمل هذه الأتمتة الشاملة أيضًا على تقليل الحاجة إلى المشغلين الذين يتمتعون بسنوات من الخبرة المتخصصة.كما أصبحت العمليات أكثر أمانًا بسبب مشاركة عدد أقل من العمال بشكل عام.وهذه الرؤية ليست رؤية للمستقبل؛وهذا يحدث الآن.لقد تطورت أدوات مثل أتمتة المسابك والروبوتات وجمع البيانات وتحليلها على مدار عقود، ولكن تسارع التقدم مؤخرًا مع تطوير حوسبة عالية الأداء وبأسعار معقولة وأجهزة استشعار شبكية متقدمة للصناعة 4.0 وأنظمة تحكم متوافقة.تعمل الحلول والشركاء الآن على تمكين المسابك من إنشاء بنية تحتية قوية وذكية لدعم المشاريع الأكثر طموحًا، والجمع بين العديد من العمليات الفرعية المستقلة سابقًا لتنسيق جهودها.إن تخزين وتحليل بيانات العملية التي تم جمعها بواسطة هذه الأنظمة الآلية المتكاملة يفتح أيضًا الباب أمام دورة حميدة من التحسين المستمر القائم على البيانات.يمكن للمسابك جمع وتحليل معلمات العملية من خلال فحص البيانات التاريخية للعثور على الارتباطات بينها وبين نتائج العملية.توفر العملية الآلية بعد ذلك بيئة شفافة يمكن من خلالها اختبار أي تحسينات يحددها التحليل بشكل شامل وسريع والتحقق من صحتها وتنفيذها حيثما أمكن ذلك.
تحديات التشكيل السلس نظرًا للاتجاه نحو الإنتاج في الوقت المناسب، غالبًا ما يتعين على العملاء الذين يستخدمون خطوط التشكيل DISAMATIC® تغيير النماذج بشكل متكرر بين الدفعات الصغيرة.باستخدام معدات مثل مبدل المسحوق الأوتوماتيكي (APC) أو مبدل المسحوق السريع (QPC) من DISA، يمكن تغيير القوالب في أقل من دقيقة واحدة.مع حدوث تغييرات في النمط عالي السرعة، يميل عنق الزجاجة في العملية إلى التحول نحو الصب - وهو الوقت اللازم لتحريك البوتقة يدويًا للصب بعد تغيير النمط.يعد الصب السلس أفضل طريقة لتحسين هذه الخطوة من عملية الصب.على الرغم من أن الصب غالبًا ما يكون مؤتمتًا جزئيًا، إلا أن الأتمتة الكاملة تتطلب تكاملًا سلسًا لأنظمة التحكم في خط الصب ومعدات التعبئة بحيث تعمل بشكل متزامن تمامًا في جميع حالات التشغيل الممكنة.ولتحقيق ذلك بشكل موثوق، يجب أن تعرف وحدة الصب بالضبط المكان الآمن لصب القالب التالي، وإذا لزم الأمر، قم بضبط موضع وحدة التعبئة.إن تحقيق التعبئة الأوتوماتيكية الفعالة في عملية إنتاج مستقرة لنفس القالب ليس بالأمر الصعب.في كل مرة يتم تصنيع قالب جديد، يتحرك عمود القالب بنفس المسافة (سمك القالب).بهذه الطريقة، وحدة التعبئة يمكن أن تبقى في نفس الوضع، جاهزة لملء القالب الفارغ التالي بعد توقف خط الإنتاج.مطلوب فقط تعديلات طفيفة على موضع الصب للتعويض عن التغيرات في سماكة القالب الناتجة عن التغيرات في انضغاط الرمل.لقد تم مؤخرًا تقليل الحاجة إلى هذه التعديلات الدقيقة بشكل أكبر بفضل ميزات خط التشكيل الجديدة التي تسمح لأوضاع الصب بالبقاء أكثر اتساقًا أثناء الإنتاج المتسق.بعد اكتمال كل صب، يتحرك خط التشكيل ضربة واحدة مرة أخرى، ويضع القالب الفارغ التالي في مكانه لبدء الصب التالي.أثناء حدوث ذلك، يمكن إعادة تعبئة جهاز التعبئة.عند تغيير النموذج، قد يتغير سمك القالب، الأمر الذي يتطلب أتمتة معقدة.على عكس عملية صندوق الرمل الأفقي، حيث يكون ارتفاع صندوق الرمل ثابتًا، يمكن لعملية DISAMATIC® العمودية ضبط سمك القالب إلى السمك الدقيق المطلوب لكل مجموعة من النماذج للحفاظ على نسبة ثابتة من الرمل إلى الحديد وحساب الارتفاع من النموذج.يعد هذا فائدة كبيرة في ضمان جودة الصب الأمثل والاستفادة من الموارد، ولكن اختلاف سمك القالب يجعل التحكم التلقائي في الصب أكثر صعوبة.بعد تغيير النموذج، تبدأ آلة DISAMATIC® في إنتاج الدفعة التالية من القوالب بنفس السماكة، لكن آلة التعبئة الموجودة على الخط لا تزال تملأ قوالب النموذج السابق، والتي قد يكون لها سمك قالب مختلف.لمكافحة هذا، يجب أن يعمل خط التشكيل ومصنع التعبئة بسلاسة كنظام متزامن واحد، لإنتاج قوالب بسماكة واحدة وصب أخرى بأمان.صب سلس بعد تغيير النمط.بعد تغيير النمط، يبقى سمك القالب المتبقي بين آلات التشكيل كما هو.تظل وحدة الصب المصنوعة من النموذج السابق كما هي، ولكن نظرًا لأن القالب الجديد الذي يخرج من آلة التشكيل قد يكون أكثر سمكًا أو أنحف، يمكن للخيط بأكمله أن يتقدم على مسافات مختلفة في كل دورة - إلى سمك الشكل الجديد.وهذا يعني أنه مع كل ضربة لآلة التشكيل، يجب على نظام الصب غير الملحوم ضبط موضع الصب استعدادًا للصب التالي.بعد صب الدفعة السابقة من القوالب، يصبح سمك القالب ثابتًا مرة أخرى ويتم استئناف الإنتاج المستقر.على سبيل المثال، إذا كان القالب الجديد بسمك 150 مم بدلاً من القالب بسمك 200 مم الذي كان لا يزال يتم صبه مسبقًا، فيجب أن يتحرك جهاز الصب بمقدار 50 مم للخلف باتجاه آلة التشكيل مع كل ضربة لآلة التشكيل لتكون في موضع 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 القوالب الرقيقة، 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 بعيدًا عن آلة التشكيل بـ 200 مم لكل قالب مصنوع.في مرحلة ما، ستدفع السكتة الدماغية 400 مم قالبين غير مملوءين بقطر 200 مم إلى خارج منطقة الصب المحتملة.في هذه الحالة، يجب أن تنتظر آلة التشكيل حتى ينتهي جهاز التعبئة من صب القالبين 200 مم قبل الانتقال إلى الشوط التالي.أو، عند صنع قوالب رفيعة، يجب أن يكون القائم بالصب قادرًا على تخطي عملية الصب تمامًا في الدورة بينما يستمر 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 يلزم تصنيع قالبين بقطر 200 مم.إن التتبع والحسابات وتبادل البيانات المطلوبة لنظام القولبة والصب المتكامل لتوفير صب آلي خالي من المشاكل، كما هو موضح أعلاه، قد شكل تحديات للعديد من موردي المعدات في الماضي.ولكن بفضل الآلات الحديثة والأنظمة الرقمية وأفضل الممارسات، يمكن (وقد تم بالفعل) تحقيق الصب السلس بسرعة وبأقل قدر من الإعداد.الشرط الرئيسي هو شكل من أشكال "المحاسبة" للعملية، وتوفير معلومات حول موقع كل نموذج في الوقت الحقيقي.يحقق نظام Monitizer®|CIM (وحدة الكمبيوتر المتكاملة) من DISA هذا الهدف عن طريق تسجيل كل قالب يتم تصنيعه وتتبع حركته عبر خط الإنتاج.كمؤقت للعملية، فإنه يولد سلسلة من تدفقات البيانات ذات الطابع الزمني التي تحسب موضع كل قالب وفوهته على خط الإنتاج في كل ثانية.وإذا لزم الأمر، فإنه يتبادل البيانات في الوقت الفعلي مع نظام التحكم في مصنع التعبئة والأنظمة الأخرى لتحقيق التزامن الدقيق.يقوم نظام DISA باستخراج البيانات المهمة لكل قالب من قاعدة بيانات CIM، مثل سمك القالب وما يمكن أو لا يمكن سكبه، ويرسلها إلى نظام التحكم في مصنع التعبئة.باستخدام هذه البيانات الدقيقة (التي تم إنشاؤها بعد بثق القالب)، يستطيع القائم بالصب تحريك مجموعة الصب إلى الموضع الصحيح قبل وصول القالب، ثم البدء في فتح قضيب السدادة بينما لا يزال القالب يتحرك.يصل القالب في الوقت المناسب ليستقبل الحديد من مصنع الصب.يعد هذا التوقيت المثالي أمرًا بالغ الأهمية، أي أن المادة المصهورة تصل إلى كوب الصب بدقة.يعد وقت الصب بمثابة عنق الزجاجة الشائع في الإنتاجية، ومن خلال التوقيت المثالي لبدء الصب، يمكن تقليل أوقات الدورة بمقدار عدة أعشار من الثانية.يقوم نظام التشكيل DISA أيضًا بنقل البيانات ذات الصلة من آلة التشكيل، مثل حجم القالب الحالي وضغط الحقن، بالإضافة إلى بيانات العملية الأوسع مثل قابلية ضغط الرمال، إلى Monitizer®|CIM.وفي المقابل، يتلقى Monitizer®|CIM معلمات الجودة الحرجة لكل قالب من مصنع التعبئة ويخزنها، مثل درجة حرارة الصب، ووقت الصب، ونجاح عمليتي الصب والتلقيح.يسمح ذلك بوضع علامة على النماذج الفردية على أنها سيئة وفصلها قبل خلطها في نظام الاهتزاز.بالإضافة إلى أتمتة آلات القولبة وخطوط القولبة والصب، يوفر Monitizer®|CIM إطارًا متوافقًا مع الصناعة 4.0 للاستحواذ والتخزين وإعداد التقارير والتحليل.يمكن لإدارة المسبك عرض التقارير التفصيلية والتعمق في البيانات لتتبع مشكلات الجودة ودفع التحسينات المحتملة.تجربة الصب السلسة لشركة Ortander Ortander Eisenhütte هو مسبك مملوك لعائلة في ألمانيا متخصص في إنتاج مصبوبات حديد متوسطة الحجم وعالية الجودة لمكونات السيارات، ومواقد الخشب شديدة التحمل والبنية التحتية، وقطع غيار الآلات العامة.وينتج المسبك الحديد الرمادي والحديد المرن وحديد الجرافيت المضغوط وينتج ما يقرب من 27 ألف طن من المسبوكات عالية الجودة سنويًا، ويعمل على نوبتين خمسة أيام في الأسبوع.تقوم شركة Ortander بتشغيل أربعة أفران صهر بالحث سعة 6 أطنان وثلاثة خطوط قولبة DISA، مما ينتج ما يقرب من 100 طن من المسبوكات يوميًا.يتضمن ذلك فترات إنتاج قصيرة مدتها ساعة واحدة، وأحيانًا أقل للعملاء المهمين، لذلك يجب تغيير القالب بشكل متكرر.لتحسين الجودة والكفاءة، استثمر الرئيس التنفيذي بيرند إتش ويليامز بوك موارد كبيرة في تنفيذ الأتمتة والتحليلات.كانت الخطوة الأولى هي أتمتة عملية صهر الحديد وجرعاته، وتحديث ثلاثة أفران صب موجودة باستخدام أحدث نظام pourTECH، والذي يتضمن تقنية الليزر ثلاثية الأبعاد، والحضانة والتحكم في درجة الحرارة.يتم الآن التحكم والمزامنة رقميًا في الأفران وخطوط القولبة والصب، وتعمل بشكل تلقائي بالكامل تقريبًا.عندما تقوم آلة التشكيل بتغيير النموذج، تقوم وحدة التحكم في صب pourTECH بالاستعلام عن نظام DISA Monitizer®|CIM لأبعاد القالب الجديدة.استنادًا إلى بيانات DISA، تقوم وحدة التحكم في الصب بحساب مكان وضع عقدة الصب لكل عملية صب.فهو يعرف بالضبط متى يصل القالب الجديد الأول إلى مصنع التعبئة ويتحول تلقائيًا إلى تسلسل الصب الجديد.إذا وصلت الرقصة إلى نهاية شوطها في أي وقت، تتوقف ماكينة DISAMATIC® وتعود الرقصة تلقائيًا.عند إزالة القالب الجديد الأول من الآلة، يتم تنبيه المشغل حتى يتمكن من التحقق بصريًا من أنه في الموضع الصحيح.فوائد الصب السلس يمكن أن تؤدي عمليات الصب اليدوية التقليدية أو الأنظمة الآلية الأقل تعقيدًا إلى ضياع وقت الإنتاج أثناء تغييرات النموذج، وهو أمر لا مفر منه حتى مع تغييرات القالب السريعة على آلة التشكيل.تعد إعادة ضبط قوالب السكب والصب يدويًا أبطأ، وتتطلب المزيد من المشغلين، وتكون عرضة لأخطاء مثل التوهج.وجد أورتاندر أنه عند تعبئة الزجاجات يدويًا، أصبح موظفوه في النهاية متعبين، وفقدوا التركيز، وارتكبوا أخطاء، مثل التراخي.يتيح التكامل السلس بين القولبة والصب عمليات أسرع وأكثر اتساقًا وعالية الجودة مع تقليل الفاقد ووقت التوقف عن العمل.مع Ortander، يلغي الملء التلقائي الدقائق الثلاث المطلوبة سابقًا لضبط موضع وحدة الملء أثناء تغييرات النموذج.وقال السيد ويليامز بوك إن عملية التحويل بأكملها كانت تستغرق 4.5 دقيقة.اليوم أقل من دقيقتين.ومن خلال تغيير ما بين 8 إلى 12 نموذجًا في كل نوبة عمل، يقضي موظفو Ortander الآن حوالي 30 دقيقة في كل نوبة، أي نصف الوقت الذي كان عليه من قبل.يتم تعزيز الجودة من خلال قدر أكبر من الاتساق والقدرة على تحسين العمليات بشكل مستمر.قامت شركة Ortander بتقليل النفايات بنسبة 20% تقريبًا من خلال تقديم عملية الصب السلس.بالإضافة إلى تقليل وقت التوقف عن العمل عند تغيير النماذج، فإن خط التشكيل والصب بأكمله يتطلب 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 القليل من المهام اليدوية.فائدة أخرى هي انخفاض الحاجة إلى الموظفين ذوي الخبرة، الذين يصعب العثور عليهم.على الرغم من أن الأتمتة تتطلب بعض التدريب للمشغلين، إلا أنها تزود الأشخاص بمعلومات العملية الهامة التي يحتاجونها لاتخاذ قرارات جيدة.في المستقبل، قد تتخذ الآلات جميع القرارات.فوائد البيانات من الصب السلس عند محاولة تحسين عملية ما، غالبًا ما تقول المسابك: "نحن نفعل نفس الشيء بنفس الطريقة، ولكن بنتائج مختلفة".لذلك يتم صبها في نفس درجة الحرارة والمستوى لمدة 10 ثواني، ولكن بعض المصبوبات جيدة وبعضها سيئة.من خلال إضافة أجهزة استشعار آلية، وجمع البيانات المحددة زمنيًا لكل معلمة عملية، ومراقبة النتائج، يقوم نظام الصب السلس المتكامل بإنشاء سلسلة من بيانات العملية ذات الصلة، مما يسهل تحديد الأسباب الجذرية عندما تبدأ الجودة في التدهور.على سبيل المثال، في حالة حدوث شوائب غير متوقعة في مجموعة من أقراص المكابح، يمكن للمديرين التحقق بسرعة من أن المعلمات ضمن الحدود المقبولة.نظرًا لأن وحدات التحكم في آلة التشكيل ومصنع الصب والوظائف الأخرى مثل الأفران وخلاطات الرمل تعمل معًا، فيمكن تحليل البيانات التي تولدها لتحديد العلاقات طوال العملية، بدءًا من خصائص الرمل وحتى جودة السطح النهائية للصب.أحد الأمثلة المحتملة هو كيفية تأثير مستوى الصب ودرجة الحرارة على تعبئة القالب لكل نموذج على حدة.تضع قاعدة البيانات الناتجة أيضًا الأساس للاستخدام المستقبلي لتقنيات التحليل الآلي مثل التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي (AI) لتحسين العمليات.تقوم Ortander بجمع بيانات العملية في الوقت الفعلي من خلال واجهات الماكينة وقياسات أجهزة الاستشعار وعينات الاختبار.لكل قالب صب، يتم جمع حوالي ألف معلمة.في السابق، كان يسجل فقط الوقت اللازم لكل عملية صب، ولكنه الآن يعرف بالضبط مستوى فوهة الصب في 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 أن فوهة الصب ممتلئة إلى مستوى ثابت تقريبًا أثناء التعبئة؟تنتج شركة Ortander ما بين ثلاثة إلى خمسة ملايين قالب سنويًا، وقد جمعت كمية هائلة من البيانات.يقوم Ortander أيضًا بتخزين صور متعددة لكل عملية صب في قاعدة بيانات pourTECH في حالة وجود مشكلات تتعلق بالجودة.يعد العثور على طريقة لتقييم هذه الصور تلقائيًا هدفًا مستقبليًا.خاتمة.يؤدي التشكيل والصب الآلي المتزامن إلى عمليات أسرع وجودة أكثر اتساقًا وهدرًا أقل.مع الصب السلس والتغيير التلقائي للنمط، يعمل خط الإنتاج بفعالية بشكل مستقل، ولا يتطلب سوى الحد الأدنى من الجهد اليدوي.وبما أن المشغل يلعب دورًا إشرافيًا، فإن هناك حاجة لعدد أقل من الموظفين.يتم الآن استخدام الصب غير الملحوم في العديد من الأماكن حول العالم ويمكن تطبيقه على جميع المسابك الحديثة.سيتطلب كل مسبك حلاً مختلفًا قليلاً ومصممًا خصيصًا لتلبية احتياجاته، ولكن التكنولوجيا اللازمة لتنفيذه مثبتة جيدًا، وهي متاحة حاليًا من DISA وشريكتها pour-tech AB، ولا تتطلب الكثير من العمل.يمكن تنفيذ العمل المخصص.ولا 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 مدى العامين أو الثلاثة أعوام القادمة، فإن التحول إلى الأتمتة سوف يتسارع بشكل كبير.يعد هذا الحل اختياريًا حاليًا، نظرًا لأن ذكاء البيانات هو أفضل طريقة لتحسين العمليات وتحسين الربحية، وأصبح المزيد من الأتمتة وجمع البيانات ممارسة قياسية بدلاً من مشروع تجريبي.في الماضي، كانت أعظم أصول المسبك هي نموذجه وخبرة موظفيه.الآن بعد أن تم دمج الصب السلس مع قدر أكبر من الأتمتة وأنظمة الصناعة 4.0، أصبحت البيانات بسرعة هي الركيزة الثالثة لنجاح المسبك.
- نشكر بشدة شركة pour-tech وOrtander Eisenhütte على تعليقاتهما أثناء إعداد هذا المقال.
نعم، أرغب في تلقي النشرة الإخبارية Foundry-Planet نصف الأسبوعية التي تحتوي على أحدث الأخبار والاختبارات والتقارير حول المنتجات والمواد.بالإضافة إلى النشرات الإخبارية الخاصة - كل ذلك مع إمكانية الإلغاء المجاني في أي وقت.