GKN Aerospace: fabricación de motores sin turbulencias
Informe de aplicación
Máquina herramienta para trabajar metales con la máxima precisión
GKN Aerospace es uno de los principales proveedores de tecnología aeroespacial a nivel mundial. Con 50 centros de producción repartidos en 15 países, esta empresa abastece a más del 90 por ciento de todos los fabricantes de aviones y motores del mundo. Diseña y fabrica sistemas y tecnologías inteligentes e innovadores para el sector aeroespacial que son empleados, por ejemplo, en aviones de transporte y en algunos de los aviones de pasajeros más grandes del mundo. La empresa también trabaja en el sector de la tecnología espacial. Por ejemplo, fue el fabricante de la tobera del conocido cohete Ariane 5.
GKN Aerospace fabrica componentes de motores para la industria aeroespacial.
Mikael Alm, ingeniero de IoT industrial en GKN: "Fabricamos componentes para motores de aviones. En mi departamento de ND Digital, trabajamos con máquinas herramienta de alta precisión. Monitoreamos estas máquinas con la ayuda de sensores para asegurarnos de que funcionan como deben y de que no ocurra nada inesperado. La amplia variedad de sensores que utilizamos garantiza un proceso de fabricación impecable. Llevamos unos tres años usando sensores de vibración de ifm. Comprueban si los husillos de nuestras máquinas herramienta están funcionando correctamente".
Varias operaciones para el procesamiento del metal se realizan de forma totalmente automática mediante máquinas herramienta controladas por ordenador. Los cabezales de fresado se abren paso a través del metal a gran velocidad. Las herramientas de torno producen ejes con una precisión micrométrica y las brocas perforan orificios exactos. Así es como se crean componentes de alta precisión, por ejemplo, para turbinas de aviones, en el menor tiempo posible.
La máxima prioridad es procesar la pieza de trabajo sin que surjan errores ni problemas. Esta es la única manera de garantizar un nivel de calidad elevado y permanente del producto. Debido a la alta velocidad de procesamiento y las fuerzas del proceso, se requieren sistemas de diagnóstico de reacción rápida que detecten inmediatamente daños en la herramienta o colisiones durante el procesamiento y detengan el proceso en el acto. De este modo, se evitan daños de mayor alcance tanto en la máquina como en la pieza de trabajo. Un diagnóstico continuo de las vibraciones ha demostrado ser el mejor procedimiento en este caso.
Nivel adecuado de lubricante refrigerante para la herramienta y la pieza de trabajo.
El más mínimo desequilibrio delata el fallo
La pieza central de este sistema es un sensor de vibración altamente sensible y extremadamente fiable del especialista en tecnología de sensores ifm electronic. Este sensor se monta directamente en la carcasa del husillo. El sensor de tipo VSA es un pequeño acelerómetro micromecánico que detecta continuamente las vibraciones en las superficies no giratorias de la máquina.
Imagen 1: Siempre a la escucha: el sensor de vibración de ifm VSA004 directamente en el husillo. Imagen 2: La unidad de evaluación VSE100 detecta la más mínima desviación del comportamiento vibratorio e informa de las superaciones de los valores límite.
El VSA es tan sensible que detecta hasta el más mínimo daño en un cabezal de fresado milimétrico debido al desequilibrio que se produce. Los cambios en las fuerzas de corte, por ejemplo, debido a brocas desafiladas o una obstrucción por virutas, también se detectan como consecuencia de la alteración del comportamiento vibratorio y se comunican a la electrónica de diagnóstico. En GKN, se trata de la unidad de evaluación VSE100 de ifm, que puede procesar las señales de hasta cuatro sensores de vibración y activar un mensaje de advertencia o detener la máquina en caso de fallo. Los datos son transmitidos al sistema de control de nivel superior a través de Ethernet.
En el sistema de control de la máquina, se pueden establecer valores límite de detección de vibraciones y colisiones para cada herramienta y para cada paso de procesamiento. Para una determinación previa de estos valores, se ejecuta un programa en el modo de aprendizaje. Mediante este programa, los datos de vibraciones de cada herramienta se almacenan en el sistema de control y se les asigna valores de tolerancia configurables. La superación de estos valores durante el procesamiento se interpreta como un error y, en función de la amplitud de la vibración, se emite un mensaje de advertencia o incluso se detiene el procesamiento.
Una función de protección adicional es la supervisión basada en condiciones del propio husillo. El desgaste de los rodamientos de la compleja mecánica del husillo se detecta y se indica si se produce un comportamiento inusual de las vibraciones. Esto ofrece al usuario aún más seguridad.
Otros sensores
La unidad de evaluación también dispone de dos entradas analógicas a las que se pueden conectar sensores adicionales para el control de otras variables de medición. Por ejemplo, GKN utiliza numerosos sensores de presión de la serie PN7 para una monitorización constante de la presión en los conductos de refrigerante. Una caída de presión en estos conductos podría interrumpir la refrigeración, así como dañar la herramienta y la pieza de trabajo. Por consiguiente, los sensores indicarán que no se ha alcanzado la presión de funcionamiento requerida en caso de fallo.
Todos los sensores utilizados por GKN han sido conectados al sistema de control central a través del sistema de bus AS-i. Un cable plano de dos hilos transmite las señales de hasta 127 sensores al maestro AS-i con la ayuda de módulos de E/S AS-i. Este cableado del bus reduce significativamente los costes de cableado y también simplifica el montaje.
Imagen 1: Los sensores de presión controlan la presión en el circuito de refrigeración. Imagen 2: Menos cableado: los módulos AS-i recopilan datos de sensores y los transmiten al sistema de control.
Evaluación
Para monitorear y analizar el estado de las máquinas, GKN confía en Smartobserver, un software especialmente desarrollado por ifm para la supervisión basada en condiciones de las instalaciones. Aquí es donde convergen los valores de medición de todos los sensores. Además de una clara representación gráfica del conjunto de valores del proceso y sus valores límite, el software realiza, por ejemplo, análisis de tendencias que ayudan a optimizar los flujos del proceso.
Mikael Alm explica lo siguiente: "Es muy importante para nosotros comprender lo que sucede durante los procesos de fabricación. Nuestros productos son muy caros y tenemos que ser capaces de introducir mejoras cuando los procesos no se desarrollan con total eficiencia. Podemos utilizar los datos recopilados por Smartobserver en nuestra propia herramienta de análisis para realizar evaluaciones precisas y tomar medidas específicas". La amplia gestión de alarmas del software de ifm también permite un mantenimiento de las máquinas basado en las condiciones.
Para transparencia y optimización: el software SMARTOBSERVER recopila, visualiza y analiza todos los datos de los sensores.
Conclusión
Con la ayuda de los sensores y el Smartobserver, las máquinas herramienta se pueden supervisar de forma automática y fiable. Los fallos se detectan a tiempo y el mantenimiento se puede planificar y realizar basándose en las condiciones. Esto no solo supone un ahorro de costes, sino que también garantiza la máxima disponibilidad y la más alta calidad del producto.
La conclusión de Mikael Alm: "Durante muchos años, he trabajado con este modo de mantenimiento y siempre ha funcionado como debe hacerlo. La solución combinada de los sensores y el software de ifm nos ayudará a comprender y mejorar nuestros equipos tanto ahora como en un futuro. ifm ofrece un excelente servicio posventa, siempre dispuesto a encontrar una solución a nuestros problemas". Esta cercanía de ifm con el cliente también se refleja en su eslogan: "ifm close to you".