GKN Aerospace – Moottorien tuotanto ilman turbulensseja
Sovellusraportti
Työstökone huipputarkkaan metallintyöstöön
GKN Aerospace on maailman johtava ilmailu- ja avaruusteknologian poikkiteknologinen toimittaja. Yritys valmistaa 15 maassa sijaitsevissa 50 tuotantolaitoksessaan tuotteita yli 90 prosentille maailman lentokone- ja moottorivalmistajista. Se kehittää ja valmistaa ilma-aluksiin innovatiivisia, älykkäitä järjestelmiä ja teknologioita, joita käytetään esimerkiksi rahtikoneissa ja maailman suurimmassa matkustajakoneessa. Yritys toimii myös avaruusteknologian parissa. Se valmisti esimerkiksi tunnetun Ariane 5 -kantoraketin rakettisuuttimen.
GKN Aerospace valmistaa moottorikomponentteja ilmailu- ja avaruusteollisuuteen
Mikael Alm, GTK:n teollisen IoT:n insinööri: ”Me tuotamme komponentteja lentokonemoottoreihin. Käytämme osastollani (ND Digital) työssämme tarkkoja työstökoneita. Valvomme koneitamme antureiden avulla niin, että kaikki toimii täydellisesti eikä mitään odottamatonta tapahdu. Käytämme erilaisia antureita virheettömien tuotantoprosessien varmistamiseksi. Noin 3 vuoden ajan olemme käyttäneet ifm:n värähtelyantureita. Ne valvovat karojen toimintaa työstökoneissamme.”
Metallien työstöön kuuluu erilaisia operaatioita, jotka suoritetaan täysin automaattisesti tietokoneiden ohjaamina. Jyrsinterät työstävät tiensä metallin läpi suurilla pyörimisnopeuksilla. Leikkaustyökalut muotoilevat akseleita mikrometrien tarkkuudella ja porat asemoivat reiät täsmälleen oikeisiin paikkoihin. Tällä tavoin esimerkiksi lentokoneturbiinien tarkkuuskomponentit valmistetaan äärimmäisellä nopeudella.
Työkappaleiden virheettömällä ja ongelmattomalla koneistuksella on meillä korkein prioriteetti. Tämä on ainoa tapa taata tuotteiden jatkuva korkea laatu. Suurten koneistusnopeuksien ja käsittelyvoimien vuoksi tarvitaan nopeasti reagoivia diagnostiikkajärjestelmiä, jotka tunnistavat välittömästi työkalussa ilmenevät vauriot tai törmäykset työstön aikana ja pysäyttävät prosessin välittömästi ja estävät siten koneelle tai työkappaleelle mahdollisesti koituvat lisävauriot. Jatkuva värähtelydiagnostiikka on osoittautunut optimaaliseksi menetelmäksi.
Riittävä määrä jäähdytysnestettä työkalun ja työkappaleen suojaamiseksi
Minimaalinen epätasapaino paljastaa virheet
Järjestelmän keskipisteenä on suoraan karan koteloon asennettava erittäin herkkä ja luotettava värähtelyanturi, jonka on valmistanut anturispesialisti ifm electronic. VSA-tyypin värähtelyanturi on pieni mikromekaaninen kiihtyvyysanturi, joka tunnistaa jatkuvasti pyörimättömillä konepinnoilla esiintyvää värähtelyä.
Kuva 1: Jatkuva kuuntelu: ifm:n värähtelyanturi VSA004 sijoitettuna suoraan karan päälle. Kuva 2: VSE100-evaluointiyksikkö tunnistaa pienimmätkin poikkeamat ja antaa signaalin, jos raja-arvot ylittyvät.
VSA on niin herkkä, että se havaitsee pienimmänkin epätasapainosta aiheutuvan vaurion jyrsintäpäässä, joka on itsekin kooltaan millimetriluokkaa. Leikkausvoimien muutokset, jotka voivat johtua mm. tylsästä terästä tai liiallisesta lastumäärästä, tunnistetaan ja raportoidaan diagnostiikkayksikköön muuttuneiden värähtelytunnuslukujen perusteella. GKN:n käyttämä evaluointiyksikkö on ifm:n VSE100. Se käsittelee jopa neljältä värähtelyanturilta saatavia signaaleja, ja se voi vikatapauksessa laukaista varoituksen tai jopa pysäyttää koneen. Data lähetetään ethernet-väylän kautta ylemmän tason ohjausjärjestelmään.
Värähtelyyn ja törmäystunnistukseen liittyvät raja-arvot jokaista työkalua ja jokaista prosessivaihetta varten voidaan tallentaa koneen ohjausjärjestelmään. Niiden määrittelemiseksi etukäteen suoritetaan opetusmoodissa ohjelmajakso. Yksilölliset värähtelytiedot ja säädettävät toleranssiarvot tallennetaan ohjausjärjestelmään jokaista työkalua varten. Jos nämä arvot ylittyvät työstön aikana, se tulkitaan virheeksi, joka värähtelyamplitudista riippuen laukaisee virheviestin tai pysäyttää työstön.
Toinen suojaustoiminto on karan kunnonvalvonta. Monimutkaisen karamekaniikan laakereiden kuluminen havaitaan ja signaloidaan poikkeavan värähtelykäyttäytymisen perusteella. Tämä antaa käyttäjälle lisäturvaa.
Muut anturit:
Evaluointijärjestelmässä on kaksi analogiatuloa, joihin voidaan integroida lisäantureita mittausparametrien valvontaa varten. GKN käyttää lukemattomia PN7-paineantureita jäähdytysputken jatkuvaan paineenvalvontaan. Paineen lasku voi pysäyttää jäähdytysprosessin ja vaurioittaa työkalua ja työkappaletta. Siksi anturit ilmoittavat vikatilanteessa, jos käyttöpaine on liian alhainen.
GKN liitti kaikki anturit keskusohjaukseen As-i-väyläjärjestelmän kautta. Kaksijohtiminen lattakaapeli siirtää jopa 127 anturin signaalit AS-i IO -moduulien avulla As-i-masteriin. Väylärakenne alentaa tuntuvasti kaapelointikustannuksia ja tuo lisää joustavuutta asennukseen.
Kuva 1: Paineanturit valvovat jäähdytyspiirin painetta.Kuva 2: Vähemmän kaapelointia: AS-i-moduulit keräävät anturidataa ja siirtävät sen ohjausjärjestelmään 2-johtimisen väyläkaapelin kautta.
Evaluointi
GKN käyttää SMARTOBSERVER-ohjelmistoa koneiden kunnon valvontaan ja analysointiin. ifm kehitti tämän ohjelmiston erityisesti laitteistojen kunnonvalvontaan. Kaikki antureiden mittausarvot kohtaavat täällä. Kaikkien prosessiarvojen ja niiden rajojen havainnollistamisen lisäksi ohjelmisto luo esimerkiksi trendianalyysejä, jotka auttavat optimoimaan tuotantoprosesseja.
Mikael Alm selittää: ”Meille on ensiarvoisen tärkeää ymmärtää, mitä tuotantoprosessin aikana tapahtuu. Tuotteemme ovat hyvin kalliita, ja meidän on pystyttävä tekemään parannuksia, kun prosessit eivät toimi tarkalleen oikein. Voimme käyttää SMARTSERVER-ohjelmiston keräämää dataa omassa analyysityökalussamme ja tehdä siten tarkkoja arviointeja ja toimia niiden mukaisesti.” ifm-ohjelmiston kattava hälytysten hallinta mahdollistaa myös koneidemme kuntoon perustuvan kunnossapidon.
Läpinäkyvyys ja optimointi: SMARTOBSERVER-ohjelmisto kerää, visualisoi ja analysoi kaiken anturidatan
Yhteenveto
Antureiden ja SMARTOBSERVER-ohjelmiston avulla työstökoneita voidaan valvoa automaattisesti ja luotettavasti. Viat havaitaan ajoissa ja kunnossapito on laskettavaa ja kuntoon perustuvaa. Tämä ei ainoastaan säästä kustannuksia, vaan takaa myös koneiden maksimaalisen käyttöasteen ja tuotteiden korkean laadun.
Mikael Almin johtopäätös: ”Olen työskennellyt tämäntyyppisen kunnossapidon parissa monta vuotta, ja se toimii juuri niin kuin pitääkin. ifm:n antureihin ja ohjelmistoihin perustuva yhdistelmätarkaisu auttaa meitä ymmärtämään ja parantamaan laitteistoamme nyt ja tulevaisuudessa. ifm:ltä saamme erinomaista tukea, ja se auttaa meitä löytämään ratkaisun ongelmiimme.” Läheinen yhteistyö asiakkaiden kanssa näkyy myös ifm:n sloganissa: ”ifm – close to you”