GKN Aerospace turbineproductie zonder turbulentie

Mikael Alm, Industrial IoT-ingenieur bij GKN: "Wij maken onderdelen voor vliegtuigmotoren. In mijn afdeling ND Digital, werken we met precieze werktuigmachines. Om ervoor te zorgen dat deze werken zoals het hoort en er niets onverwachts gebeurt, bewaken wij de machines met behulp van sensoren. Wij gebruiken een grote verscheidenheid aan sensoren om ervoor te zorgen dat alles op rolletjes loopt in het productieproces. Sinds ongeveer drie jaar gebruiken we de trillingssensoren van ifm. Die controleren of de spindels in onze werktuigmachines goed draaien."

Diverse metaalbewerkingsprocessen worden volautomatisch uitgevoerd door computergestuurde werktuigmachines. Freeskoppen bewerken het metaal op hoge snelheid. Draaigereedschappen produceren tot op de micrometer nauwkeurige assen en boren creëren exacte boorgaten. Op die manier worden uiterst nauwkeurige onderdelen voor bijvoorbeeld vliegtuigturbines in de kortst mogelijke tijd geproduceerd.

Een foutloze en probleemvrije bewerking van elk onderdeel heeft de hoogste prioriteit. Alleen op die manier kan een constant hoge productkwaliteit worden gegarandeerd. Vanwege de hoge bewerkingssnelheid en proceskrachten zijn snel reagerende diagnosesystemen vereist om eventuele schade aan het werktuig of botsingen tijdens de bewerking onmiddellijk te detecteren om vervolgens het proces bliksemsnel stop te zetten. Op die manier is verdere schade te voorkomen aan machine en werkstuk. De permanente trillingsdiagnose is hierbij de beste methode gebleken.

De kleinste onbalans onthult fouten

Het hart van het systeem is een zeer gevoelige en uiterst betrouwbare trillingssensor van ifm electronic, de specialist in sensortechnologie, die rechtstreeks op het spindelhuis is gemonteerd. De sensor van het type VSA is een kleine, micromechanische acceleratiesensor die continu de trillingen op niet-roterende machineoppervlakken registreert.

De gevoeligheid van de VSA is zo hoog dat de kleinste schade bij een millimetergrote freeskop wordt geregistreerd via de onbalans die optreedt. Ook veranderingen in de verspaning, bijvoorbeeld door botte boren of spaanophoping, worden via het veranderde trillingsgedrag herkend en doorgegeven aan diagnose-elektronica. Bij GKN is dit de verwerkingseenheid VSE100 van ifm, die signalen van maximaal vier trillingssensoren kan verwerken en een waarschuwingsmelding of een machinestilstand kan activeren in geval van een storing. De data wordt via ethernet naar de bovenliggende besturing verstuurd.

Grenswaarden voor trillings- en botsingsdetectie kunnen voor elk werktuig en voor elke bewerkingsstap in de machinebesturing worden opgeslagen. Om deze van tevoren te bepalen, wordt in de teach-modus een programma-run uitgevoerd. Individuele trillingsgegevens voor elk werktuig worden opgeslagen in de besturing en voorzien van instelbare tolerantiewaarden. Overschrijding van deze waarden tijdens de bewerking wordt geïnterpreteerd als een fout en leidt, afhankelijk van de amplitude van de trilling, tot een waarschuwingsbericht of zelfs tot stopzetting van de bewerking.

Een extra beveiligingsfunctie is de conditiebewaking van de spindel zelf. Slijtage in de lagers van het complexe spindelmechanisme wordt gedetecteerd en gesignaleerd door het ongewone trillingsgedrag. Dit biedt de gebruiker extra veiligheid.

Overige sensoren

De verwerkingseenheid heeft ook twee analoge ingangen waarop extra sensoren kunnen worden aangesloten voor de bewaking van andere te meten variabelen. GKN gebruikt bijvoorbeeld talrijke druksensoren van de serie PN7 om de druk in de koelmiddelleidingen permanent te controleren. Een drukdaling daar zou de koeling kunnen onderbreken en schade aan het werktuig en het onderdeel kunnen veroorzaken. Daarom signaleren de sensoren in geval van storing dat de vereiste werkdruk niet is bereikt.

GKN heeft alle gebruikte sensoren via het bussysteem AS-i aangesloten op de centrale besturing. Hier worden de signalen van maximaal 127 sensoren doorgegeven aan de AS-i-master via een tweeaderige vlakkabel met behulp van AS-i IO-modules. Deze busbekabeling vermindert de bekabelingskosten aanzienlijk en vereenvoudigt ook de installatie.

Evaluatie

Om de machinetoestand te bewaken en te analyseren, vertrouwt GKN op Smartobserver, een software die speciaal door ifm werd ontwikkeld voor de conditiebewaking van installaties. De meetwaarden van alle sensoren komen hier samen. Naast een overzichtelijke, grafische weergave van alle proceswaarden en hun grenswaarden, maakt de software bijvoorbeeld trendanalyses en helpt zo de processtromen te optimaliseren.

Mikael Alm legt uit: "Het is heel belangrijk voor ons om te begrijpen wat er tijdens de productieprocessen gebeurt. Onze producten zijn erg duur en wij moeten in staat zijn verbeteringen aan te brengen wanneer de processen niet meer honderd procent zijn. We kunnen de door Smartobserver verzamelde data gebruiken in ons eigen analysehulpmiddel om nauwkeurige beoordelingen te maken en doelgericht te handelen." Het uitgebreide alarmbeheer van de ifm-software maakt ook condition-based onderhoud van de machines mogelijk.

Conclusie

Door middel van sensoren en de Smartobserver kunnen werktuigmachines automatisch en betrouwbaar worden bewaakt. Storingen worden tijdig opgespoord, het onderhoud kan worden gepland en is condition-based. Dit bespaart niet alleen kosten, maar garandeert ook een maximale beschikbaarheid en de hoogste productkwaliteit.

De samenvatting van Mikael Alm: "Ik werk al vele jaren in het onderhoud en het werkt zoals het hoort. De gecombineerde oplossing van sensoren en software van ifm zal ons helpen om onze apparaten nu en in de toekomst te begrijpen en te verbeteren. ifm heeft een zeer goede klantenservice die ons altijd helpt om een oplossing te vinden voor onze problemen." Deze nabijheid van ifm tot de klant komt ook tot uiting in de slogan: "ifm - close to you".