GKN Aerospace Motorproduksjon uten turbulens
Bruksrapport
Maskinverktøy for metallbearbeiding med høy presisjon
GKN Aerospace er den verdensomspennende ledende kryss-teknologiske leverandøren av romfartsteknologi. Med 50 produksjonssteder i 15 land leverer selskapet til over 90 prosent av fly- og motorprodusentene i verden. De utvikler og produserer innovative intelligente systemer og teknologier for luftfart, som brukes for eksempel i fraktfly og i verdens største passasjerfly. Selskapet jobber også med romteknologi. De produserte f.eks. rakettdysen til den velkjente Ariane 5.
GKN Aerospace produserer motorkomponenter for romfartsindustrien
Mikael Alm, industriell IoT-ingeniør i GKN: Vi produserer komponenter til flymotorer. I min avdeling ND Digital, jobber vi med presise verktøymaskiner. Vi overvåker maskinene våre ved hjelp av sensorer, slik at alt fungerer perfekt og ingenting uventet skjer. Vi bruker forskjellige sensorer for å sikre en feilfri produksjonsprosess. I ca. 3 år har vi brukt vibrasjonssensorer fra ifm. De overvåker spindlene i maskinverktøyene våre."
Det finnes ulike operasjoner i metallbearbeiding som utføres helautomatisk av datamaskiner. Fresehodene jobber seg gjennom metallet med høye rotasjonshastigheter. Skjæreverktøy lager aksler på mikromillimeteren og bor plasserer nøyaktige borehull. Dette er hvordan høypresisjonskomponenter for blant annet flyturbiner produseres på kortest mulig tid.
Sikring av feil og problemfri maskinering av arbeidsstykket er av høyeste prioritet. Dette er den eneste måten å kontinuerlig garantere høy produktkvalitet. På grunn av den høye bearbeidingshastigheten og prosesskreftene, er det nødvendig med raskt reagerende diagnosesystemer, som umiddelbart oppdager skader som oppstår på verktøyet eller kollisjoner under maskinering, og som stopper prosessen umiddelbart og dermed forhindrer skade på maskinen og arbeidsstykket. Permanent vibrasjonsdiagnose har vist seg å være den optimale prosedyren.
Tilstrekkelig kjølevæske for beskyttelse av verktøy og arbeidsstykke
Minimum ubalanser avslører feil
Midtpunktet i dette systemet er en svært sensitiv og ekstremt pålitelig vibrasjonssensor fra sensorspesialisten ifm electronic, som er montert direkte på spindelhuset. Vibrasjonssensoren av typen VSA er en liten mikromekanisk akselerasjonssensor som kontinuerlig registrerer vibrasjon på ikke-roterende maskinoverflater.
Illustrasjon 1: Konstant lyttende: Vibrasjonssensor VSA004 fra ifm plassert rett på spindelen. Illustrasjon 2: VSE100-evalueringsenheten oppdager de minste avvikene og gir et signal ved overskridelse av grenseverdiene.
VSA er så følsom at den oppdager selv den minste skade på et fresehode som i seg selv bare har størrelsen på en millimeter på grunn av oppstått ubalanse. Endringer i skjærekreftene som f.eks. kan være forårsaket av et sløvt bor eller for mye spon, oppdages og rapporteres til en diagnoseenhet på grunn av de endrede vibrasjonsegenskapene. Ved GKN er evalueringsenheten VSE100 fra ifm. Den behandler signaler fra opptil fire vibrasjonssensorer og kan utløse en advarsel eller maskinstopp i tilfelle feil. Dataene overføres til kontrolleren på høyere nivå via Ethernet.
Grenseverdier for vibrasjons- og kollisjonsdeteksjon kan lagres i maskinstyringen for hvert verktøy og for hvert trinn i prosessen. For å bestemme dem på forhånd, utføres en programsyklus i undervisningsmodus. Individuelle vibrasjonsdata og justerbare toleranseverdier lagres i kontrolleren for hvert verktøy. Hvis disse verdiene overskrides under maskinering, tolkes dette som en feil og gir en advarselsmelding eller stopper maskineringen avhengig av vibrasjonsamplituden.
En annen beskyttende funksjon er tilstandsovervåking av spindelen. Slitasje på lagrene til den komplekse spindelmekanikken oppdages og signaliseres på grunnlag av uvanlige vibrasjonsegenskaper. Dette gir brukeren ekstra sikkerhet.
Ytterligere sensorer:
Evalueringssystemet har to analoge innganger, hvor ekstra sensorer for overvåking av måleparametere kan integreres. GKN bruker utallige PN7-trykksensorer for å konstant kontrollere trykket i kjølerøret. Et trykkfall kan stoppe kjøleprosessen og skade verktøyet og arbeidsstykket. Dette er grunnen til at sensorer signaliserer hvis driftstrykket er for lavt i tilfelle feil.
GKN koblet alle sensorer til den sentrale kontrolleren via AS-i-buss-systemet. En to-tråds flat kabel overfører signaler fra opptil 127 sensorer ved hjelp av AS-i IO-moduler til AS-i-master. Buss-ledninger reduserer kablingskostnadene betydelig og gir større fleksibilitet ved installasjon.
Illustrasjon 1: Trykksensorer overvåker trykket i kjølekretsen.Illustrasjon 2: Reduserer ledninger: AS-i-moduler samler sensordata og overfører dem til kontrolleren via den to-ledede busskabelen.
Evaluering
GKN bruker SMARTOBSERVER til å overvåke og analysere maskinens tilstand. Denne programvaren ble spesielt utviklet av ifm for tilstandsovervåking av installasjoner. Alle målte verdier for sensorene møtes her. Ved siden av å illustrere alle prosessverdier og grensene deres, oppretter programvaren for eksempel trendanalyser, som bidrar til å optimalisere produksjonsprosessen.
Mikael Alm forklarer: Det er veldig viktig for oss å forstå hva som skjer i produksjonsprosessen. Produktene våre er svært dyre, og vi må kunne gjøre forbedringer når prosessene ikke er helt sanne. Vi kan bruke de innsamlede dataene fra SMARTOBSERVER i vårt eget analyseverktøy, og dermed gjøre presise vurderinger og handle deretter." Den omfattende alarmstyringen av ifm-programvaren tillater tilstandsbasert vedlikehold av maskinene.
For åpenhet og optimalisering: SMARTOBSERVER-programvaren samler inn, visualiserer og analyserer alle sensordata
Avslutning
Ved hjelp av sensorer og SMARTOBSERVER kan maskinverktøy overvåkes automatisk og pålitelig. Feil oppdages i tide og vedlikeholdsoperasjonen er kalkulerbar og tilstandsbasert. Dette sparer ikke bare kostnader, men sikrer også maksimal tilgjengelighet og høyeste produktkvalitet.
Mikael Alms konklusjon: "I mange år jobbet jeg med denne typen vedlikehold, og det fungerer slik det skal. Den kombinerte løsningen av ifms sensorer og programvare vil hjelpe oss med å forstå og forbedre utstyret vårt i fremtiden slik det gjør nå. Ifm gir utmerket kundestøtte som alltid har hjulpet oss med å finne en løsning på problemene våre." Det tette samarbeidet med kunden gjenspeiles også i ifms slagord: "Ifm nær deg"