Experimentarea valorii adăugate a producției interconectate. De la Machine 4.0 până la interacțiunea om - robot

Masini-Unelte

de Institutul Fraunhofer pentru Tehnologia Laserului ILT

Experimentarea valorii adăugate a producției interconectate. De la Machine 4.0 până la interacțiunea om - robot

Digitalizarea este introdusă în procesul de fabricare – mașinile vor deveni inteligente, vor fi conectate între ele și vor funcționa autonom. Totuși, mulți producători nu știu la ce să se aștepte: cum va funcționa această nouă conectivitate? Care vor fi beneficiile sale specifice? Cercetătorii de la Fraunhofer IWU răspund acestor întrebări folosind o presă de ștanțare în miniatură și replica sa digitală. La Hannover Messe, au demonstrat posibilitățile pe care le oferă digitalizarea în domeniul fabricației, sub titlul „Touching, Experiencing, Utilizing”: accentul fiind pus pe siguranța interacțiunii dintre om și robot, care a fost deja implementată la nivel industrial.

Viața fără un telefon inteligent? Astăzi, acest lucru este aproape de neconceput pentru mulți oameni. Cum ții legătura cu prietenii când nu ești acasă? Și cum afli când vine următorul autobuz? Sau cum verifi ci trafi cul de pe autostradă? Într-o lume industrializată, rolul digitalizării este și acela de a anunța schimbările majore. Este un proces, deja, în plină desfășurare în anumite sectoare de afaceri, precum și în societate în ansamblu. Totuși, în domeniul producției, multor companii nu le este clar ce va însemna acest lucru pentru operațiunile lor zilnice. Lucrul nu este chiar surprinzător. Până la urmă, companiile producătoare se pricep la procesul de fabricație, dar nu neapărat la IT.

Creşterea disponibilităţii maşinilor, prelungirea duratei de exploatare Institutul Fraunhofer pentru mașini-unelte și tehnologia de ștanțare IWU a prezentat la Hanovra conceptul Machine 4.0. Printr-o demonstrație la fața locului, care a inclus o presă de ștanțare în miniatură complet operațională și replica sa digitală, s-a demonstrat cum poate avea un succes deosebit procesul de fabricare cu ajutorul digitizării. „Demonstrând funcționalitatea Machine 4.0, arătăm că proiectul nostru de cercetare Press Plant 4.0, pe care l-am prezentat virtual la HMI acum doi ani, a devenit realitate”, a spus prof. Matthias PUTZ, director la Fraunhofer IWU. Având o înălțime de doi metri și cântărind 1,5 tone metrice, presa de ștanțare în miniatură funcționează cu o forță de 15 tone metrice de ștanțare, ambutisare și tăiere la dimensiune a tuturor tipurilor de componente. Nu este ceva nou. Accentul cade pe avantajele oferite de digitalizare pentru acest tip de prelucrare: asigură monitorizarea continuă a procesului, a mașinii și a sculei însăși. Acest lucru oferă, la rândul său, posibilitatea unor creșteri substanțiale ale disponibilității mașinilor și ale duratei de exploatare, precum și reducerea semnificativă a duratei de reglare a sculei.

Senzori reali şi virtuali

Senzorii montați pe diferite părți ale presei de ștanțare în miniatură măsoară diferite variabile, cum ar fi forțele, traiectoriile de prelucrare și coeficienții de dilatare. Concret, aceasta înseamnă că mașina se monitorizează singură. În loc să fie analizate separat - așa cum se obișnuiește - datele se introduc într-un modul software cu numele Smart Stamp. Acest lucru generează o replică digitală a presei de ștanțare, adică un frate geamăn virtual, care a putut fi văzut, de asemenea, la standul Grupului de Producție Fraunhofer și abordează în detaliu subiectul monitorizării condiționate. Aici, datele sunt prelucrate și analizate. Funcționează presa în intervalul de valori normale? Sau berbecul, pe care este montată scula superioară, este ușor înclinat astfel încât piesa de prelucrat să nu fie deformată în mod adecvat, sau scula se uzează mai repede?

„Adesea, datele senzorilor din surse discrete nu sunt foarte semnificative, dar prelucrarea datelor ne oferă un răspuns precis pentru astfel de întrebări”, a explicat dr. Tino LANGER, director de departament al „Smart Factory” la Fraunhofer IWU. Diferite soluții de vizualizare oferă operatorilor mașinilor datele relevante despre procesul de producție. Aceste soluții pot include utilizarea tehnologiilor intuitive pentru realitatea augmentată (îmbunătățită) (RA) și realitatea virtuală (RV). Astfel, vizitatorii pot vedea toate informațiile importante despre starea curentă a Machine 4.0 pe o tabletă care poate fi amplasată în orice poziție în fața presei de ștanțare - lumea reală se contopește cu cea virtuală.

Totuși, montarea senzorilor în anumite zone ale presei nu este practică, fie din motive de inaccesibilitate, fie pentru că instalarea ar fi prea complicată și costisitoare. Acest lucru poate duce la lacune critice ale datelor referitoare la procesul de producție sau la echipamentul de producție. Însă cercetătorii de la Fraunhofer au găsit o soluție și în acest caz: senzori virtuali, care exploatează valorile furnizate de senzorii reali montați în locuri diferite pe mașină. Pe baza acestor date, un algoritm calculează valoarea pe care ar fi furnizat-o un senzor real, dacă ar fi instalat într-un loc relevant, dar inaccesibil. Acest tip de senzor virtual descrie foarte bine nivelul de încovoiere în structura presei, de exemplu. „În proiectul UE iMain, am demonstrat că valorile calculate cu ajutorul senzorului nostru virtual sunt foarte apropiate de cele ale unui senzor real”, a spus Langer.

 Abordarea în fluxuri tehnologice

Conceptul Machine 4.0 implică abordarea în termenii unui flux tehnologic. La începutul fluxului tehnologic se analizează materialul care va fi prelucrat, deoarece proprietățile materialu­lui, cum ar fi grosimea sau rezistența, pot diferi. La Hannover Messe, modulul demonstrativ al presei de ștanțare în miniatură scanează în timp real banda metalică introdusă. Ulterior se structurează în elementele verificării: Machine 4.0 detectează diferiți parametri ai materialului care, la rândul lor, influențează procesul și îl reproduce în replica virtuală. Scula conține și senzori integrați ale căror date sunt transferate către sistemul de evaluare. Împreună cu datele mașinii și proprietățile materialului, procesul poate fi proiectat în mod mai transparent cu ajutorul acestei metode. Totuși, datele utilizate pot fi accesate doar local, dar sunt disponibile și global, deoarece sunt stocate într-un cloud de date de înaltă securitate denumit Virtual Fort Knox (VFK), care a fost dezvoltat în comun de câteva institute Fraunhofer. Astfel, o presă care nu a analizat materialele folosite poate integra parametrii materialelor în procesul său de pro­ducție prin accesarea VFK. Standul principal Fraunhofer a expus VFK ca exponat individual în vecinătate directă cu Machine 4.0. Datele au fost transferate către cloud la fața locului și în timp real.

Dacă presa în miniatură nu ar fi fost expusă la stand la Hannover Messe, piesa finită nu ar fi supusă controlului de calitate prin intermediul analizei imaginii cu ajutorul XEIDANA, un software pentru asigurarea calității care a fost dezvoltat, de asemenea, de Fraunhofer IWU. „Verificăm proprietățile materialului, parame­trii de deformare, alte proprietăți ale presei și calitatea produsului în mod global,” a spus Langer pe scurt. „Și pe viitor, dorim să putem introduce aceste informații în modulul de comandă al mașinii”.

Diferiți producători din industria autove­hiculelor folosesc deja elemente individuale ale conceptului Machine 4.0. Și, în procesul ulte­rior de dezvoltare, cercetătorii caută modalități de utilizare a datelor senzorului pentru produse prelucrate într-un flux tehnologic. În acest mod, dacă piesa finită prezintă defecte de cali­tate, este posibilă detectarea sursei problemei și luarea imediată de măsuri.

Colegul robot cu funcţionare în regim greu: interacţiunea om-robot în aplicaţiile Industriale

După ce piesele au fost fabricate la calitate optimă cu ajutorul tehnologiilor digitale, aces­tea pot fi combinate în grupuri de ansambluri. Până acum, această sarcină a fost efectuată de roboți cu funcționare în regim greu, în spații de lucru specifice, care au fost închise complet din motive de siguranță, „blocând”, astfel, oamenii.

Datorită studiilor efectuate de savanții de la Fraunhofer IWU, se va renunța în curând la aceste incinte. Acest lucru va permite oameni­lor și roboților cu funcționare în regim greu să lucreze în echipă mai eficient și, mai ales, mai flexibil. Soluția constă într-un concept de sigu­ranță diferențiat, care definește diferite niveluri de interacțiune: cu cât interacțiunea este mai apropiată (intimă), cu atât regulile de siguranță sunt de un nivel mai ridicat și mai stricte. Deși acest concept a fost folosit numai în structurile pentru testare ale Fraunhofer IWU la Hannover Messe 2017, acum a pătruns în realitatea indus­trială: un producător de instalații sanitare din regiunea Munților Ore din Saxonia folosește acest concept pentru a nu lăsa lucrările grele pe seama angajaților. Cei patru colegi din oțel așază cadrele din oțel greu pe structurile de transport. Ca urmare, durata ciclului din fabrică s-a redus cu 50 de procente, iar aspectele ergo­nomice au fost îmbunătățite considerabil.

Vizitatorii de la Hannover Messe au putut vedea convingătorul concept de siguranță la standul Grupului de Producție Fraunhofer și la standul Ministerului Federal pentru Afaceri Economice și Energie. Cu ajutorul realității virtuale, vizitatorii au putut intra în fabrica producătorului de instalații sanitare pentru a interacționa cu colegul robot cu funcționare în regim greu.

Componente adaptronice (sisteme mecanice autoreglabile) pentru producţia viitoare

Savanții au expus alte câteva exemple de tehnologie de producție inteligentă la standul Fraunhofer Adaptronics Alliance, cum ar fi, de exemplu, concepte de transfer de energie fără fir, concepte de materiale plastice com­pozite care își pot modifica forma și un sistem de vibrații ultrasonice. Cel din urmă poate fi utilizat pentru prelucrarea materialelor plastice și ceramice armate, într-un mod care reduce uzura sculei cu până la 50 de procente, iar cheltuielile cu energia electrică, cu până la 40 de procente în comparație cu procesele con­venționale.

De peste 25 de ani Institutul Fraunhofer pentru mașini-unelte și tehno­logia de deformare IWU a întreprins cu succes activități de cercetare și dezvoltare cu orientare spre aplicații în domeniul tehnologiei de pro­ducție în industria autovehiculelor și construcția de mașini. Institut de top în domeniul producției eficiente din punct de vedere al utilizării re­surselor, dezvoltă soluții împreună cu partenerii săi industriali și științi­fici pentru îmbunătățirea randamentului energiei și materialelor. Având peste 550 de ingineri și savanți cu înaltă calificare, Fraunhofer IWU este recunoscut ca unul dintre cele mai importante institute de cerceta­re și dezvoltare în domeniul tehnologiei de producție la nivel global. Competențele de cercetare din locațiile de la Chemnitz, Dresda și Zittau acoperă domenii de la mașinile-unelte, tehnologia de deformare, de îmbinare și de asamblare până la tehnologia de precizie și mecatronică, ges­tionarea producției și realitatea virtuală. (www.iwu.fraunhofer.de/en)


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord