自動成形

ファウンドリは、高品質、無駄の削減、稼働時間の最大化、コストの最小化という長期目標を達成するために、データドリブンのプロセス自動化をますます導入しています。注湯プロセスと成形プロセス (シームレス鋳造) の完全に統合されたデジタル同期は、ジャストインタイム生産、サイクル タイムの短縮、モデル変更の頻度の増加といった課題に直面している鋳造工場にとって特に価値があります。シームレスに連携する自動成形および鋳造システムにより、鋳造プロセスが高速化され、高品質の部品がより安定して生産されます。自動注入プロセスには、注入温度の監視、接種材料の供給、各金型のチェックが含まれます。これにより、各鋳造品の品質が向上し、スクラップ率が減少します。この包括的な自動化により、長年の専門経験を持つオペレーターの必要性も軽減されます。また、全体的に作業員が少なくなるため、作業の安全性も高まります。このビジョンは未来のビジョンではありません。これが今起きています。ファウンドリオートメーションやロボティクス、データ収集と分析などのツールは数十年にわたって進化してきましたが、最近では、手頃な価格の高性能コンピューティングや高度なインダストリー 4.0 ネットワークセンサーと互換性のある制御システムの開発により、進歩が加速しています。ソリューションとパートナーにより、ファウンドリはより野心的なプロジェクトをサポートするための堅牢でインテリジェントなインフラストラクチャを作成できるようになり、これまで独立していた複数のサブプロセスを統合して取り組みを調整できるようになりました。これらの自動化された統合システムによって収集されたプロセス データを保存および分析することにより、データ主導型の継続的改善の好循環への扉も開きます。ファウンドリは、履歴データを調べてプロセスパラメータとプロセス結果との相関関係を見つけることにより、プロセスパラメータを収集および分析できます。自動化されたプロセスは、分析によって特定された改善点を徹底的かつ迅速にテスト、検証し、可能な場合は実装できる透明な環境を提供します。
シームレス成形の課題 ジャストインタイム生産の傾向により、DISAMATIC® 成形ラインを使用する顧客は、小バッチ間で頻繁にモデルを変更する必要があることがよくあります。DISA の自動パウダー チェンジャー (APC) やクイック パウダー チェンジャー (QPC) などの機器を使用すると、テンプレートはわずか 1 分で交換できます。高速のパターン変更が発生すると、プロセスのボトルネックが注湯側に移る傾向があります。これは、パターン変更後に注湯するためにタンディッシュを手動で移動するのに必要な時間です。シームレス鋳造は、鋳造プロセスのこのステップを改善する最良の方法です。鋳造はすでに部分的に自動化されていることが多いですが、完全自動化には、考えられるすべての動作状況で完全に同期して動作するように、成形ラインと充填装置の制御システムをシームレスに統合する必要があります。これを確実に達成するには、注入ユニットは次の金型を安全に注入できる場所を正確に把握し、必要に応じて充填ユニットの位置を調整する必要があります。同一金型の安定した生産工程で効率的な自動充填を実現することは、それほど難しいことではありません。新しい金型が作成されるたびに、金型コラムは同じ距離 (金型の厚さ) だけ移動します。このようにして、充填ユニットは同じ位置に留まり、生産ラインが停止した後も次の空の金型に充填できるようになります。砂の圧縮率の変化による型の厚さの変化を補償するには、注入位置をわずかに調整するだけで済みます。最近では、一貫した生産中に注湯位置をより一定に保つことができる新しい成形ライン機能のおかげで、これらの微調整の必要性がさらに減少しました。各注入が完了すると、成形ラインが再び 1 ストローク移動し、次の空の金型を所定の位置に配置して次の注入を開始します。これが起こっている間、充填装置に再充填することができます。モデルを変更すると金型の厚みが変わる場合があり、複雑な自動化が必要になります。サンドボックスの高さが固定されている水平サンドボックスプロセスとは異なり、垂直 DISAMATIC® プロセスでは、砂と鉄の比率を一定に維持し、高さを考慮して、モデルの各セットに必要な正確な厚さに金型の厚さを調整できます。モデルの。これは最適な鋳造品質とリソース利用を確保する上で大きな利点ですが、金型の厚さが変化すると自動鋳造制御がより困難になります。モデル変更後、DISAMATIC® 機械は同じ厚さの次のバッチの金型の生産を開始しますが、ライン上の充填機は依然として、金型の厚さが異なる可能性がある以前のモデルの金型を充填します。これに対処するには、成形ラインと充填プラントが 1 つの同期システムとしてシームレスに動作し、ある厚さの金型を製造し、別の厚さの金型を安全に注入する必要があります。パターン変更後もシームレス注湯。パターン変更後、各成形機間で残った金型の厚みは変わりません。以前のモデルで作られた注湯ユニットは同じですが、成形機から出てくる新しい型は厚くなったり薄くなったりするため、ストリング全体が各サイクルで異なる距離、つまり新しい型の厚さまで前進する可能性があります。これは、成形機のストロークごとに、シームレス鋳造システムが次の鋳造に備えて鋳造位置を調整する必要があることを意味します。前のバッチの金型を注入した後、金型の厚さは再び一定になり、安定した生産が再開されます。たとえば、以前に注湯されていた厚さ 200 mm の金型ではなく、新しい金型の厚さが 150 mm である場合、正しい注湯位置にするには、注湯装置が成形機のストロークごとに成形機に向かって 50 mm 後方に移動する必要があります。。鋳型カラムの移動が停止したときに注湯プラントが注湯の準備をできるようにするには、充填プラントのコントローラは、どの金型に注ぐのか、いつ、どこに注湯エリアに到着するのかを正確に把握する必要があります。薄い鋳型を鋳造しながら厚い鋳型を製造する新しいモデルを使用すると、システムは 1 サイクルで 2 つの鋳型を鋳造できるはずです。たとえば、直径 400 mm の金型を作成し、直径 200 mm の金型を注湯する場合、金型を作成するたびに注湯装置を成形機から 200 mm 離す必要があります。ある時点で、400 mm のストロークにより、2 つの未充填の直径 200 mm の型が注入可能領域の外に押し出されます。この場合、成形機は、充填装置が 2 つの 200 mm 金型への注入を完了するまで待機してから、次のストロークに進む必要があります。または、薄い型を作成する場合、注入者は厚い型を流し込みながら、サイクル内で流し込みを完全にスキップできなければなりません。たとえば、直径 200mm の型を作成し、直径 400mm の型を注ぐ場合、注湯領域に新しい直径 400mm の型を配置すると、直径 200mm の型を 2 つ作成する必要があります。前述したように、トラブルのない自動注湯を実現する統合成形・注湯システムに必要な追跡、計算、データ交換は、これまで多くの装置サプライヤーにとって課題となっていました。しかし、最新の機械、デジタル システム、ベスト プラクティスのおかげで、最小限のセットアップでシームレスな注出を迅速に実現できます (そして実際に実現されています)。主な要件は、プロセスの何らかの形式の「アカウンティング」であり、各フォームの場所に関する情報をリアルタイムで提供します。DISA の Monitizer®|CIM (Computer Integrated Module) システムは、作成された各金型を記録し、生産ライン全体での動きを追跡することでこの目標を達成します。プロセス タイマーとして、生産ライン上の各金型とそのノズルの位置を毎秒計算する一連のタイムスタンプ付きデータ ストリームを生成します。必要に応じて、充填プラント制御システムや他のシステムとリアルタイムでデータを交換し、正確な同期を実現します。DISA システムは、CIM データベースから金型ごとに重要なデータ (金型の厚さ、注湯の可否など) を抽出し、充填プラントの制御システムに送信します。この正確なデータ (金型の押し出し後に生成される) を使用すると、注入者は金型が到着する前に注入アセンブリを正しい位置に移動し、金型が動いている間にストッパー ロッドを開け始めることができます。鋳型は、鋳込み工場から鉄を受け取るのに間に合うように到着します。この理想的なタイミングは非常に重要です。つまり、溶湯が正確に注ぎカップに到達します。注湯時間は一般的な生産性のボトルネックであり、注湯開始のタイミングを完璧に合わせることで、サイクル時間を数十分 1 秒短縮できます。DISA 成形システムは、現在の金型サイズや射出圧力などの関連データや、砂の圧縮率などのより広範なプロセス データも成形機から Monitizer®|CIM に転送します。次に、Monitizer®|CIM は、注入温度、注入時間、注入および接種プロセスの成功など、各金型の品質に重要なパラメータを充填プラントから受信して保存します。これにより、個々のフォームを不良としてマークし、振盪システムで混合する前に分離することができます。Monitizer®|CIM は、成形機、成形ライン、鋳造の自動化に加えて、取得、保管、レポート、分析のためのインダストリー 4.0 準拠のフレームワークを提供します。ファウンドリ管理者は詳細なレポートを表示し、データをドリルダウンして品質問題を追跡し、潜在的な改善を推進できます。オルトランダーのシームレスな鋳造体験 オルトランダー・アイゼンヒュッテは、自動車部品、頑丈な薪ストーブやインフラ、一般機械部品向けの中量級高品質鉄鋳物の生産を専門とするドイツの家族経営の鋳物工場です。この鋳造工場はねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、圧縮黒鉛鋳鉄を生産しており、週 5 日 2 交代で稼働し、年間約 27,000 トンの高品質鋳物を生産しています。オートランダーは 4 台の 6 トン誘導溶解炉と 3 台の DISA 成形ラインを稼働し、1 日あたり約 100 トンの鋳物を生産しています。これには 1 時間の短い本番稼働が含まれますが、重要なクライアントの場合はそれより短い場合もあるため、テンプレートを頻繁に変更する必要があります。品質と効率を最適化するために、CEO の Bernd H. Williams-Book は自動化と分析の実装に多大なリソースを投資しました。最初のステップは、鉄の溶解と注入プロセスを自動化し、3D レーザー技術、インキュベーション、温度制御を含む最新の pourTECH システムを使用して 3 つの既存の鋳造炉をアップグレードすることでした。炉、成形、鋳造ラインは現在、デジタル制御および同期されており、ほぼ完全に自動で動作します。成形機のモデルが変更されると、PourTECH 注ぐコントローラーは DISA Monitizer®|CIM システムに新しい金型の寸法を問い合わせます。DISA データに基づいて、打設コントローラは打設ごとに打設ノードを配置する場所を計算します。最初の新しい金型がいつ充填プラントに到着するかを正確に認識し、自動的に新しい注入シーケンスに切り替わります。ジグがストロークの終端に到達すると、DISAMATIC® 機械は停止し、ジグは自動的に戻ります。最初の新しい金型が機械から取り外されると、オペレーターに警告が表示され、金型が正しい位置にあることを視覚的に確認できます。シームレス鋳造の利点 従来の手鋳造プロセスやそれほど複雑ではない自動化システムでは、モデル変更中に生産時間のロスが生じる可能性があり、これは成形機で金型を急速に変更する場合でも避けられません。注湯機と注型金型を手動でリセットすると時間がかかり、より多くのオペレーターが必要となり、フレアなどのエラーが発生しやすくなります。オートランダー氏は、手作業で瓶詰めを行っていると、最終的に従業員が疲れて集中力を失い、仕事をサボるなどのミスを犯すことに気づきました。成形と注入をシームレスに統合することで、無駄やダウンタイムを削減しながら、より迅速で一貫性のある高品質のプロセスが可能になります。オルトランダーでは、自動充填により、機種変更時の充填ユニットの位置調整に必要だった3分が不要になります。ウィリアムズブック氏によると、以前は変換プロセス全体に 4.5 分かかっていたという。今日は2分未満です。シフトごとに 8 から 12 のモデルを変更することで、オルトランダーの従業員は 1 シフトあたり約 30 分を費やすことができ、以前の半分になります。一貫性が向上し、プロセスを継続的に最適化できるため、品質が向上します。オートランダーはシームレス鋳造を導入することで廃棄物を約 20% 削減しました。機種変更時のダウンタイムが削減されるほか、成形・注湯ライン全体の作業員が従来の3人から2人に減ります。一部のシフトでは、3 人で 2 つの完全な生産ラインを操作できます。これらの作業員が行うことのほとんどはモニタリングです。次のモデルの選択、砂の混合物の管理、溶融物の輸送以外には、手作業による作業はほとんどありません。もう 1 つの利点は、見つけるのが難しい経験豊富な従業員の必要性が軽減されることです。自動化にはオペレーターのトレーニングが必要ですが、ユーザーは適切な意思決定を行うために必要な重要なプロセス情報を得ることができます。将来的には、すべての決定を機械が行うようになるかもしれません。シームレス鋳造から得られるデータの恩恵 プロセスを改善しようとするとき、鋳造工場はよく「同じことを同じ方法でやっているが、結果は異なる」と言います。そこで、同じ温度とレベルで 10 秒間キャストしますが、良いキャストもあれば悪いキャストもあります。自動センサーを追加し、各プロセスパラメータのタイムスタンプ付きデータを収集し、結果を監視することにより、統合されたシームレス鋳造システムは関連するプロセスデータのチェーンを作成し、品質が低下し始めた場合の根本原因の特定を容易にします。たとえば、ブレーキ ディスクのバッチに予期しない異物が発生した場合、管理者はパラメータが許容範囲内であることをすぐに確認できます。成形機、鋳造プラント、および炉や砂混合機などのその他の機能のコントローラーが連携して動作するため、それらが生成するデータを分析して、砂の特性から鋳物の最終表面品質に至るまで、プロセス全体の関係を特定できます。考えられる例の 1 つは、注湯レベルと温度が個々のモデルの金型充填にどのように影響するかです。結果として得られるデータベースは、機械学習や人工知能 (AI) などの自動分析技術を将来的に使用してプロセスを最適化するための基礎も築きます。Ortrader は、マシン インターフェイス、センサー測定、テスト サンプルを通じてプロセス データをリアルタイムで収集します。各金型鋳造ごとに、約 1,000 のパラメータが収集されます。以前は、各注湯に必要な時間を記録するだけでしたが、現在は注湯ノズルのレベルが毎秒正確に把握できるため、経験豊富な担当者は、このパラメータが他の指標や鋳物の最終品質にどのような影響を与えるかを調べることができます。金型への充填中に注入ノズルから液体が排出されますか、それとも充填中に注入ノズルがほぼ一定のレベルまで満たされますか?オートランダーは年間 300 万から 500 万個の金型を生産し、膨大な量のデータを収集しています。Ortrader は、品質上の問題が発生した場合に備えて、各注入の複数の画像を pourTECH データベースに保存しています。これらの画像を自動的に評価する方法を見つけることが将来の目標です。結論。自動成形と注入を同時に行うことで、プロセスが高速化され、品質がより安定し、廃棄物が削減されます。スムーズな鋳造と自動パターン変更により、生産ラインは効果的に自律的に動作し、手作業は最小限で済みます。オペレーターが監視の役割を担うため、人員が少なくて済みます。シームレス鋳造は現在、世界中の多くの場所で使用されており、現代のすべての鋳造工場に適用できます。各鋳造工場では、そのニーズに合わせてわずかに異なるソリューションが必要になりますが、それを実装するためのテクノロジーは十分に実証されており、現在 DISA とそのパートナーである pour-tech AB から入手可能であり、多くの作業は必要ありません。カスタム作業を実行できます。ファウンドリにおける人工知能とインテリジェント オートメーションの使用増加はまだテスト段階にありますが、ファウンドリと OEM が今後 2 ～ 3 年でより多くのデータと追加の経験を収集するにつれて、自動化への移行は大幅に加速されるでしょう。このソリューションは現時点ではオプションですが、データ インテリジェンスはプロセスを最適化し、収益性を向上させる最良の方法であるため、自動化とデータ収集の強化は実験的なプロジェクトではなく標準的な手法になりつつあります。かつて、鋳造工場の最大の資産はそのモデルと従業員の経験でした。シームレス鋳造が自動化の強化とインダストリー 4.0 システムと組み合わされた今、データは急速に鋳造工場の成功の 3 番目の柱になりつつあります。
—この記事の作成中にコメントを寄せてくださった pour-tech および Ortrander Eyesenhütte に心より感謝いたします。
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