Преимущества автоматизированных систем брейкинга в современном производстве

Введение: Растущая роль автоматизации в резке металлов

Современное производство сталкивается с неустанным давлением, чтобы улучшить время цикла, уменьшить отходы и поддерживать жесткие допуски при управлении нехваткой рабочей силы. Автоматизация стала основным рычагом для достижения этих целей, и брошинг - высокоэффективный, но традиционно ручной процесс обработки - не является исключением. Автоматизированные системы брошинга сочетают врожденную скорость и точность процесса брошинга с роботизированной обработкой материалов, компьютерным числовым контролем (CNC) и мониторингом в режиме реального времени. Результатом является постепенное изменение производительности и качества, которое меняет производственные линии в аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности. В этой статье исследуется, что такое автоматизированное брошинг, его ключевые преимущества, его влияние на конкретные отрасли, соображения реализации и будущее технологии умной брошинг.

Что такое автоматизированное брошь?

Брохинг — это субтрактивный процесс обработки, в котором используется многозубчатый режущий инструмент, называемый брош. Каждый последующий зуб на броше режет немного глубже, чем предыдущий, удаляя материал в одном проходе для создания точных внутренних или внешних форм, таких как клавиши, сплайны, зубья зубьев или квадратные отверстия. Ручная брошь требует от оператора загрузки заготовки, вовлекает брошь (часто с использованием гидравлического или механического пресса), а затем разгружает готовую деталь. В автоматизированной системе брошинга эти шаги выполняются роботизированными руками, автоматизированными конвейерами и брошинговыми машинами с ЧПУ.

Основные компоненты автоматической брейкинговой ячейки

Автоматическая прокладка может применяться как к внутренней (тяговой) прокладке, так и к внешней (поверхностной) прокладке. Прокладка прокладки является общей для создания внутренних шпили и ключевых путей, в то время как прокладка поверхности используется для плоских или контурных внешних функций на блоках двигателя, частях трансмиссии и турбинных дисках.

Основные преимущества автоматизированных систем брухинга

Переход от ручной к автоматизированной прошивке обеспечивает измеримые улучшения по нескольким производственным показателям. Ниже мы подробно рассмотрим каждое преимущество.

1.Повышенная точность и последовательность

Автоматизированные системы устраняют изменчивость, вносимую усталостью оператора, различными уровнями квалификации и ручной загрузкой деталей. При повторяемости ±0,05 мм или лучше, каждая заготовка расположена в одной ориентации относительно броши. В сочетании с сервоконтролируемыми скоростями подачи и мониторингом силы в реальном времени автоматизированная прошивка достигает допусков ±0,01 мм по критическим размерам, таким как диаметр шага и профиль зуба.

Например, в производстве автомобильных трансмиссий автоматизированная прошивка внутренних сплайнов гарантирует, что угол зацепления передач соответствует тысячам деталей. Эта консистенция снижает шум и вибрацию, продлевает срок службы трансмиссии и сводит к минимуму гарантийные требования. Согласно исследованию Общества инженеров-производителей (SME) , автоматизированная прошивка может уменьшить размерную вариацию на целых 60% по сравнению с ручными методами.

2. Более высокая производительность и пропускная способность

Ручная прокладка требует от оператора загрузки и разгрузки деталей, проверки каждого предмета и изменения инструментов при износе. Эти неразрезающие действия могут составлять 30-50% времени цикла. Автоматизация разрушает это потерянное время путем перекрывающихся операций: в то время как одна часть прокладывается, робот уже извлекает следующую прокладку и укладывает ее. Одна автоматизированная прокладка ячейки может выключать свет в течение нескольких часов или даже целых смен, резко увеличивая использование машины.

Во многих установках автоматизированные системы прокладки достигают циклов в 40-60% быстрее, чем эквивалентные ручные операции. Для компонентов большого объема, таких как рулевые костяшки или соединительные стержни, это приводит к десяткам тысяч дополнительных деталей в год. Ассоциация промышленной автоматизации сообщает, что производители, которые автоматизируют прокладку, часто видят возврат инвестиций в течение 12-18 месяцев, что в значительной степени обусловлено увеличением пропускной способности.

3. Повышение безопасности

Браконьерство включает в себя высокие силы, острые инструменты и горячие чипы. Ручная обработка подвергает операторов порезам, травмам от сдавливания и повторяющимся проблемам с напряжением. Автоматизированные ячейки охватывают опасную зону с защитой и блокировками; операторы взаимодействуют с системой только через интерфейс человека-машины (HMI) или во время обслуживания.

Кроме того, автоматизированная прошивка уменьшает необходимость для операторов входить в машину для извлечения деталей или прозрачных чипов. Это снижение прямого контакта с движущимися машинами и падающим мусором, как было показано, снижает регистрируемые показатели инцидентов на 70-80% на заводах, которые внедрили полную автоматизацию. Улучшения безопасности также способствуют снижению страховых взносов и меньшему количеству перерывов в производстве.

4. Экономия затрат на протяжении жизненного цикла продукта

В то время как первоначальные капитальные затраты на автоматизированную прокладку ячейки выше, чем на автономную машину — часто от 300 000 до 1 миллиона долларов в зависимости от сложности — общая стоимость владения в течение нескольких лет значительно ниже.

При учете этих сбережений срок окупаемости автоматизированных систем прокладки обычно составляет от 18 до 36 месяцев, в зависимости от объема производства и уровня рабочей силы.

5. Гибкость и быстрое изменение

Современные автоматизированные системы прошивки предназначены для быстрой реконфигурации. Когда новая конструкция детали требует другого профиля прокладки или шага, система может автоматически менять брошюры из интегрированного журнала инструментов. Программно-управляемое наращивание параметров подачи и скорости в сочетании с серво-управляемым позиционированием позволяют переключаться в минуты, а не часы.

Эта гибкость особенно ценна для производителей, которые производят семейства деталей (например, шестерни с разным количеством зубьев) или которые должны учитывать заказы на заказ. Одна автоматизированная ячейка может обрабатывать десятки вариаций деталей без какого-либо ручного вмешательства в программу робота или выбор броши. В результате, производство одной партии становится экономически целесообразным, согласуясь с тенденциями к массовой кастомизации и своевременному производству.

Влияние на современное производство в ключевых отраслях промышленности

Автоматизированная прошивка не является универсальным решением, но ее внедрение ускоряется в секторах, где точность, повторяемость и высокая пропускная способность имеют первостепенное значение.

аэрокосмическая

Аэрокосмические компоненты, такие как турбинные диски, детали шасси и структурные ребра, часто имеют сложные внутренние сплайны, серрации или клавиши, которые должны соответствовать строгим стандартам качества. Материалы - никелевые сплавы, титан и нержавеющие стали - трудно обрабатывать и требуют точных сил резки, чтобы избежать упрочнения работы. Автоматизированные прошивочные элементы, оснащенные обратной связью силы и адаптивным управлением, могут регулировать параметры резки в режиме реального времени, сохраняя целостность поверхности и предотвращая дорогостоящую переработку.

Например, ведущий аэрокосмический производитель модернизировал существующую тяговую прокладку с роботизированным погрузчиком и инспектированием зрения в процессе. Результатом стало сокращение на 50% времени цикла прокладки дисков турбины и на 90% ручного труда по проверке. Система также регистрировала данные о резке для каждой детали, обеспечивая прослеживаемость, требуемую правилами FAA и EASA.

автомобильный

Автомобильная промышленность еженедельно производит миллионы деталей, которые полагаются на прошивку: линии трансмиссии, зубцы рулевой стойки, соединительные штанги и тормозные суппортные слоты. Автоматизированные системы прокладки стали стандартом на заводах большого объема для двигателей и трансмиссий. Интегрируя прокладочные элементы с автоматизацией вверх и вниз по течению, производители достигают бесшовного потока материала.

Один крупный автопроизводитель сообщил, что переход от ручной к автоматической прокладке для его восьмиступенчатых внутренних линий автоматической коробки передач увеличил пропускную способность на 35%, уменьшив отход с 2,8% до 0,4%. Система работает 24/5 с одним оператором за смену, контролирующим три ячейки, по сравнению с предыдущей ручной установкой одного оператора на машину. В публикации FLT:0 Automotive Manufacturing Solutions в качестве ключевого активатора для перехода на компоненты приводной магистрали для электромобилей (EV), где точность еще более важна из-за более высоких нагрузок RPM и крутящего момента.

Медицинские приборы

В производстве медицинских изделий такие детали, как хирургические силовые установки, ортопедические головки имплантатов и ручки приборов, требуют поверхностей без заусениц и плотных допусков. Автоматизированная прошивка обеспечивает чистый, повторяемый процесс без необходимости проведения вторичных операций по отсрочке. Закрытая среда также поддерживает соблюдение требований чистой комнаты. Один производитель ортопедии использует многостанционную автоматизированную прошивку клеток для производства бедренных протезов для имплантатов бедра, достигая Cpk 1,67 или лучше на критических профилях зубов. Система работает с минимальным вмешательством оператора, снижая риск загрязнения от контакта с человеком.

Тяжелое оборудование и внедорожные транспортные средства

Строительная и сельскохозяйственная техника опирается на крупные прорезанные детали для гидравлических насосных шпили, приводных валов и конечных приводных шестерен. Автоматизированные прокладочные системы с роботами высокой емкости и сверхмощными машинами могут обрабатывать детали весом более 100 кг. Консистенция, обеспечиваемая автоматизацией, гарантирует, что эти компоненты выдерживают высокие нагрузки и экстремальные условия эксплуатации без преждевременного выхода из строя.

Рассмотрение осуществления

Принятие автоматизированного прокладки требует тщательного планирования. Производители должны оценить следующие факторы, прежде чем инвестировать.

Часть томов и миксов

Автоматизация наиболее оправдана при производстве тысяч деталей в год. При очень низких объемах (сотни в год) капитальные затраты не могут быть окуплены. Однако, если существуют семейства деталей с аналогичной геометрией, гибкая ячейка может быть амортизирована по нескольким линиям продукции. Анализ объема должен включать прогнозируемый спрос в течение следующих пяти лет.

Обработка заготовок и фиксация

Роботизированные захваты должны надежно удерживать детали с минимальным отклонением. Для сложных геометрий может потребоваться индивидуальная фиксация. Части должны быть представлены в последовательной ориентации; процессы вверх по течению (например, поворот, ковка) могут потребоваться для обеспечения функций роботизированного захвата и определения местоположения.

Машинный выбор

Не все машины для прокладки мостов готовы к автоматизации. Новые машины для прокладки с ЧПУ предлагают интерфейсы Ethernet, программируемые оси и опции поддонов-шаттлов, которые упрощают интеграцию. Возможна модернизация старых гидравлических прокладок с автоматизацией, но часто менее рентабельна из-за более медленного времени цикла и ограниченных возможностей управления.

Обучение и поддержка

Операторы и обслуживающий персонал нуждаются в обучении программированию роботов, мониторингу броши и восстановлению неисправностей. Многие поставщики автоматизации предлагают обучение на месте и дистанционную диагностику. Компании должны выделять бюджет на период увеличения от 3 до 6 месяцев, в течение которого производство постепенно достигает целевых уровней.

Программное обеспечение и связь

Автоматизированные прошивочные ячейки генерируют огромные объемы данных процесса. Интеграция этих данных с системой производственного исполнения (MES) или системой планирования ресурсов предприятия (ERP) позволяет в режиме реального времени отслеживать использование машины, срок службы инструмента и показатели качества. Связь с промышленностью 4.0 является средством для непрерывного улучшения.

Будущие тенденции в автоматизированном брошинге

Траектория развития технологии тесно связана с более широкими тенденциями в цифровом производстве и искусственном интеллекте.

Оптимизация процессов на основе ИИ

Алгоритмы машинного обучения могут анализировать исторические данные о резке - силы, вибрации, температуру и износ инструмента - для рекомендации оптимальных скоростей подачи и геометрии броши. В будущем ИИ может автоматически регулировать параметры резки в реальном времени на основе обратной связи с датчиками, компенсируя изменения материала и продлевая срок службы инструмента. Исследования в программе Мичиганского университета по производству броши показали, что модели ИИ могут прогнозировать модели износа броши с точностью 90%, позволяя изменять инструменты на основе условий, а не фиксированные интервалы.

Цифровые близнецы и симуляция

Перед тем, как вырезать одну часть, производители могут смоделировать весь процесс прокладки - удаление материала, поток чипов, пути роботов и силы зажима - с использованием цифрового двойника. Это сокращает время ввода в эксплуатацию и помогает выявлять такие проблемы, как столкновение инструментов или чрезмерное отклонение. По мере развития технологии цифрового двойника станет стандартной практикой проверки новых программ прокладки в автономном режиме, сводя к минимуму время простоя во время переключения.

Гибридные системы

Некоторые автоматизированные системы прокладки следующего поколения включают в себя возможности аддитивного производства, такие как лазерная облицовка, для ремонта изношенных зубьев прокладки на месте. Этот подход «ремонт по мере продвижения» резко снижает затраты на оснастку для дорогостоящих прокладок большого диаметра. Гибридные системы, которые сочетают прокладку с другими процессами (например, прокладка и перегрузка на одной станции), также появляются, что еще больше укрепляет этапы обработки.

Большая интеграция с автономным потоком материалов

Поскольку заводы используют автономных мобильных роботов (AMR) и автоматизированные системы хранения и поиска, автоматизированные прошивочные ячейки станут узлами в полностью самоуправляемой производственной сети. Части будут доставлены AMR непосредственно в ячейку, а готовые части будут транспортироваться на инспекционные станции без какого-либо вмешательства человека. Это видение выключения света уже пилотируется на ведущих автомобильных и аэрокосмических заводах.

Заключение

Автоматизированные системы прокладки представляют собой значительный скачок вперед в производственных возможностях. Они обеспечивают высокую точность, пропускную способность и безопасность, которые требуются современным конкурентоспособным отраслям, а также предлагают гибкость для адаптации к изменяющимся сочетаниям продуктов. Хотя первоначальные инвестиции являются существенными, сочетание экономии рабочей силы, сокращения лома, продления срока службы инструмента и увеличения использования машины дает убедительный возврат инвестиций для приложений большого объема.

По мере того, как искусственный интеллект, цифровые двойники и автономный материальный поток станут мейнстримом, автоматизированное прокладывание будет развиваться в еще более интеллектуальный и самооптимизирующийся процесс. Производители, которые инвестируют в эту технологию сегодня, позиционируют себя, чтобы процветать в будущем, где скорость, качество и экономическая эффективность не подлежат обсуждению. Интегрируя автоматизированное прокладывание в свои производственные линии, они не только улучшают текущие операции, но и создают основу для заводов завтрашнего дня.

Для дальнейшего чтения спецификаций и лучших практик автоматизации прошивки, проконсультируйтесь с ресурсами из Общества инженеров-производителей и Американского общества инженеров-механиков .