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L'isola di pressocolata: la messa a punto e l'ottimizzazione del processo mediante il software modeFRONTIER

L'utilizzo di strumenti software di ultima generazione per la scelta automatica dei parametri ottimali di processo, rappresenta un'innovazione importante per la pressocolata. In questo lavoro si descrive l'applicazione del software modeFRONTIER per gestire sia aspetti operativi (quali la distribuzione delle commesse di produzione alle presse disponibili in reparto), sia aspetti legati all'ottimizzazione dei parametri di processo (quali il bilancio termico dello stampo per definire range di qualità del getto), arrivando a delineare scenari di integrazione fra monitoraggio dei parametri di processo, ottimizzatore, e retroazione sulla pressa per rientrare negli standard qualitativi di produzione.

L'automazione in un impianto produttivo è stata in passato, e sarà in futuro, obiettivo prioritario dell'industria moderna, al fine di elevare e garantire gli standard qualitativi del prodotto ed incrementare l'efficienza produttiva dei sistemi di trasformazione. Nel caso della fonderia, per conseguire l'automazione dell'impianto occorre che ogni singolo passo del ciclo produttivo possa essere controllato a logica programmabile (PLC) e cioè che la modularità e la ripetibilità delle azioni consentono l'adozione di dispositivi meccanizzati.
L'isola di pressocolata rappresenta senza ombra di dubbio l'impianto ideale per l'implementazione di funzioni specifiche, quali quelle logiche, di sequenziamento, di temporizzazione, di conteggio e calcolo per conseguire il controllo completo del processo e del prodotto.

I sistemi elettronici a funzionamento digitale sono oggi adottati con successo nelle singole aree dell'isola: la pressa, i robot di movimentazione, il braccio di lubrifica e soffiatura, presse di trancia, sistemi di finitura e dispositivi di sicurezza. Ogni area ha, però, un PLC diverso che deve essere integrato e sincronizzato con gli altri, ed occorre, quindi, che l'isola di pressocolata, che è un impianto unico, disponga di un sistema di controllo a livello superiore, di tipo aziendale.
Il software modeFRONTIER può interfacciarsi facilmente con i diversi sistemi di controllo locale, su singole macchine e processi, e divenire dunque un ‘controllore’ dell'isola nonché del parco produttivo e dell'intera fabbrica, per mettere a punto ed ottimizzare la produzione dei singoli prodotti e monitorare l'efficienza, l'economicità e la gestione delle commesse del sito produttivo. modeFRONTIER ha, infatti, tutte le funz ionalità necessarie, in quanto:

  • è in grado di connettere i sistemi di controllo locale, e di gestire la sequenza logica delle operazioni;
  • dispone di metodi per la progettazione degli esperimento (DoE);
  • offre una amplissima varietà di algoritmi per l'ottimizzazione multi-obiettivo;
  • consente di ricavare descrizioni di sintesi dei fenomeni (e relative influenze reciproche) attraverso superfici di risposta (RSM);
  • permette approcci, valutazioni, ed ottimizzazioni anche in senso statistico;
  • contiene metodi per il supporto della decisione, quali l'MCDM (Multi Criteria Decision Making).

DESCRIZIONE DEL FLUSSO DI GESTIONE DELL'ISOLA

La premessa all'uso di strumenti di controllo e ottimizzazione è che ogni operazione, attrezzatura, meccanismo dell'isola di pressocolata possano essere descritti da un insieme di dati logici e numerici che rappresentano in dettaglio il ciclo produttivo a partire dal metallo fuso sino al pezzo finito (fig. 1a).

La prima informazione relativa alla produzione nasce dalla richiesta del cliente con le specifiche geometriche e meccaniche che costituiscono i principali indici della commessa. Se si assume raggiunta l'ottimizzazione del binomio pressa-prodotto in termini di qualità del getto, elevata produttività e minimizzazione dei costi, il sistema installato su un server aziendale è in grado di acquisire l'elenco delle commesse da produrre e distribuirle sulle diverse isole in funzione del carico di lavoro, capacità della pressa e priorità interne ed esterne (fig. 1b). L'insieme pressa-prodotto, benché sia stato studiato in fase progettuale con l'uso di uno strumento di simulazione numerica deve ora passare all'applicazione pratica implicando la completa conoscenza delle reali (non simulate) potenzialità dell'impianto e la traduzione di tali nozioni in una routine numerica.

Il sistema di gestione deve conoscere le isole di pressocolata come dei 'figli' e quindi la fase di campionatura può essere sfruttata non solo per la produzione dei primi prototipi, ma anche per la fase di istruzione ed 'educazione'. Un adeguato set di parametri di processo (DoE - fig. 2a) e la conseguente acquisizione automatica degli output, tramite PLC, costituisce la base discreta per la costruzione delle cosiddette Superfici di Risposta (RSM) che rappresentano la versione numerica del processo produttivo reale. Sarà possibile dunque generare la RSM ottimale che racchiude in ogni punto il set di parametri ideali per la produzione, una per ogni obiettivo/indice di qualità che ci si ripropone, ma si potranno anche definire le RSM superiore ed inferiore dei limiti qualitativi del prodotto (fig. 2b). L'iperspazio continuo (non più discreto) delle variabili che risiedono all'interno dei limiti superiore e inferiore di qualità, vien e confrontato con i dati di produzione in 'real time' per una immediata valutazione del livello di qualità ed eventualmente lo scarto automatico del pezzo che non continuerà il suo percorso all'interno dell'isola o del circuito di finitura e confezionamento. Il set di superfici di risposta di modeFRONTIER sarà tanto più affidabile quanto più la campionatura istruttiva sarà svolta seguendo fedelmente il DoE definito.

Il monitoraggio della produzione archivierà e fornirà nuovi input per l'affinamento e l'aggiornamento delle RSM. Il sistema che verifica un errato set di parametri non deve generare solo lo scarto del pezzo ma anche una eventuale retroazione sulle variabili che sono la causa del problema al fine di rientrare nei range di qualità precedentemente stabiliti. Se, ad esempio, il getto presenta delle giunzioni fredde o mancati riempimenti, il software verificherà se i tempi e le velocità di iniezione sono cambiati o se lo stampo ha subito modifiche al bilancio termico e conseguentemente agirà sul sistema di iniezione o sulla centralina di termoregolazione e meccanismo di lubrificazione. La mole di commesse e relativi dati che si possono archiviare non ha limiti e pertanto si potrà utilizzare l'analisi statistica dei dati per decidere dei piani di manutenzione ordinaria e straordinaria, in relazione alla vita a fatica dei s ingolo componente o tassello delle strutture. Il flusso di lavoro e il corrispondente controllo di produzione può essere sintetizzato come segue:

  • acquisizione delle commesse dal sistema aziendale e distribuzione delle stesse sulle isole compatibili,
  • definizione della campionatura istruttiva (DoE) e generazione delle Superfici di Qualità (RSM),
  • analisi di sensività e correlazioni fra input ed output,
  • esportazione delle RSM in routine numeriche per il controllo della produzione,
  • monitoraggio della produzione ed eventuali retroazioni,
  • monitoraggio della produzione ed aggiornamento delle Superfici di Qualità,
  • analisi statistiche ed economiche della produzione.

 

 



1a) Flusso per il controllo dell'isola di pressocolata



1b) Acquisizione e distribuzione delle commesse



2a) Definizione degli esperimenti
per la campionatura



2b) Controllo della qualità
ed eventuale retroazione

Per maggiori informazioni:

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