رباتیک

تجربه ­های اتوماسیون صنعتی برای کاهش ضایعات در آهنگری پودر

تجربه ­های اتوماسیون صنعتی برای کاهش ضایعات در آهنگری پودر

بکارگیری اتوماسیون صنعتی مزایای بسیاری از جمله کاهش ضایعات خط تولید را به ارمغان آورده است. تعیین دقیق گلوگاه­ های ضایعات، انتخاب گروه پروژه مناسب و پرهیز از طرح­ های پیچیده و بزرگ برای موارد کوچک، علاوه بر کاهش ضایعات، سرمایه ­گذاری اولیه و نگهداری تجهیزات اتوماسیون را بهینه می­ کند.

1. مقدمه

آلبرت آینشتاین بر این باور بود که اگر به ­طور دقیق به محیط پیرامون خود بنگریم، بدون ­تردید اتوماسیون بهترین هدیه از جانب خداوند است. در واقع، مزایای گوناگون حاصل از بکارگیری روش­ ها و ابزارهای اتوماسیون، بر این نظر آینشتاین مهر تأیید می­ زنند. افزایش ایمنی، کیفیت، انعطاف­ پذیری و بهره ­وری از اهداف اصلی قابل حصول در اجرای اتوماسیون هستند. در این رابطه، صنایع را می­ توان به عنوان بهترین مکان برای نصب و بکارگیری تجهیزات و ابزارهای خودکار دانست. هرگاه سامانه ­های کنترل و فناوری اطلاعات برای کاهش مداخله انسان در خط تولید به­ کار برده شوند، مفهوم اتوماسیون صنعتی محقق شده است. واژه­ «اتوماسیون» شامل تمام موضوعاتی مانند ابزاردقیق، کنترل، کنترل فرآیند و گردآوری و پردازش اطلاعات و امثال آنها است. افراد حرفه­ ای در زمینه اتوماسیون صنعتی وظیفه دارند که علاوه بر شناسایی نقاط مستعد، طراحی و بکارگیری سامانه­ های خودکار را انجام دهند.

2. متالورژی پودر

به­ عنوان یک تعریف ساده، متالورژی پودر به فرآیند فشردن پودر فلزی در قالب، برای ایجاد یک قطعه و سپس حرارت دادن آن در یک کوره با دما و اتمسفر تحت کنترل، برای ایجاد پیوند مستحکم بین ذرات پودر گفته می ­شود. فرآیند آهنگری پودر دارای یک مرحله­ فشردن اضافی است که پس از کوره انجام می­ گیرد و چگالی و استحکام قطعه افزایش می­ یابد. با توجه به این تعریف، از انواع دستگاه ­های پرس و کوره در کنار دیگر تجهیزات، حین تولید به روش متالورژی و آهنگری پودر استفاده می­ شود. در مطلب پیش­رو، تمرکز بر اتوماسیون جانبی برای دستگاه پرس بوده است.

به­ طور کلی، پرس دستگاهی برای تغییر شکل یک قطعه است. در مرحله ابتدایی متالورژی پودر، برای اعمال فشار و شکل دادن پودر در قالب ­های متحرک، از پرس استفاده می ­شود. این پرس را پرس کامپکت[1] می ­نامند. پس از پرس کامپکت، قطعه تولیدی به اندازه­ کافی مستحکم هست که جابجا شود، اما هنوز شکننده بوده و برای انجام وظیفه­ خود نرم است. بنابراین آن را به داخل یک کوره سینتریگ[2] می ­گذارند تا با یک حرارت بالا، باعث پیوند بین پودرها شده و استحکام آن را بالا ببرد. به پرسی که بعد از کوره برای فشردن قطعه داغ خارج ­شده استفاده می­ شود، پرس فورج[3] می­ گویند. این ساده­ ترین توضیح برای آشنایی با فرآیند متالورژی و آهنگری پودر است.

3. منابع ضایعات در متالورژی پودر

به ­طور کلی، کاهش ضایعات به محدود کردن نشتی­ ها و نواقص یک فرآیند اطلاق می­ گردد. وقتی صحبت از کاهش ضایعات در تولید به میان می ­آید، هدف کم کردن قطعات تولیدی معیوب در حین فرآیند است. بدین منظور، راهبردهای مدیریتی گوناگونی وجود دارد که یکی از آنها بهره­ گیری از اتوماسیون برای حذف دخالت انسانی در برخی گلوگاه­ ها است که در آنها احتمال بروز خطا و ایجاد ضایعات وجود دارد.

دو نقطه حساس در خط تولید آهنگری پودر وجود دارند که به دلیل جابجایی قطعه، احتمال خطای انسانی و ایجاد ضایعات زیاد است؛ یکی خروجی پرس کامپکت به ورودی کوره و دیگری خروجی کوره به روی میزکار پرس فورج. باید متذکر شد که نقش عامل انسانی در این دو نقطه بسیار مؤثر است. در اولی، قطعه پرس شده سفت است ولی اگر ضربه بخورد یا بیفتد، معیوب خواهد شد. در نقطه دوم، زمان تعیین ­کننده است و در کمتر از 5 ثانیه، باید قطعه داغ خروجی از کوره، به روی میزکار پرس فورج برسد تا معیوب نگردد. معمولاً انتقال قطعه از دستگاه توسط کاربر انسانی انجام می ­گیرد که شامل یک عمل برداشت و گذاشت[4] قطعه است. بنابراین مکانیزم­ های بردار و گذار می توانند نقش انسانی را کم کرده و از ضایعات احتمالی بکاهند. این موضوع فرصت بسیار خوبی برای متخصصان اتوماسیون برای نمایش توانمندی خود است!

بررسی یک نمونه می­ تواند اهمیت این کار را روشن کند. یک کوره با دمای 1120 درجه سانتیگراد را در نظر بگیرید. در انتهای خروجی کوره، قطعه داغ باید به سرعت برداشته شده و روی ماتریس در پرس فورج قرار گیرد. در واقع کاربر باید قطعه را با یک انبر بلند و سنگین از داخل تونل کوره برداشته و به روی قالب پرس قرار دهد. سپس بعد از عملکرد پرس، قطعه پرس ­شده را با همان انبر از روی قالب برداشته و روی تسمه نقاله بگذارد. تازه بعد از هر ضربه پرس، کاربر باید یک مایع روانکار گرافیتی، به داخل قالب اسپری کند. تصور کنید این کار در هر دقیقه سه مرتبه تکرار می ­شود و فعالیت پر ریسک و بسیار سختی است، زیرا باید در کنار یک کوره داغ انجام گیرد. این محیط و شرایط کاری می­ تواند باعث عدم تمرکز کاربر شده و علاوه بر ضایعات، ایمنی او را نیز به خطر بیاندازد. شکل 1 نشان­ دهنده­ مسیر انتقال قطعه در این کار در روش کاملاً دستی و با اتکا به کاربر است.

شکل 1. مسیر انتقال قطعه از کوره به پرس فورج و از پرس به تونل خنک­ کاری

 4. تجارب و درس­ های آموخته ­شده

در رابطه با سامانه­ های اتوماسیون، چند تجربه به صورت پروژه ­های کوچک در یکی از کارخانجات فعال در حوزه آهنگری پودر کشور انجام گرفت که تأثیر بسزایی در کاهش ضایعات خط تولید داشته است. بررسی این پروژه ­ها و نحوه رهبری آنها می ­تواند به عنوان درس ­های آموخته شده، در بسیاری از صنایع دیگر نیز به ­کار برده شوند. یک نکته در همین رابطه قابل تأمل است. تیم ­های پروژه که بدین منظور شکل می­ گیرند، باید علاوه بر متخصصان اتوماسیون، از همکاری متخصصان و کاربران خط تولید بهره ببرند. پس در شکل­ دهی فعالیت های پروژه ­مدار، لایه­ های پایین تولید نادیده گرفته نشوند.

اولین مورد بر روی یک دستگاه پرس فورج قدیمی با قدرت 500 تن انجام شد (شکل 1). در این دستگاه که در کنار کوره قرار داشت، وظایف کاربر به ترتیب زیر بود:

1- برداشت قطعه داغ با یک انبر از داخل تونل کوره؛

2- گذاشتن قطعه روی ماتریس قالب (در کمتر از 3 ثانیه)؛

3- فشردن کلید پرس؛

4- بعد از یک ضربه، برداشت قطعه­ پرس ­شده؛

5- گذاشتن قطعه روی تسمه نقاله؛

6- هل دادن قطعه به داخل یک تونل خنک کننده؛

7- پاشش گرافیت به داخل ماتریس قالب؛

این سلسله وظایف بسیار سخت و توأم با احتمال بالای خطای انسانی است. گروه پروژه تصمیم گرفت تا برخی از این کارها را توسط بازوهای پنوماتیک کوچک انجام دهد. نتیجه آن شد که سه عدد بازو، یکی برای پاشش گرافیت، یکی برای برداشت و گذاشت قطعه و یکی برای هل دادن قطعه طراحی و نصب گردند. شکل 2 محل قرارگیری این بازوها را به ­طور شماتیک نشان می­ دهد. برطبق گزارش واحد کنترل کیفیت، پس از اجرا و بهره ­برداری از این مکانیزم و سامانه کنترل مربوطه، ضایعات سالیانه به مقدار 25% کاهش یافت که پیشرفت قابل توجهی نسبت به میزان سرمایه ­گزاری اولیه­ پروژه بود.

شکل 2. انجام سه کار از وظایف کاربر با بازوهای پنوماتیک و متعلقات مربوطه

این آغاز موفقیت ­آمیز سبب گشت تا یک سری پروژه اتوماسیون تعریف شود و در قسمت­ ها و دستگاه ­های مختلف اجرا گردد. به­ عنوان دومین تجربه در این سلسله پروژه ­ها، یک مکانیزم گیره­ کوچک[5] روی یک پرس کامپکت نصب شد. معمولاً هر پرس کامپکت مجهز به یک کفشک پودرریزی است که در واقع مخزن کوچکی حاوی پودر فلز بوده و از طریق یک شلنگ لاستیکی، به یک سیلوی پودر در بالای دستگاه متصل می­ شود. وقتی این کفشک روی سطح صیقلی میز پرس حرکت کرده و روی ماتریس قالب می­ رسد، یک حرکت جلو و عقب سریع انجام داده و پودر از آن به درون حفره پر می­ شود. این کفشک با یک مکانیزم به سایر قطعات متحرک وصل است و پس از هر ضربه­ پرس، ابتدا قطعه­ بیرون­ آمده از قالب را به خارج میز روی یک سینی دوار هل داده و سپس عمل پودرریزی را انجام می­ دهد. در این روش، احتمال گیر کردن قطعه و برخورد جلوی کفشک به آن و در نتیجه به­ هم خوردن تمام تنظیمات وجود دارد و ضایعات فراوانی را پیش می­ آورد (شکل 3).

شکل 3. شماتیک کلی یک دستگاه پرس کامپکت معمولی

گروه پروژه تصمیم گرفت به جای نصب یک بازوی مستقل برای برداشت قطعه، یک گیره کوچک روی دیواره جلویی کفشک نصب کند تا هنگام جلو رفتن کفشک، قطعه را برداشته و به بیرون میزکار پرس ببرد. این کار دو مزیت عمده به همراه آورد. اول آن­که نیاز به بازو و محرک اضافی به همراه یک سامانه کنترل پیچیده ندارد. منظور از پیچیدگی در اینجا، کنترل عدم تداخل و برخورد کفشک با بازوی بردار و گذار مستقل است. دوم آن­که در صورت گیر کردن قطعه و نگرفتن موفق آن، به سرعت دستور توقف دستگاه را می ­دهد و از برخوردهای احتمالی و خسارات و ضایعات ناشی از آن جلوگیری می­ کند. در شکل 4، به ­طور شماتیک روش ­های کاربری، بازوی مستقل و گیره­ کوچک نشان داده شده ­اند.

5. نتیجه

استفاده از فناوری ­های پیشرفته با سامانه های کنترل نوین بر روی بسیاری از ویژگی­ ها مانند کیفیت، کمیت، ایمنی و امثالهم تأثیر بسزایی دارد. اما سرمایه ­گذاری اولیه و تعمیر و نگهداری پرهزینه ­ای به همراه خواهند داشت. در این خصوص، رو آوردن به تجربیات برتر و درس ­های آموخته ­شده از پروژه ­های ساده و کوچک، راه ­حلی برای صنایعی است که با محدودیت­ های مالی و بودجه مواجه هستند. این راهبرد برای توسعه گام ­به ­گام در اتوماسیون صنعتی کارآمد و مؤثر است.

شکل 4. مقایسه روش دستی برداشت قطعه، روش بازوی مستقل بردار و گذار و در نهایت گیره کوچک نصب شده روی کفشک

پی نویس:

[1] Compact

[2] Sintering

[3] Forge

[4] Pick & Place

[5] Mini-Gripper

برای امتیاز به این نوشته کلیک کنید!
[کل: 2 میانگین: 3]

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *