SMEMACH Smart Foundry 4.0 Контроль качества: от плавления до корабля, литья без дефектов

По мере того как волна Индустрии 4.0 охватывает весь мир, литьевая промышленность переходит от традиционной к интеллектуальной. Цифровые системы управления со своими основными преимуществами точности, эффективности и отслеживаемости стали ключевым инструментом для решения проблем контроля качества в литьевой продукции. От точного контроля температуры печи до отслеживаемости качества на протяжении всего жизненного цикла продукта, от интеллектуального управления одним процессом до совместной оптимизации всего процесса, цифровые технологии переопределяют стандарты качества в литьевой промышленности через многомерные и глубокие технологические прорывы.

Ⅰ. Контроль температуры печи: от опыта к цифровым технологиям

Температура печи является жизненной кровью процесса литья, и ее стабильность напрямую влияет на химический состав, металлографическую структуру и механические свойства литьев. Традиционные литьевые заводы раньше полагались на опыт опытных ремесленников для регулирования температуры печи, в результате чего колебания температуры часто превышают ±10 ° C, что приводит к нестабильному качеству литья и частым дефектам, таким как грубые зерна и сужение. Внедрение цифровых технологий позволило этому процессу претерпеть качественную трансформацию от «нечеткого управления» к «точному управлению».

1. Высокоточное зондирование и технология сбора данных в режиме реального времени

Ядро цифровых систем регулирования температуры заключается в применении высокоточных датчиков. После внедрения цифрового контроллера температуры на одной из производственных линий нашей литовки мы создали трехмерную сеть мониторинга температурного поля, разместив шесть наборов датчиков в верхней, середине и нижней части печи, собирая 50 наборов данных в секунду и значительно повышая эффективность работы.  

Прорыв в интеллектуальных алгоритмах управления

Традиционные алгоритмы управления PID страдают от задержек ответа в системах с большими задержками и нелинейностями, таких как печи. Включая передовые алгоритмы, такие как расплывчатый PID и нейронная сеть PID, цифровые системы значительно улучшили точность управления. Мы используем адаптивный контроллер PID на основе нейронной сети BP для литья автомобильных деталей. Мы обучаем параметры сети с использованием исторических данных, что позволяет системе автоматически корректировать стратегии управления на основе фаз плавления, окисления и редукции. Когда температура отклоняется от установленной точки, система запускает реле твердого состояния для регулирования нагревающей мощности в течение 0,3 секунды, уменьшая колебания температуры до ±2°C, достигая в пять раз большей точности по сравнению с традиционными методами управления.  

База данных процессов и повторное использование знаний

Еще одно главное преимущество цифровых систем заключается в накоплении и повторном использовании данных о процессах. Литовый завод создал базу данных процесса плавления, вводя в систему такие параметры, как кривые температуры плавления, изменения содержания углерода и кремния, а также время добавления сфероидатора для различных сортов чугуна (HT200, HT250, QT450 и т. д.). Это создало «цифровой пакет процессов», содержащий более 2000 наборов данных о процессе. Регулярный технический персонал может быстро понять ключевые моменты процесса, получая доступ к историческим данным, увеличивая показатели квалификации продукции с 82% до 95%. В частности, система использует алгоритмы машинного обучения для добычи и анализа данных процесса. Например, если белое чугуно обнаружено в партии литьев, он автоматически коррелирует эти данные с данными о колебаниях температуры на более поздних стадиях плавления, обеспечивая поддержку данных для оптимизации процесса.

II. Контроль качества полного процесса: от проверки результатов до предотвращения процесса

Цифровая система управления расширяет контроль качества по всей производственной цепочке. Интегрируя такие технологии, как Интернет вещей, большие данные и краевые вычисления, он создает систему управления закрытым циклом «восприятия-анализа-решения-исполнения».

Сливание многоисточниковых гетерогенных данных и анализ в реальном времени

Система MES литьевого завода использует более 2000 датчиков IoT (включая датчики давления, датчики смещения и датчики вибрации) для сбора более 200 параметров в 12 процессах, включая литье, изготовление ядра и литье. Когда система обнаруживает, что скорость уплотнения партии песочных форм ниже стандарта (от 88% до 82%), она немедленно запускает трехэтапный механизм ответа: автоматическая инструкция по регулированию отправляется в литьевую машину (увеличение давления уплотнения на 5%), предупреждение отправляется инспектору качества, а предложения по оптимизации процесса (регулирование смеси песочных форм) подаются обратно в модуль планирования производства. Это управление закрытым циклом "профилактика-вмешательство-улучшение" снизило коэффициент литьевого лома с 6,8% до 1,9%.

Цифровая реконструкция системы отслеживаемости качества

Система отслеживаемости качества является еще одним крупным прорывом в цифровом управлении. Используя RFID-теги и технологию QR-кода, литьевые заводы могут связывать информацию на протяжении всего процесса, от доставки сырья до отгрузки готовой продукции. Каждому литье присваивается уникальный идентификационный код, связывающий более 30 частей информации, включая тепло плавления, станцию литья, оператора и записи инспекции. Когда клиент сообщает о дефектах пористости в партии подшипниковых сидений, компания использует систему для определения конкретной температуры плавления, станции формования и оператора в течение 10 минут. Система также получает данные о процессе, такие как кривая температуры печи и записи испытаний влажности песчаной формы за этот период, обеспечивая точные цели для улучшения качества. Эта возможность отслеживания "одного элемента, одного кода" сократила цикл разрешения споров по качеству продукции компании на 80% и увеличила удовлетворенность клиентов на 25 процентных пунктов.

Применение технологии Digital Twin в контроле качества

Технология цифрового близнеца предлагает новую перспективу контроля качества литья. При литье литьев авиационных двигателей конструируется цифровое тело литья, отображая физическое литье на виртуальную модель (включая данные симуляции, такие как тепловое напряжение и сужение) в режиме реального времени. Во время процесса наливания система использует цифровую модель-близнец для прогнозирования вероятности дефектов затверждения (таких как сужение и трещины) и динамически регулирует скорость наливания и поток охлаждающей воды. Данные экспериментальной фазы производства показали, что технология цифрового близнеца снизила уровень внутренних дефектов литьев на 40% и сократила цикл исследований и разработок на 35%.  

III. Более глубокая ценность цифрового менеджмента: изменение конкурентоспособности литьевой промышленности

Значение цифровых систем управления выходит далеко за рамки технологического модернизации. Они также приводят к сдвигу в парадигме контроля качества в отрасли, от «пост-инспекции» к «превентивной профилактике» и от «локальной оптимизации» к «глобальному сотрудничеству».

Улучшение качества благодаря анализу больших данных:

Огромное количество качественных данных, накопленных цифровыми системами, обеспечивает богатый материал для непрерывного совершенствования. Кластерный анализ показал сильную корреляцию между температурой изливания и прочностью к растяжению отливков (R² = 0,92). Когда температура изливания увеличилась с 1380°C до 1420°C, прочность на растяжение увеличилась в среднем на 15 МПа. На основе этого вывода компания оптимизировала параметры процесса лития, улучшив стабильность производительности продукции на 30%. Дальнейшая добыча данных также выявила корреляцию между состоянием оборудования и колебаниями качества.  

Сотрудничество в цепочке поставок и создание экосистемы качества:

Цифровое управление разрушает информационные силосы и позволяет беспрепятственно интегрировать качественные данные с ERP, SCM и другими системами. Благодаря платформе центра обработки данных качества в режиме реального времени обменивается информацией, такой как записи инспекции сырья поставщика, данные о качестве производственного процесса и отзывы клиентов, создавая сеть сотрудничества в области качества между поставщиками, литьевыми заводами и клиентами. Если содержание серы в партии сырого железа превышает стандарт, система автоматически запускает оповещение цепочки поставок, предотвращая вход проблемного сырья в производственный процесс и одновременно отправляя предложения по улучшению (например, корректировку параметров работы высокой печи) поставщику. Эта модель «полноцепного контроля качества» сократила цикл доставки заказов компании на 25% и повысила удовлетворенность клиентов на 18 процентных пунктов.

Реформирование экосистемы качества на уровне промышленности:

С макроперспективы цифровое управление изменяет экосистему качества литьевой промышленности. Данные Ассоциации литьевых заводов Китая показывают, что компании, внедряющие цифровые системы контроля качества, увидели увеличение премий за свою продукцию на международных рынках в среднем на 15%, а их доля рынка высокого уровня на 22 процентных пункта. Это подтверждает консенсус отрасли, что «качество является жизненной линией литовки, а цифровизация - технологический щит, который защищает эту жизненную линию».

Оглядываясь назад на исходную точку интеллектуального производства, системы цифрового управления перешли от дополнительных функций к стандартным функциям в литьевых заводах. Когда каждое колебание температуры печи переводится в точные инструкции по управлению, когда данные о качестве каждого литья становятся питательными веществами для оптимизации процесса и когда информация о качестве беспрепятственно течет по всей цепочке поставок, эта технологическая революция качества не только влияет на выживание предприятий, но и определяет позицию и будущее литьевой промышленности Китая в глобальной цепочке поставок.

SMEMACH находится в авангарде литьевой промышленности и уже начала внедрять цифровую систему управления. Если вы хотите узнать больше о процессе трансформации цифровой литовки, пожалуйста, свяжитесь с нами.