SmartMForming

Articles

Gorenje Orodjarna pridobilo sofinanciranje za raziskovalni projekt SmartMForming v okviru iniciative EUREKA

eureka-slo-smartmforming

Slike:
Petra Janežič, Gorenje Orodjarna, d.o.o., Strateški razvoj
Dr. Mihael Volk, Gorenje Orodjarna, d.o.o., Operativni razvoj

1. Uvod

Gorenje Orodjarna se je oktobra 2016 prijavilo na javni razpis EUREKA 2016 Ministrstva za gospodarski razvoj in tehnologijo (MGRT)in SPIRIT Slovenija, Javne agencije Republike –Slovenije za spodbujanje podjetništva, internacionalizacije, tujih investicij in tehnologije. Razpis sofinancirata Republika Slovenija in Evropska unija iz Evropskega strukturnega in investicijskega sklada. Podjetje Gorenje Orodjarna, ki je prijavitelj in koordinator projekta, je skupaj s projektnima partnerjema, TPV Trženja in proizvodnja opreme vozil d.o.o. in CADCAM Design Centar d.o.o., pridobilo sofinanciranje raziskovalnega projekta »Pametna orodja za preoblikovanje pločevine«, akronim: »SmartMForming«.

Celotna vrednost celotnega projekta SmartMForming je ocenjena na 0,925 milijona EUR. Predvidena vrednost stroška projekta za Gorenje Orodjarno je 411.190 EUR, od tega je za Gorenje Orodjarna predvidena vrednost sofinanciranja v višini 40% oz. 164.476 EUR.
V projektu sodelujemo 3 partnerji iz dveh držav, Republike Slovenije in Republike Hrvaške. Koordinator projekta je Gorenje Orodjarna, d.o.o.. Projektna partnerja pa sta podjetji TPV, d.o.o. iz Novega mesta in CADCAM Design Centar d.o.o. iz Zagreba.

Pri načrtovanju projekta SmartMForming smo projektni partnerji, vsak s specifičnimi znanji in kompetencami, opredelili posebne zahteve za izdelavo pametnega orodja za preoblikovanje pločevine, za katerega moramo tekom projekta najti ustrezno tehnološko ali tehnično rešitev.

Gorenje Orodjarna, industrijski razvojni partner, bo razvijal in izdelal pametno orodje za preoblikovanje pločevine; CADCAM Design Centar, IT razvojni partner, bo razvijal računalniško podporo programskega paketa CATIA AddOn ter TPV, končni industrijski partner, bo podal zahteve za pametno orodje in testiral uporabo demonstratorja, t.i. pametnega orodja za preoblikovanje pločevine. Vsak partner ima ključno vlogo pri realizaciji projekta SmartMForming za implementacijo glavnega končnega produkta – pametno orodje za preoblikovanje pločevine.

Slika1-konzorcij-partnerjev-smartMformin
slika1 konzorcij partnerjev SmartMForming

2. Cilji in namen projekta SmartMForming

Gorenje Orodjarna ima dolgoletne izkušnje z razvojem in izdelavo orodij za preoblikovanje pločevine, vendar je zelo pomembno, da je v projekt vključen končni industrijski uporabnik orodij, ki bo lahko podal v prvi fazi specifične zahteve in karakteristike, ki jih mora imeti kompleksno orodje ter v fazi validacije, testiral in validiral delujoči demonstrator, t.i. pametno orodje za preoblikovanje pločevine v realnem industrijskem okolju. Poleg znanja raziskovalcev in razpoložljive tehnološke opreme pa je zelo pomembna računalniška podpora podjetja CADCAM Design Centar, da bo v fazi razvoja razvil nujne programske rešitve za pripravo 3D virtualnega modela in kinematične analize za optimizacijo razvoja pametnega orodja. Vsi sodelujoči se zavedajo, da bodo kot projektni partnerji morali izmenjavati znanje in izkušnje, predvsem na področju različnih tehnologij, metod razvoja orodja, računalniške podpore in vključevanjem servo pogona ter senzorjev v pametno orodje za preoblikovanje pločevine, da bodo v kar največji meri ustvarili sinergijo ter dosegli odlične končne rezultate oz. produkte. Rezultati projekta SmartMForming bodo dolgoročno vsekakor pripomogli k večanju tržnega deleža vseh partnerjev na zahtevnem Evropskem in svetovnem trgu.

Glavni cilj projekta SmartMForming je razvoj metod in rešitev ”pametnega” oblikovanja jekla visoke trdnosti z uporabo servo motorjev in senzorjev. Servo motorji se že uporabljajo v procesih oblikovanja pločevine in so v glavnem integrirani v stroje za oblikovanje (t.i. servo stiskalnice) in prinašajo številne prednosti v delovanju. Glavna ideja projekta je, da bodo servo motorji integrirani kot del orodja za preoblikovanje pločevine, s čimer bi se lahko njihove prednosti izkoristile tudi na klasičnih strojih za oblikovanje (mehanske in hidravlične stiskalnice). Servo motorji in senzorji integrirani z orodjem, bi skrajšali tehnološke čase, povečali kakovost proizvodov, zmanjšali ceno orodja za čas njegove življenjske dobe in najpomembneje, povečala bi se možnost proizvodnje zahtevnejših izdelkov z višjo dodano vrednostjo.

Vsak od sodelujočih partnerjev ima zelo jasen namen in cilj projekta SmartMForming:

  • Gorenje Orodjarna: razviti novo generacijo pametnih orodij, ki vsebujejo tudi mehatronske sklope (senzorje in aktuatorje – npr. servo motorje), ki bodo izboljšali kakovost in hitrost preoblikovanja pločevine.
  • TPV: uvesti pametna orodja v velikoserijsko proizvodnjo kot del avtomatizacije proizvodnje, ki bo skrajšala proizvodne čase, izboljšala kakovost in nadzor ter povečala zahtevnost izdelkov.
  • CAMCAM: razviti programski modul CATIA AddOn, ki bo omogočal načrtovanje orodij, ki bodo vključevala tako mehanske kot elektronske komponente.

3. Predviden tehnološki napredek

Preoblikovanje pločevine je eden od temeljev sodobne industrijske proizvodnje. Iz pločevine je danes izdelano mnogo sestavnih delov številnih proizvodov iz različnih področij vesoljske, letalske in avtomobilske industrije ter industrije bele tehnike. Danes je preoblikovanje pločevine zelo zapleten proces, ki zahteva skrbno načrtovanje. Oblika in geometrija pločevinastih izdelkov postajata vse bolj kompleksna, pri tem pa se višajo tudi zahteve po kakovosti izdelkov, v uporabi pa je tudi vedno več novih materialov. Tako je danes v nekem avtomobilu srednjega cenovnega razreda približno 35% (Slika 2) vseh pločevinastih izdelkov narejenih iz visoko-trdnostnih materialov, ta procent pa se še povečuje.

Uporaba-visokotrdnostne-pločevine-v-sodobnem-avtomobilu

Različne-vrste-elastičnega-izravnavanja-t.i.-spring back effect
Slika3. Različne vrste elastičnega izravnavanja, t.i. »spring back effect« [18]

Glavna prednost visoko-trdnostnih materialov je predvsem v njihovi povišani trdnosti, kar posledično pomeni, da lahko tanjši konstrukcijski deli prenesejo iste ali celo večje obremenitve, s tanjšanjem pa se zmanjšuje skupna teža izdelka. Vendar se materialom z višanjem trdnosti zmanjšuje njihova sposobnost za preoblikovanje in posledično se pojavljajo problemi, ki jih sicer pri uporabi konvencionalnih materialov ne bi srečevali. Ti problemi se kažejo predvsem v elastičnem izravnavanju. Slika 3 prikazuje tri najpogostejše vrste elastičnega izravnavanja, ki se lahko pojavijo pri preoblikovanju pločevine, to je, ko se oblika izdelka po izdelavi spremeni zaradi visokih napetosti, ki nastanejo pri preoblikovanju.

Zaradi vseh teh zgoraj opisanih zahtev, imajo orodjarji danes veliko problemov pri načrtovanju preoblikovalnih orodij ter izvedbi proizvodnje pločevinastih izdelkov. Zato je povečanje stabilnosti postopkov preoblikovanja pločevine izziv, ki v zadnjem času postaja vse pomembnejši. Ob pritiskih po znižanju cene proizvodov in višanju produktivnosti se v današnjem času išče vse več možnosti, kjer lahko znižamo stroške. Optimizacija in avtomatizacija procesov je ena od možnosti, s katero lahko v veliki meri vplivamo na nižanje cen proizvodov ter višanje produktivnosti proizvodnje.

Glavni izziv, ki je povezan z izdelavo pametnih orodij v prihodnosti, je optimiranje proizvodnega procesa za preoblikovanje pločevine. Eden najpogosteje uporabljenih postopkov pri izdelavi orodja za preoblikovanje pločevine je t.i. “vroče preoblikovanje”, vendar so stroški za vzpostavitev takšnega procesa in drugi proizvodni stroški precej večji, v primerjavi s klasičnim procesom hladnega preoblikovanja. Preoblikovanje v vročem uporabljajo predvsem velika podjetja, medtem ko so mala in srednje velika podjetja (MSP) prisiljena iskati druge rešitve, ki pa bi vseeno omogočile podobne lastnosti kot pri preoblikovanju v vročem, vendar s sprejemljivimi in nižjimi stroški.

V projektu SmartMForming želimo projektni partnerji razviti metodologijo in rešitve za razvoj pametnega orodja za preoblikovanje visoko trdnostne pločevine z uporabo servo pogona in senzorjev. Ideja projekta je, da se servo pogoni in senzorji upoštevajo kot del orodja in se kot taki lahko uporabljajo tudi na klasičnih strojih za preoblikovanje (mehanične in hidravlične stiskalnice).

Servo-motorji v »pametnem« orodju bi lahko regulirali hitrost preoblikovanja, dolžine hodov pestičev, predvsem pa bi lahko različne preoblikovalne operacije združevali v eno. Na primer, upogibno in kalibracijsko operacijo bi s pomočjo servo-motorjev lahko združili, s tem bi orodje skrajšali, posledično bi se zmanjšala masa takšnega orodja, s tem pa tudi cena orodja. Ena od bistvenih prednosti uporabe servo-motorjev v pametnem orodju je tudi v prilagodljivosti, saj bi s servo-motorji (sprememba procesnih parametrov) lahko vplivali na kakovost izdelka ter elastično izravnavanje (»spring-back effect«). Tako bi orodje bilo bistveno manj dovzetno na spremembe materialnih lastnosti, s čimer bi se zmanjšalo število nekakovostnih slabih izdelkov oz. izmeta. «Pametno« orodje pa bo moralo biti povezano s senzorji za spremljanje pogojev ter proizvodnih parametrov, s tem pa bi omogočili ON-LINE nadzor nad orodjem ter kakovostjo izdelkov, kar danes v industriji ni v praksi. S pomočjo teh senzorjev bomo spremljali stanje orodja, preprečevali morebitne preobremenitve in s tem poškodbe orodja ter optimirali proces preoblikovanja glede na analizo vhodnega materiala.

Tehnologija »pametnih orodij«, imenovanih tudi »inteligentna orodja« predstavljajo pomembne preskoke in popolnoma nove rešitve. Rezultati projekta bodo pomenili osnovo za nove tehnološke rešitve v velikoserijski industriji pri razvoju kompleksnih izdelkov iz pločevine z večjo dodano vrednostjo ob hkratni uporabi obstoječe infrastrukture, kot so klasične stiskalnice. Orodja integrirana s servo motorji bodo namreč obdržala večino prednosti servo stiskalnic, hkrati pa bo cena takšnih orodij s servo motorji bistveno nižja, kot če bi hoteli zamenjati ali nadgraditi klasične stiskalnice.

Glavni rezultati projekta bodo:

a) razvoj metodologije in izdelava pametnega orodja s servo pogoni za preoblikovanje pločevine, ki bo doprinesel k tehnološkemu napredku na naslednjih področjih:

1. spreminjanje hitrosti udarcev pri preoblikovanju pločevine s ciljem optimizacije kakovosti proizvodnje,
2. uporaba servo mehanizmov za dodatno upogibanje pločevine z namenom kompenziranja dimenzijskega odstopanja končnega izdelka od idealne oblike (izničevanje pojava elastičnega izravnavanja),
3. združevanje dveh ali več oblikovalnih in rezilnih operacij v eno,
4. nadzor življenjske dobe orodja za preoblikovanje pločevine s pomočjo senzorjev in inteligentnih sistemov,

b) razvoj CATIA AddOn modula, ki bo doprinesel k napredku na področju celovitega konstruiranja pametnih orodij, ki vključujejo mehanske, mehatronske in elektronske komponente,
c) razvoj povezav pametnih orodij in MES sistemov, ki bo doprinesel h kvalitetnejšemu nadzoru velikoserijske proizvodnje in posledično k večji kvaliteti zahtevnih izdelkov.

4. Zaključek

Z aktivnostmi na projektu SmartMForming smo pričeli februarja 2017 in se bodo izvajale naslednja tri leta. Projektni partnerji se zavedamo, da bomo le z inovativnimi izdelki in storitvami lahko dosegli občuten preskok v kakovosti in produktivnosti ter tako dosegli cilj, ki smo si ga zastavili – višji cenovni razred. Za projektni konzorcij predstavlja raziskovalno-razvojni projekt pomemben finančni zalogaj, hkrati pa velik tehnološki izziv. Pridobljena subvencija, sofinancirana s strani Evropske unije, Evropskega strukturnega in investicijskega sklada, in Republike Slovenije, Ministrstva za gospodarski razvoj in tehnologijo ter agencije SPIRIT, je bistvenega pomena za kakovostno izvajanje RR aktivnosti, da bomo lahko v predvidoma krajšem času z interdisciplinarnim timom raziskovalcev izvedli več dodatnih aktivnosti, kot smo jih prvotno načrtovali in bomo tako kakovostno izvedli strateško pomemben projekt za projektni konzorcij.