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Approccio Industry 4.0 per integrare i processi nei prodotti tubolari

30-lug-2020 9.30.00

Molti professionisti che lavorano il tubo metallico utilizzano ambienti di programmazione distinti per ogni macchina, ciò comporta alcune inefficienze.

Attraverso tecnologie Industry 4.0 è possibile connettere due o più lavorazioni insieme senza interruzioni nei flussi di programmazione, fabbricazione e convalida degli stessi.

 

Le posizioni dei fori nel tubo sono compensate in base all’allungamento calcolato dal software nel processo di curvaturaMolti professionisti che lavorano il tubo metallico utilizzano ambienti di programmazione distinti per ogni macchina, ciò comporta alcune inefficienze. Attraverso tecnologie Industry 4.0 è possibile connettere due o più operazioni insieme senza interruzioni nei flussi di programmazione, fabbricazione e convalida dei processi.

 

Talvolta massimizzare la produttività e lavorare in modo flessibile possono essere in contrasto tra loro e con il complicarsi dei processi di produzione coniugare questi due obiettivi può essere sempre più difficile. Utilizzare piattaforme software diverse per ogni lavorazione di lavoro: taglio laser e curvatura, ad esempio, rende le molte variabili in gioco ancora più difficili da gestire, specialmente quando le variabili di un processo influenzano quelle del successivo. Per questo l’utilizzo di un'unica piattaforma software per programmare più macchine può essere un grande impulso alla produttività e all'efficienza.

Colmare il divario tra sistemi di taglio laser per tubi e curvatubi è stato tradizionalmente difficoltoso. Il nocciolo della questione era la mancanza di un valido set di strumenti che collegasse le due operazioni, a partire dalla fase di progettazione e programmazione del prodotto. Infatti, la gestione di curvatura e taglio laser del tubo con i metodi tradizionali richiede la generazione su software distinti di programmi specifici per i due sistemi.

Senza dati condivisi, le correzioni e le compensazioni richieste devono essere gestite manualmente, andando per tentativi. Questo può richiedere diverse iterazioni, specialmente quando le parti diventano più complesse.

Ciò sacrifica la produttività e aumenta significativamente i costi di produzione. Oltre alla complessità del pezzo, anche l'aumento dei cambi di produzione rende tutto ancora più impegnativo (sono sempre più comuni infatti ambienti con alto mix di produzione), poiché le fasi di misurazione e correzione manuale devono essere ripetute più volte per ogni cambio di materiale.

 

Esci dagli schemi

Prima che inizi il processo di curvatura, i programmatori o gli operatori della macchina devono calcolare o stimare manualmente la lunghezza rettilinea iniziale del tubo per il processo di taglio. Il processo di curvatura può causare allungamento, crescita radiale e ritorno elastico sul pezzo. Questi, a loro volta, influenzano le dimensioni finali del pezzo e la posizione dei fori pre-lavorati.

Quando un tubo viene curvato, infatti, la parete esterna della curva (estradosso) si allunga e si assottiglia; contemporaneamente, la parete interna (intradosso) diventa più spessa e compressa.

Pertanto, comprendere e gestire il grado di deformazione fisica è importante per raggiungere la qualità desiderata. Tuttavia, la complessità della parte e le caratteristiche del materiale rendono difficile valutare l'effetto esatto della curvatura sul pezzo utilizzando calcoli manuali. Con il metodo manuale tradizionale, infatti, l'operatore della macchina deve misurare la posizione della parte curvata e dei fori dopo la curvatura e regolare di conseguenza la lunghezza della parte iniziale e la posizioni dei vari elementi.

Potrebbe però essere necessario ripetere questo processo più volte prima di ottenere i risultati desiderati. Inoltre, la mancanza di ripetibilità del processo, a seconda dell'operazione di curvatura, rende questo compito ancora più complicato. Accade infatti che man mano che il raggio si restringe, il materiale si allunga di più.

 

3D Laser Cutting - Discover the applications

 

In alcuni casi la selezione del materiale è dettata dal livello atteso di allungamento. Ad esempio, l'acciaio inossidabile ha un allungamento massimo maggiore rispetto ad altri tipi di acciaio. Tuttavia, con i metodi tradizionali, il livello atteso di allungamento viene calcolato principalmente con regole empiriche e correzioni eseguite per tentativi, soprattutto quando la geometria della parte è più complessa. Pertanto, potrebbe essere necessario ripetere il calcolo più volte prima di ottenere il risultato desiderato.

Per ridurre al minimo il grado di scostamento, le richieste del mercato hanno reso obbligatorio per i produttori trovare metodi avanzati per un'efficace gestione di tutte le variabili di processo dalla progettazione alla produzione dei singoli pezzi o di interi assiemi multitubo.

Scopri come risolvere le principali problematiche di curvatura del tubo con il giusto software di programmazione.

 

Svincolati dal software

I progressi tecnologici nei sistemi di comunicazione fra macchine, iIoT (industrial Internet of Things) e di apprendimento automatico (machine learning) hanno creato un metodo per assiemi multi-pezzo o per pezzi singoli da importare direttamente nel software che controlla il sistema di taglio laser del tubo e gestirli nello stesso ambiente attraverso una software suite multi-processo. Questo metodo rimuove i calcoli manuali, le regole empiriche e le congetture che spesso portano a tentativi e spreco di tempo e materiale.

 

 

 

OLP, CAD/CAM

All'inizio del processo, il modello 3D di un tubo curvato o di un assieme multitubo come un telaio viene importato direttamente nel software del sistema Lasertube.

Il modulo CAD del software genera la lunghezza teorica del tubo dritto. Il software di programmazione offline (OLP: Offline Programming Software) utilizza un algoritmo dinamico di estrazione delle caratteristiche per identificare le dimensioni e la posizione dei tratti di curvatura e dispiega automaticamente il modello curvato dal modello di tubo dritto, mantenendo le proprietà e le caratteristiche delle parti secondo il progetto teorico. Quindi il software genera due programmi NC: uno per il laser e un altro per la curvatubi, che possono essere trasferiti su una rete locale o su un’area di scambio fra le due macchine.

Ciò elimina la necessità per l'operatore o il programmatore di svolgere i dovuti calcoli manualmente e inserirli nel controllo della curvatubi o di importare il modello 3D nella stessa e determinare nuovamente le coordinate di curvatura.

 

Approccio Industry 4.0 per integrare i processi nei prodotti tubolariDue fori opposti sono incorporati nel disegno di questo componente. Il laser può realizzare queste geometrie con precisione dimensionale e tolleranze difficili da raggiungere.

 

I sistemi avanzati forniscono un potente metodo per chiudere il circuito di comunicazione tra i due processi, recuperando i dati di compensazione della curvatura dalla curvatubi e rendendoli disponibili per il processo di taglio laser, a livello di macchina o di software OLP. L'utente può scegliere di accedere alle informazioni direttamente in macchina o sul software OLP, in base ai requisiti di produzione.

 

Compensazione

Il software di curvatura calcola il ritorno elastico, la crescita radiale e l'allungamento, sulla base di una tabella di dati che viene salvata durante il set-up dell’attrezzatura di curvatura. Sulla base di questi dati, il modulo di compensazione della curvatura fornisce la lunghezza rettilinea iniziale che deve avere il tubo e corregge i punti critici di curvatura, in base alle dimensioni teoriche del pezzo senza la necessità di piegarlo fisicamente.

I processi integrati che utilizzano piattaforme Industry 4.0 presentano un vantaggio sottile ma importante rispetto ai sistemi tradizionali. I calcoli manuali possono essere eliminati attraverso sistemi integrati. Ad esempio, i metodi tradizionali di compensazione del ritorno elastico considerano solo l'angolo di curvatura e non tenendo conto della crescita radiale e dell'allungamento.

I dati di compensazione vengono trasferiti nuovamente al laser (online o offline) tramite la rete, offrendo all'operatore la possibilità di scegliere di implementarli o meno. Prima che inizi il processo di taglio, le posizioni dei fori sono compensate dalla quantità di allungamento calcolato in relazione alla posizione della curva e anche la lunghezza del pezzo viene corretta per potersi adattare alle dimensioni specificate dalla curvatubi. Ciò consente alla Lasertube di eseguire pezzi della corretta lunghezza iniziale e con le corrette posizioni dei fori per compensarne lo spostamento dopo la curvatura.

Anche i dati di compensazione possono essere trasferiti al software OLP della Lasertube. Il programmatore in questo modo può applicare le informazioni sulla compensazione e modificare automaticamente il pezzo a livello CAM, senza influire sulla progettazione teorica CAD e trasferire quindi il nuovo programma alla macchina per il taglio  

 

industry 40 platforms provide an integrated process for making tubIndipendentemente dalla capacità di un sistema di taglio laser di realizzare fori con dimensioni quasi perfette, il pezzo finito ha valore solo se le posizioni dei fori sono corrette. Questa immagine mostra la posizione del foro originato dal progetto (in verde) e la posizione corretta per il taglio dei fori (linee tratteggiate). Dopo la curvatura, i fori rappresentati dalle linee tratteggiate si allineeranno con i fori rappresentati dalle linee verdi e il pezzo sarà come previsto.

 

Conclusioni

Oltre ad aumentare l'efficienza produttiva e ridurre significativamente i costi di manodopera e materiali, le soluzioni Industry 4.0 e i sistemi integrati possono liberare il personale di produzione in modo che i suoi sforzi vengano dedicate ad attività dal maggior valore aggiunto come migliorare altri processi e creare metodi di produzione ancora più efficienti.

Questo approccio elimina in modo efficiente il ripetitivo, l'iterativo e il banale, lasciando il personale a creare, migliorare e validare i sistemi e al software e ai relativi sistemi la gestione della complessità geometrica dei pezzi, i sempre più rigorosi requisiti di qualità e gli impegnativi programmi di produzione.

Oltre a colmare il divario tra le varie aree produttive, le tecnologie Industry 4.0 offrono una soluzione versatile che può favorire l’integrazione delle diverse fasi di lavorazione del pezzo.

 

Approccio Industry 4.0 per integrare i processi nei prodotti tubolariUn modello 3D di tubo curvato o telaio composto da tubi curvati viene importato direttamente nel software del sistema Lasertube attraverso il modulo CAD, che genera la parte lineare teorica relativa al tubo curvato.

 

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Autore: Misgana Mulat, regional sales manager for BLM GROUP USA, 46850 Cartier Drive, Novi, MI 48377, 248-560-0080

Riferimenti: The Tube & Pipe journal

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