Vyu�itie programu CAE a optimaliz�cia vstrekovania termoplastov, Lubom�r Zeman, �as� 3.

Variantní výpo�ty a optimalizace procesu vst�ikování

Z neúplného vý�tu výše uvedených mo�ností simula�ních výpo�t� vyplývají mo�nosti nespokojit se pouze konstatováním, �e simula�ní výpo�et poukázal na to, �e n�jaký jev vznikne (studený spoj, uzav�ený vzduch, deformace, atd.) - co� je, bohu�el dosud �astý p�ístup k simula�ním výpo�t�m, ale pou�ít tento vývojový nástroj k variantním a optimaliza�ním simula�ním výpo�t�m. S tímto p�ístupem souvisí zkratka DOE. 

DOE – Design of Experiments, nebo-li technika plánovaných experiment� (nesprávn� a úzce - plánování experiment�). Existuje více variant technik DOE, nejznám�jší jsou dva p�ístupy – DOE, které zkoumá všechny varianty a statistické DOE, které zkoumá pouze statistický výb�r ze všech mo�ných variant. V b�né praxi se velmi �asto pou�ívá varianta statistického DOE, která vyu�ívá p�ístup podle japonského in�enýra a statistika Genichi Taguchi.

Z mého pohledu je v p�ípad� vst�ikování termoplast� rozumný postup, který vychází ze znalostí procesu vst�ikování, tj. ji� p�ed zahájením variantních výpo�t� se vy�adí takové varianty, které neodpovídají zásadám procesu, nap�íklad, umíst�ní ústí vtoku do st�ny výst�iku s malou tlouš�kou, pou�ít pro vysoce napln�ný vyztu�ený kompozit a výst�ik z n�ho banánové ústí vtoku, apod.

Tímto, dá se �íci znalostním p�ístupen (experimentování p�edstavuje testování kombinací r�zných hodnot ovliv�ujících faktor�, o nich� si myslíme, �e mají vliv na odezvu, tj. po�adovanou charakteristiku jakosti výst�iku), se zmenší neúm�rn� velký po�et variant a optimalizace, variantní výpo�ty prob�hnou v p�ijatelném �asovém úseku. Takový postup DOE pou�ívající Taguchiho p�ístup je doporu�en i standardem ISO/TS 16949 Management kvality v automobilovém pr�myslu, který byl v roce 2016 nahrazen normou IATF 16949 (IATF = International Automotive Task Force).

Vyu�ití DOE jako analytického nástroje, kdy náš kritický znak – vada výst�iku – závisí na více parametrech, nap�íklad vst�ikovacího procesu:

- kritický znak, kritická vada = rozm�r výst�iku a jeho tolerance
- faktory = technologické parametry, které mohou rozm�r ovlivnit – teplota formy, doba dotlaku, tlaková úrove� dotlaku, teplota vyhození výst�iku z formy (doba chlazení)
- �. experimentu – ze znalosti procesu odvozená úrove� procesního parametru (faktoru),první a� x -.tá úrove�
- v �ádcích se zaznamenají výsledky experimentu, tj. výsledky simula�ního výpo�tu, jeho p�íslušné varianty
- výsledek experiment� – simula�ních variant = optimální nastavení, nejlepší z t�ch úrovní technologických parametr�, které jsme p�i simula�ních výpo�tech pou�ili
- výhoda – optimalizované parametry je mo�no a záhodno pou�ít pro první nastavení technologických parametr� vst�ikování daného výst�iku p�i o�ivování p�íslušné formy 

Krom� optimalizace technologických procesních parametr� vst�ikovacího procesu je mo�no DOE p�ístup pou�ít pro další variantní výpo�ty – nap�íklad, zm�nou umíst�ní vtokového ústí na výst�iku optimalizovat místa s uzavíráním vzduchu a s tvorbou studených spoj� nebo zm�nou umíst�ní, pr�m�rem tempera�ních kanál� sní�it (optimalizovat) deformace, zkrátit dobu výrobního cyklu, atd.

Výsledky simula�ních, variantních výpo�t� mohou také odhalit problém, který m��e vyvstat p�i kontrole jakosti výst�ik� z termoplast�. Z rozši�ujícím se p�ístupem kótování výst�ik� z termoplast� prakticky bez lineárních kót, ale s kótováním kótami s geometrickými úchylkami – úchylkami tvaru a polohy – a m��ením pomocí r�zných skener� (optické, laserové) vyvstává otázka ur�ení m��ících vzta�ných základen.

Konstruktér výst�iku, který zná návaznosti výst�iku na okolí v sestav� dalších díl�, volí vzta�né základny podle t�chto vazeb, ale mnohdy za základnu zvolí tvar na výst�iku, který se bude (z d�vodu konstrukce výst�iku, z d�vodu umíst�ní ústí vtoku, z d�vodu technologických parametr�, atd. - v�dy p�jde o kompromisy mezi funk�ností výst�iku a jeho optimalizací) deformovat, co� neumo�ní korektní prom��ení daného výst�iku.     

Obecn� DOE m��e p�inášet tyto u�itky – lepší návrh výst�iku a procesu jeho vst�ikování, zlepšení jakosti výst�iku, zlepšení procesu vst�ikování (zvýšení cp a cpk),sní�ení náklad�, �ešení problém� s jakostí p�i výrob� výst�ik� a zvýšení konkurence schopnosti. 

Na záv�r této kapitoly je z�ejmé, �e op�t platí, �e nesta�í znalost ovládání techniky p�íslušných simula�ních výpo�t�, ale je nutná i dobrá znalost procesu vst�ikování a teprve potom budou simula�ní výpo�ty pou�ité pro variantní simulace a optimalizace ve vztahu k výsledku – výroba výst�ik� s definovanou kvalitou – korektní.

Virtuální a reálná optimalizace vst�ikovacího procesu – VARIMOS

V p�edešlých kapitolách uvád�ná �ešení se více mén� týkala �ešení virtuálních, které by se m�ly odehrávat v p�edvýrobních etapách a tak zkrátit a zkvalitnit tyto p�ípravy p�ed vlastní výrobou vst�ikovací formy a výst�ik� z ní. Zna�nou �ást výsledk� – viz p�edešlé kapitoly – je mo�no pou�ít i v reálném procesu vst�ikování, respektive o�ivování nové vst�ikovací formy, ale obvykle se jedná o diskrétní (nespojitý), ru�ní p�enos do systému vst�ikování. 

S rozvojem optimaliza�ních programových balík� se objevují první vlaštovky propojující virtuální optimaliza�ní sv�t s reálným vst�ikovacím sv�tem. Jedním z takových systém� je systém VARIMOS – Virtual And Real Injection Moulding Optimisation System firmy SIMCON GmbH, zastoupení na našem trhu - Ing. Ji�í Gabriel, www.cadmould.cz.

VARIMOS je systém pro optimalizované a následn� kontrolované vst�ikování plastových výst�ik�, který spojuje virtuální a reálnou �ást vývoje a �ízení výroby p�ímo na vst�ikovacím stroji. Po simulaci vst�ikování a optimalizaci technologie (DOE) následuje nastavení a kontrola výroby výst�ik� za pomoci snímání teplot a tlak� ve form� (CQC = Cumulative Quantity Control – chart, Diagram kumulovaného mno�ství) s mo�ností zp�tného p�enosu nam��ených a upravených technologických dat do softwaru systému VARIMOS.

Systém VARIMOS doká�e automaticky optimalizovat tlouš�ku st�n výst�ik� z termoplast�, polohu vtokových ústí na výst�icích, technologické parametry vst�ikování, v�etn� profilu vst�ikovací rychlosti a profilu dotlaku, stanovit optimální teploty a pr�toky tempera�ního média v tempera�ních kanálech.

P�i práci se systémem VARIMOS je prvním, logickým, krokem stanovení cíle analýzy, nap�íklad:

-dodr�ení a stabilizace rozm�rových a tvarových tolerancí výst�iku
-rovnová�nost pln�ní, po�adovaný pr�b�h pln�ní tvarové dutiny formy
-ekonomické po�adavky – doba cyklu, uzavírací síla vst�ikovacího stroje

Druhým krokem je vymezení prostoru pro konstruk�ní a technologické parametry, v jeho� prostoru bude systém VARIMOS hledat optimalizované �ešení. Výsledkem analýzy je objektivní návrh optimálního �ešení, který umís�uje sledované parametry (rozm�ry, tvarovou p�esnost, smršt�ní, technologické parametry, atd.) do st�edu p�íslušného technologického okna daného vst�ikovaného materiálu a tím zajiš�uje stabilitu výroby výst�ik� s definovanými kvalitativními parametry.

Systém VARIMOS tvo�í dv� základních �ástí – virtuální a reálná. VARIMOS Virtual automaticky navrhne optimální konstruk�ní a technologické �ešení výroby. B�hem návazného postupu lze s vyu�itím systému VARIMOS Real nastavit proces vst�ikování na zvoleném vst�ikovacím stroji, provést vzorkování a reálnou optimalizaci. Reálný VARIMOS m��e také slou�it k 100% kontrole sériové výroby. VARIMOS Virtual a VARIMOS Real mohou u�ivatel�m pomáhat jako samostatné optimaliza�ní systémy.

Znovu je nutno konstatovat, �e ani optimalizace vst�ikování výst�ik� z termoplast� pomocí systému VARIMOS se neobejde bez znalostí procesu vst�ikování termoplast�.

Výroba výst�ik� z termoplast� s definovanou kvalitou se v dnešním vysoce konkuren�ním prost�edí, a ani v budoucím období, kdy se konkurence bude jen zvyšovat, v�etn� po�adavk� na sni�ování cen, neobejde bez vyu�ití automatizace a zapojení r�zných IT �ešení.

Krom�, v p�edešlých kapitolách, diskutovaných �ešení pomocí simula�ních výpo�tových systém�, to jsou r�zné systémy sb�ru a zpracování dat (nap�íklad systémy COMES, Machine LOG IT, PHARIS) systémy pro výpo�et ceny formy a výst�ik� (nap�íklad CalcMaster) a celá �ada dalších.

Zde, na záv�r, chci upozornit, �e prodejci p�íslušných program� a systém�, na r�zných p�edvád�cích akcích, výstavách, konferencích presentují, v�etn� nap�íklad i r�zných m��ících za�ízení (nap�íklad laserové skenery, apod.) své produkty tak, �e vzniká dojem snadnosti a rychlosti p�i jejich pou�ívání, ale realita ve firemní praxi je jiná. 

�ádný z uvedených systém� se neobejde bez pracovník� se znalostmi jejich fungování a ani bez pracovník� se znalostmi procesu vst�ikování termoplast�. To celkem snadno mana�ersky vysloví, ale napln�ní vysloveného je velmi nesnadný úkol. Úkol, se kterým se všichni, v n�kterých firmách více úsp�šn�, v n�kterých mén� úsp�šn�, potýkáme p�i vst�ikování výst�ik� z termoplast� s definovanou kvalitou, dnes a denn�.

Jedná se o b�h na dlouhou tra�, který bez profesních znalostí zainteresovaných pracovník�, p�i stále se zvyšujících po�adavcích na kvalitu výst�ik�, p�i sou�asných zvyšujících se finan�ních nárocích na výrobu (zvyšování mezd bez zvyšování produktivity vst�ikování, které z pohledu po�adavk� na jakost daného výst�iku ji� bylo, v nejširším slova smyslu, optimalizováno, zvyšování cen vst�ikovacích materiál�, nutnost platit odb�rateli výst�ik� paušální �ástku za nominaci k výrob� daného výst�iku, atd.) nelze realizovat.

Profesní vzd�lávání, respektive pr�b�né profesní vzd�lávání zainteresovaných pracovník� je, p�i sou�asném zoufalém nedostatku pracovník�, jeden z nejv�tších problém� v oboru vst�ikování termoplast�. A dovolím si podotknout, �e �ádné p�ístupy v rámci akcí PR�MYSL 4.0 bez vzd�lání nemají šanci na úsp�ch.

První �ást �lánku byla zve�ejn�na 3.3.2020. Link »

Druhá �ást �lánku byla zve�ejn�na 10.3.2020. Link »

Ilustra�né foto: ISPE, s.r.o.