טכנולוגיות במיכשור

עבודה עם מודלים בתלת-ממד אינה דבר חדש. תעשיות רבות אימצו את טכנולוגיית הסימולציה בתלת-ממד, ועתה נראה שגם תחום הבריאות מגלה כיצד עולמות וירטואלים יכולים לקדם את הרפואה, המחקר והטיפול...

כמעט מדי יום אנחנו קוראים על התקדמויות טכנולוגיות כאלו או אחרות בעולם הרכבים, שעד לא מזמן היו עשויות להישמע כמדע בדיוני. הטכנולוגיה כל כך מתקדמת, שהמימוש שלה לא יכול להיות מיידי, ובחלק מהמקרים רק בעוד יותר מחמש שנים. אלא שהדבר לא מונע מכמה מותגים להעלות את הרף שלהם...

העולם נמצא בתהליך אינסופי של התקדמות טכנולוגית, ותעשייה היא אחד המנועים המרכזיים של ההתקדמות הזאת. כמו כל ענף שרוצה להתפתח בכיוון הנכון, התעשייה שמה לה למטרה לפשט ולייעל תהליכים של ייצור, תכנון והפצה בדרכים אופטימליות ועם שימוש בטכנולוגיות הכי רלוונטיות לתקופה...

עבודה הכרוכה בהרמה פיזית של עצמים כבדים עלולה להביא להפרעת שריר-שלד MSD, שהיא גורם לאובדן ימי עבודה של עובדים, תביעות פיצויים ולעיתים אף פרישה מוקדמת. כ-33% מהפציעות קשורים ל-MSD שנגרם בגלל עבודה גופנית קשה מדי...

אחד האתגרים שמפעלים מתמודדים עמם, הוא הצורך המתמיד לשמור על טמפרטורה גבוהה של נוזלים או גזים הזורמים בצנרת או הנמצאים במכלים. החשש הגדול הוא שהזורמים יאבדו מהחיוניות שלהם, ובמקרים מסוימים אף יקפאו ויגרמו חסימה בצנרת. נכון שבצינורות כלולה שכבת בידוד תרמית פנימית, אך היא אינה מסוגלת להתמודד עם התופעות האלו, שעלולות להשבית קווי ייצור. פתרון פשוט, זמין וממוקד לתופעה, הוא שימוש בטכנולוגיית סרטי חימום חשמליים (Trace Heating) כדי לחמם קווי תהליך.

סרטי חימום הם למעשה גופי חימום חיצוניים שעוטפים את הצנרת או מוצמדים אליה, והחום שהם מפיקים שומר על הטמפרטורה של הזורם. אפשר להתקינם צמוד לצנרת או למכל, וכך לשמור על טמפרטורה רצויה של המדיה המצויה. פסי חימום חשמליים הם אלטרנטיבה נהדרת לשימוש בקיטור לחימום קווים, אשר מצריכים הפקת קיטור והתקנה מסובכת ויקרה (צנרת נוספת ואביזרי בקרה מגוונים).

לפסי חימום מספר יתרונות מרכזיים: ראשית, עלויות ההתקנה שלהם נמוכות למדי ועלויות תחזוקתם נמוכות מאוד. שנית, הם אמינים יותר מפתרונות אחרים. שלישית, יעילותם רבה; רביעית, אין להם הפסדי חום נוספים לעומת פתרונות אחרים; וחמישית, הטכנולוגיה מאפשרת לספק חום במקומות רצויים ובגישה קלה.

פסי חימום אידיאליים למגוון רחב של יישומים ותעשיות: תעשיות כימיות, מיתקני זיקוק, תחנות כוח, מפעלי מזון ופארמה, וכדומה.

הנה דוגמה לשימוש יעיל בפסי חימום. שעווה מתחילה להתמצק כאשר היא נמצאת בטמפרטורה הנמוכה מ-70 מעלות צלזיוס - טמפרטורה גבוהה בהרבה מטמפרטורת הסביבה. לכן צנרת שמזרימה שעווה חייבת לקבל מקור חום חיצוני, שימנע מהשעווה שזורמת בצינור להתקרר. פסי חימום עשויים לשמש במקרה זה פתרון מצוין. דוגמה אחרת היא חימום צנרת קיטור של תחנת כוח כדי לשמור על קיטור "שחון", כלומר קיטור שהטמפרטורה שלו גבוהה במיוחד, או שמירה על טמפרטורה גבוהה יחסית של גז כדי לשמור על מצב הצבירה שלו לצורך הזרמתו ושימוש בו במגוון תהליכים.

ישנם בשוק מספר סוגים של סרטי חימום, שלושה מהם נפוצים במיוחד: סרטי חימום גמישים עם ויסות עצמי, סרטי חימום גמישים עם הספק קבוע וסרטי חימום מתכתיים/מינרליים.

מדידת לחץ היא אחת המדידות החשובות בתעשייה. המדידה מתבצעת על-ידי שני עקרונות מדידה עיקריים: שיטה מכנית - תגובתה בתנועה קווית או זוויתית, ושיטה שמערבת חיישניים אלקטרוניים בעלי יציאת זרם/מתח או אחר, אשר מאפשרים מדידה מדויקת יותר.

בשיטה מכנית, מדי לחץ בעיקר משמשים במגוון שיטות בנפח פנימי גדול, כך שבשימוש עם בית דיאפרגמה יש למלא כמות גדולה של שמן כדי ליצור תנועה. לעומתם, בעבודה עם חיישני לחץ אלקטרוניים, דרוש מינימום של נוזל כדי לייצר תנועה, וכל כמות מעבר לכמות המינימלית הדרושה בבית דיאפרגמה, עלולה לגרום לשגיאה בדיוק.

ארבעה חיישני לחץ אלקטרוניים מהנפוצים בשוק שמשתמשים בהם לייצור רגשי לחץ:

* Piezoresistive Silicon Sensors

* Metal Strain Gauge Thin Film Sensors

* Ceramic Thick Film Sensors

* Capacitive Ceramic Sensors

לכל חיישן יתרון וחיסרון משלו. ההבדלים העיקריים הם אלה: חומרי מבנה, רמות דיוק, תחום לחצים, עלויות ומחיר.

דגמים במבנה סופי של החיישן - משדר לחץ

בעשורים האחרונים חדרו חיישני הלחץ האלקטרוניים ליישומים רבים כגון מדידת מפלס, ספיקה, צפיפות, פאזה ולחץ וליישומים בדיוק גבוה. כדי לשמור על הדיוק, גם בתי הדיאפרגמה היו צריכים להיבנות בהתאם.

בית דיאפרגמה נועד להפריד בין המכשיר המודד לתהליך באמצעות דיאפרגמה מחומרים שונים ונוזל מילוי. המכשיר המודד יכול להיות מבוסס על מנגנון מכני כגון בורדון, מפוחית או דיאפרגמה מכנית, או על חיישן אלקטרוני.

אלו הסיבות להשתמש בבתי דיאפרגמה: חומר חם או קורוזיבי, חומר צמיג, תהליך אשר יכול לקפוא או אבקתי ומתמצק, תהליכים סניטרים והעברת תנועה.

תמונה 04

בשימוש עם בתי הדיאפרגמה וחיישני לחץ אלקטרוניים/משדרי לחץ, נדרשת רמת דיוק גבוהה יותר מאשר בעת שימוש במדי לחץ. כדי להגיע לרמת דיוק גבוהה, חשוב לשמור על כמה דגשים.

סוגי שמנים: כמות השמנים רבה מאוד, ולעתים לתהליכים מסוימים נחוץ לערבב מספר שמנים. בעת בחירת שמן המילוי יש לבדוק את צמיגותו, התפשטותו ועמידתו בתנאי לחץ, ואקום וטמפרטורה. בתנאים מסוימים ובתהליכים מסוימים השמן עשוי לההופך לגז, ואז לא תתבצע המדידה. כמו כן טווח הטמפרטורה של כל אחד מהשמנים מוגבל.

שיטות מילוי: כדי להגיע לרמת דיוק גבוהה בידיעה שנעשה שימוש בכמות שמן מינימלית, דרושות שיטות מילוי מתקדמות. בין השאר, השמן עובר תהליכים מיוחדים. לדוגמה, מניעת חדירה של אוויר לתהליך, עשויה לגרום להיסטריזס בקריאה ועקב כך לאי יציבות ולשגיאה בקריאה.

אפקט הטמפרטורה: השפעת הטמפרטורה על נוזל המילוי היא החלק הבעייתי ביותר. כדי להוריד את השפעת השמן על המדידה, יש לצרף יחד מספר גורמים: סוג השמן והתפשטותו וכמות שמן מינימלית. לשם כך מיוצרים בתי דיאפרגמה מיוחדים בעלי חריטה פנימית אשר מעתיקה את הדיאפרגמה, קפילרה בעובי חור מינימלי, התקנה לא תחת השמש ועוד.

גודל דיאפרגמה: פקטור חשוב מאוד הוא בחירת גודל הדיאפרגמה. ידוע כי:

A (שטח) x P (לחץ) = F (כוח)

לפיכך מדידה בלחץ נמוך, כגון מדידת מפלס, מצריכה דיאפרגמה בעלת קוטר אשר ייתן מספיק כוח לביצוע תנועה מדויקת.

זמני תגובה: הפרמטרים לקביעת זמן התגובה הם צמיגות השמן, קוטר קפילרה, אורך קפילרה, דגם ותחום של המכשיר. שיפור בזמן התגובה יגרום לעלייה בכמות השמן ולבעיה באפקט הטמפרטורה. גם חומרי המבנה, הדגם ושיטת התקנתו בשטח חשובים מאוד בתהליך המדידה.

חומרי מבנה: בגלל מספר היישומים הרב כיום יש דרישה להתאים חומרי מבנה שונים לתהליך הנמדד.

להלן מספר דוגמאות של חומרי מבנה של דיאפרגמות בלבד (בנוסף אפשר לבצע ציפוי):

DIAPHRAGMS (Wetted Material)

304L SS (304L), Silver (SILV), 316L SS (316L), Tantalum (TANT), 321 SS (321), Teflon Coated Metal, Carpenter 20 (C20) (for anti-stick purposes only), Gold (GOLD), Titanium GR4 (TIT), Hast - C22 (HAS2), Zirconium 702 (ZIRC), Hastelloy B-2 (HASB), Buna N (NBR) (1250 PSI; 2500F), Hastelloy C-276 (HASC), Kalrez 1050LF (KALR), Inconel 600 (INC), Kel-F (KELF) (1250 PSI; 4000F), Monel 400 (MON), Teflon (TFE) (1250 PSI; 3500F), Nickel 200 (NICK), Viton A (VIT) (1250 PSI; 3500F), Nickel 201 (N201).

דגם ייצור: קיימים דגמים רבים, מעל 5,500 סוגים. למעשה, במפעלים רבים לקוחות דורשים דגמים אשר יתאימו לתהליך שלהם. דגם הייצור מורכב מהגורמים האלה: חומרי מבנה, שיטת חיבור, הארכות, שימוש בקפילרות, תקנים למיניהם וכדומה.

שיטת התקנה וחישובים: ההתקנה היא חלק חשוב בתהליך לא פחות מבחירת הדגם. לדוגמה, התקנה בוואקום צריכה להתבצע כ-30 ס"מ מתחת לתחתית המכל. רצוי לא להתקין את המשדר תחת קרני שמש ישירות. במדידה דיפרנציאלית רצוי להתקין קפילרה באורך שווה (בייחוד בהתקנה חיצונית).

תמונה 06

בדיקה: כדי לספק את המוצר הטוב ביותר, כל תהליך עובר במשך העבודה ובסיומה מגוון בדיקות כגון נזילות, שינויי לחצים, בדיקות ממוחשבות ולעתים בדיקות של השפעת "אפקט הטמפרטורה".

תיקונים: עלות המשדר גבוהה יחסית לעלות בית הדיאפרגמה. במקרים רבים בית הדיאפרגמה ניזוק, ואילו המשדר אינו ניזוק. לכן אפשר לבצע תיקון במחיר אטרקטיבי, לחסוך הרבה כסף ולקבל מוצר שלא נופל ברמתו ממוצר חדש.

דוגמאות של דגמי ייצור עם מגוון פתרונות לפי דרישות של לקוחות

סיכום: פרמטרים הדרושים כדי לתכנן בית דיאפרגמה: מיקום המשדר (Indoor or Outdoor); טמפרטורה - סביבה ותהליך; חשיפה לוואקום; לחץ - תהליך ולחץ מרבי; אורך קפילרה; דגם בית הדיאפרגמה; חיבור לתהליך, חומרי מבנה וכדומה; דרישות התקנה; תחום מדידה מינימלי.

הכותב הינו מנכ"ל חברת אלקון.

תהליך התיעוש של הכלכלות בעולם חב חוב נכבד לאנשים המפעילים ציוד מתכתי תעשייתי. בלא היכולת לחשל פלדה ומתכות אחרות במרוצת המאה האחרונה, לא היו לנו החלקים הדרושים ליצירת מכוניות, לבניית מטוסים, לקדיחת נפט או להנחת פסי רכבת. אלא שכמו כל תהליך המערב עבודה ידנית, אוטומציה משנה את חוקי המשחק. למרות פיגור של כמה שנים אחרי תעשיות אחרות, תעשיית חישול המתכות מצריכה כעת שדרוגים אוטומטיים בקצב גובר הולך לציוד חדיש ולציוד מיושן, החל במכונות חישול אנכי וכלה בפטישים ובכדורי הריסה. משימות שבוצעו בעבר ידנית, כגון העברה של מוטות פלדה כבדים, צינורות וציוד מלאי אחר, מתבצעות כעת אוטומטית כדי להגביר את בטיחות העובד.

חלפו הימים שבהם שלושה גברים היו מרימים מוט פלדה כבד לתוך מכונת חישול אנכית. כיום, הרבה מהמשימות הידניות האלו מוחלפות ב"יד" רובוטית או בשילוב של מנגנוני בקרה אוטומטיים אשר מסוגלים להרים, להכניס ולהפקיד חומרים. אפילו משימות כגון החלפת כלים מבוצעות כיום אוטומטית, בלחיצת כפתור.

לא רק שהדבר יוצר סביבת עבודה בטוחה יותר למחשלים, הפרודוקטיביות עולה. באמצעות אוטומציה של פעולות שמבוצעות על ידי אדם, אפשר להגביר את הייצור מכמה מאות חתיכות לשעה ל-3,000, תלוי בסוג המוצר שמחשלים.

לדברי קן קופלנד, נשיא של Ajax-Ceco, ברוב רובן של בקשות הפרויקטים מעורב כיום היבט כלשהו של אוטומציה. "כ-90% מהזמן שאנחנו מדברים עם לקוחות, הם רוצים ציוד שיש לו רכיב אוטומציה. Ajax-CECO, כפי שהיא ידועה כיום, היא אחת מהיצרניות הוותיקות ביותר של ציוד חישול. פעילותה החלה בשנת 1875. במשך יותר מ-140 שנה בנתה החברה והכניסה לייצור יותר מ-6,000 מכבשות חישול אנכיות ואופקיות. בשנת 2005 רכשה החברה את הקניין הרוחני של חברת ההנדסה צ'מבסרבורג, וכיום היא מייצרת שני מותגי ציוד ותומכת בהם.

”   ווייד פרגוסון, מנהל תחזוקה במודרן פורג': "יש גבול למה שמפעיל אחד מסוגל לעשות. בעזרת אוטומציה, רובוטים והתקנים ממונעים אחרים, אפשר להניע את החלקים בשלבים השונים של התהליך במהירות, בבטיחות ובדיוק רב יותר"   “

לדברי קופלנד, רוב בקשות האוטומציה הן לקונסולות בקרה או לסוג של חומר וציוד הובלה של פלדה לתוך המכונה, הסבת החומר כפי שמתבקש לצרכים של חימום וחישול, ולבסוף שימת המוצר המוגמר בתוך סל. בדוגמאות המורכבות ביותר אפשר ליצור "תאים" מזויפים עם תקשורת מתוחכמת המדווחת על שיעורי ייצור ועל ביצועי המכונות חזרה לרשתות החברה.

"אין זה נדיר שלקוח אשר רכש דגם ישן של ציוד מחזיר אותו ומבקש שנייצר אותו מחדש עם תוספים אוטומטיים", אומר קופלנד. Modern Forge Tenessee היא חברה כזו. זו חברת חישול פלדה אשר מייצרת חלקי אופנועים להארלי דיווידסון, בין השאר, מודרן פורג' במכבשי היציקה של צ'יימברברג שנרכשו אי שם בשנת 1980 ושוקלים בין 20 ל-50 טון. לחברה יש יותר מ-7,000 מכבשי יציקה במלאי. כדי להמשיך ולמנף את ההשקעה שלה בציוד הקיים, החליטה מודרן פורג' לעדכן ולשדרג את הקונסולות של פטיש המינוף שלה ובכך לשפר ביצועים, שכן היא מפעילה את הציוד במרווחים דחוסים.

"היו לנו כמה יחידות פטיש טובות מאוד עם בקרים מיושנים. ידענו שאם חלק מהקונסולות יושבתו, נצטרך לעבוד במצב לא מקוון", אמר ווייד פרגוסון, מנהל תחזוקה במודרן פורג'. מתוך ידיעה שהקניין הרוחני של צ'יימברברג נרכש על ידי היצרנים ב-AJAX, החליט פרגוסון ליצור עמם קשר כדי לתאם שדרוג אוטומציה.

"Ajax Ceco הצליחו לבנות פאנלים חדשים, ליצור את התוכנה הדרושה לשם כך ולכייל הכול לצרכים הספציפיים שלנו", אמר פרגוסון והוסיף, כי ייתכן שמודרן פורג' יתקינו רובוט במכבשי הקיצוץ כדי להתמודד עם עיכובים בייצור שהשפיעו בעבר על איכות ההסרה של הקיצוץ. לאחר התבוננות במפעילים ובדיקה כמה זמן לוקח לקצץ כל חלק, הסיקו בחברה שכאשר העובדים מתעייפים, קצב העבודה שלהם מואט באופן ניכר. כאשר עבר זמן רב מדי בין קיצוץ החלקים, המגשים היו מתקררים מדי, והדבר הפך את מלאכת הקיצוץ לקשה יותר. כעת, לאחר שמפעיל הפטיש משלים את מלאכת החישול, הרובוט ירים את החפץ ויקצץ אותו באופן קבוע.

"חברות חישול כמונו מתחילות לשקול כיצד אפשר ליישם אוטומציה במכבשים כדי לסייע בעבודה", אמר פרגוסון. "יש גבול למה שמפעיל אחד מסוגל לעשות. בעזרת אוטומציה, רובוטים והתקנים ממונעים אחרים, אפשר להניע את החלקים בשלבים השונים של התהליך במהירות, בבטיחות ובדיוק רב יותר."

בתאגיד החישול האופרטיבי של איטון (Eaton) ב-Kearney שבנברסקה, מופעלים 26 מכבשי Ajax-CECO 100. איטון עודנה אחת מהיצרניות המובילות של שסתומי מנועים והילוכי דיוק לתעשייה הממונעת בצפון אמריקה. המיתקן ב-Kearney גם מייצר חלקים המיועדים לחקלאות, לתעשייה הימית, ל-ATVs, לתעשייה הכבדה ולתעשייה הממונעת. כחלק מתהליך דו שלבי ליצירת שסתומי המנוע, נוצר שבלול פלדה עגול באמצעות מכבשות חישול. לאחר מכן הפריט עובר תהליך של הכאה מחדש, שם הוא הופך למוצר הסופי. במשך שנים רבות התבצע המעבר בין השלב הראשון של התהליך לשלב השני ידנית, באמצעות מפעילי מכונה.

”   תעשיית חישול המתכות מצריכה כעת שדרוגים אוטומטיים לציוד חדיש ולציוד מיושן. משימות שבוצעו בעבר ידנית, כגון העברה של מוטות פלדה כבדים, צינורות וציוד מלאי אחר, מתבצעות כעת אוטומטית כדי להגביר את בטיחות העובד   “

לפני כארבע שנים החלה איטון בפרויקט אוטומטי, שבו כל מה שצריך מפעיל המכונה לעשות הוא ללחוץ על כפתור, ויד רובוטית משלימה את התהליך. השדרוג התבצע על 15 מהמכבשים של Ajax ששימשו במיוחד לייצור של שסתומי המנוע.

המניע העיקרי למעבר לאוטומציה נבע מדאגה לבטיחות העובדים. לדברי רנדי קרויצר, מנהל אחזקה ראשי באיטון, "בן אדם יושב מול המכבש, ויכול באופן תיאורטי להיפגע אם משהו משתבש. עכשיו הוצאנו את האנשים מהמשוואה. הם עדיין שם, אבל עוטים לבוש ממוגן ופועלים רק כאשר צריך לבצע התאמות." קרויזר מוסיף כי היתרונות באו לידי ביטוי גם בתפוקה, מאחר שהתהליך האוטומטי איפשר לחברה להפעיל שני מכבשים בו בזמן במקום אחד. "אנחנו כל הזמן מעדכנים את הציוד שלנו", אמר קרויזר. "התעשייה יוצאת מהמנטליות שלפיה אנשים מבצעים את כל העבודה הידנית, ובמקום זה נותנת לטכנולוגיה לתפוס פיקוד. זה המניע בתעשייה כרגע".

מקור: www.manufacturingtomorrow.com