Cyfryzacja i automatyzacja procesów wytłaczania profili z tworzyw sztucznych są celem wspólnego projektu badawczego AutoRock realizowanego przez Centrum Tworzyw Sztucznych SKZ i Instytut Fraunhofera ds. Układów Scalonych IIS. Kluczowym założeniem przedsięwzięcia jest opracowanie rozwiązania umożliwiającego zautomatyzowaną i wiarygodną detekcję wad w profilach z tworzyw bezpośrednio w trakcie produkcji. Projekt odpowiada na jedno z głównych wyzwań w przetwórstwie tworzyw: wczesne wykrywanie odchyleń jakościowych zanim doprowadzą do braków, strat materiałowych lub kosztownych poprawek.
Aby zbudować wiarygodną bazę danych dla systemu nadzoru wspieranego przez sztuczną inteligencję, w ramach projektu wytworzono celowo profile z charakterystycznymi wadami. Dodatkowo przedsiębiorstwa produkcyjne udostępniły brakowe wyroby z typowymi defektami spotykanymi w praktyce. Zebrany materiał obejmuje m.in. kawerny, wtrącenia obcego materiału, pory oraz błędy geometryczne, co pozwala odwzorować powtarzalne i jednocześnie realistyczne scenariusze eksploatacyjne. Na tej podstawie możliwe jest przygotowanie zbioru danych odzwierciedlającego rzeczywiste warunki pracy linii wytłaczających, w tym występowanie złożonych i nakładających się nieciągłości wewnętrznych w profilach.
Przygotowanie bazy danych i badania nieniszczące
Próbki profili poddano następnie analizie z wykorzystaniem nowoczesnych systemów tomografii komputerowej z promieniowaniem rentgenowskim oraz ugruntowanych metod badań nieniszczących. Zastosowanie zaawansowanych systemów CT umożliwiło szczegółowe zobrazowanie wewnętrznej struktury wyrobów, w tym defektów objętościowych i niejednorodności materiałowych. Zgromadzony w ten sposób zestaw danych stanowi obecnie podstawę do uczenia systemu sztucznej inteligencji, który ma w przyszłości automatycznie wykrywać, klasyfikować i oceniać wady pod kątem ich znaczenia dla jakości wyrobu.
Dzięki zróżnicowanemu zakresowi danych uczących system AI ma możliwość rozpoznawania także złożonych lub nałożonych na siebie struktur defektów. Istotne jest nie tylko odróżnianie wad krytycznych od nieistotnych z punktu widzenia funkcji profilu, lecz także powiązanie ich z warunkami procesu wytłaczania. Pozwala to na budowę algorytmów, które w przyszłości będą mogły stanowić podstawę adaptacyjnego sterowania linią produkcyjną w oparciu o informacje z systemu inspekcji.
Koncepcja demonstratora do pomiarów online
Równolegle w projekcie opracowano koncepcję specjalnie dostosowanego demonstratora, który w przyszłości umożliwi prowadzenie pomiarów online w trakcie procesu wytłaczania profili. Założenia dla takiego systemu są wymagające, ponieważ urządzenie musi zapewniać stabilne i powtarzalne pomiary przy ciągłym ruchu materiału, wysokich prędkościach linii oraz ograniczonej przestrzeni zabudowy w strefie produkcyjnej. Dodatkowo konieczne jest spełnienie wymagań w zakresie ochrony radiologicznej związanych ze stosowaniem promieniowania rentgenowskiego.
Technologia musi być również zaprojektowana w taki sposób, aby mogła zostać zintegrowana z istniejącymi liniami produkcyjnymi bez zakłócania przebiegu procesu. Obejmuje to zarówno kwestie mechanicznej zabudowy systemu, jak i komunikacji z układami sterowania wytłaczarki oraz systemami zapewnienia jakości. Przygotowana w AutoRock koncepcja uwzględnia te ograniczenia i tworzy podstawy dla nowej generacji systemów CT przystosowanych do pracy inline w przemyśle tworzyw sztucznych. Testy praktyczne mają zostać przeprowadzone w dalszej części roku w warunkach zbliżonych do przemysłowych.
Model CAD systemu pomiarowego online z wykorzystaniem tomografii rentgenowskiej bez obudowy i osłon promieniowania. (Fot. Fraunhofer IIS)
Monitorowanie w czasie rzeczywistym i dokumentacja jakości
Połączenie algorytmów sztucznej inteligencji z dostosowaną do pracy inline technologią tomografii rentgenowskiej otwiera nowe możliwości dla przemysłu przetwórstwa tworzyw sztucznych. Systemy monitorowania w czasie rzeczywistym umożliwią natychmiastowe wykrywanie odchyleń jakościowych i dynamiczne dostosowywanie parametrów procesu, na przykład temperatury, prędkości wytłaczania czy prędkości odciągu. Zakłada się, że wdrożenie takich rozwiązań przyczyni się do istotnego ograniczenia ilości braków, zwiększenia stabilności procesu oraz poprawy efektywności wykorzystania surowców.
Równocześnie ciągłe gromadzenie danych pomiarowych z systemu CT stwarza możliwość prowadzenia szczegółowej dokumentacji jakości wyrobów. Tego typu informacje mogą być wykorzystywane zarówno do wewnętrznej optymalizacji procesów, jak i do udokumentowania spełnienia wymagań odbiorców w zakresie kontroli jakości. Integracja danych z systemami nadrzędnymi, takimi jak systemy zarządzania produkcją, wpisuje się w szerszy trend cyfryzacji i rozwoju rozwiązań przemysłu 4.0 w sektorze wytłaczania profili z tworzyw sztucznych.
Finansowanie projektu i zaproszenie dla przemysłu
Projekt AutoRock (kod finansowania 01IF23187N) jest finansowany przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Energii Niemiec w ramach programu wspierania przemysłowych badań wspólnych IGF, realizowanego za pośrednictwem Niemieckiej Agencji Kosmicznej DLR. Współpraca jednostek badawczych z przedsiębiorstwami przetwórczymi umożliwia pozyskanie reprezentatywnych próbek wyrobów oraz dostosowanie rozwijanych technologii do potrzeb praktyki przemysłowej.
Przedsiębiorstwa zainteresowane rozwiązaniami z zakresu nieniszczącej kontroli jakości profili wytłaczanych są zaproszone do kontaktu z partnerami projektu w celu uzyskania dalszych informacji. Centrum tworzyw sztucznych SKZ jest firmą ukierunkowaną na ochronę klimatu oraz członkiem stowarzyszenia Zuse, zrzeszającego niezależne, związane z przemysłem instytuty badawcze. Celem tej organizacji jest poprawa wyników i konkurencyjności przemysłu, w szczególności małych i średnich przedsiębiorstw, poprzez innowacje i współpracę sieciową.
