Produkcja włóknin
System optymalizujący wydajność produkcji włóknin w procesie igłowania
Włókniny igłowane to materiały wytwarzane z włókien sztucznych lub naturalnych, mające zastosowanie m. in. jako pokrycia izolacyjne, dźwiękochłonne, filtry, filce papiernicze, obicia tapicerskie, dodatki krawieckie, a także w podkładach pod nowobudowanymi drogami. Technologia ich wytwarzania, znana od niespełna stu lat, nie zmieniła się znacząco w tym czasie i pomimo, że jest dosyć wydajna i wymaga stosunkowo niedużych nakładów inwestycyjnych, nie była w tym czasie w sposób istotny udoskonalana.
Schemat procesu igłowania
Narzędzie igłujące wyposażone jest w tysiące długich igieł z zaczepami
Czujnik matrycowy do pomiaru stanu narzędzia igłującego
Czujnik zamontowany w maszynie igłującej
Ekran układu monitorowania obrazujący wyłamane igły i estymujący jakość produkowanej włókniny
Proces igłowania polega na przebijaniu z dużą częstością luźno związanych ze sobą włókien za pomocą płyt wyposażonych – w zależności od szerokości materiału – w kilka do kilkudziesięciu tysięcy specjalnych igieł. Posiadają one odpowiednio uformowane zaczepy, które przy przechodzeniu przez warstwę włókien powodują ich wzajemne zaplątywanie się i w ten sposób zwiększają wytrzymałość materiału. Na skutek przypadkowych zdarzeń lub zużycia igły łamią się, powodując trudne do wykrycia, ale często istotne, obniżanie się jakości produkowanego materiału. Do tej pory jakość materiału monitorowana była poprzez laboratoryjne pomiary wytrzymałości na wycinanych podczas produkcji próbkach. Technika taka jest bardzo nieefektywna zarówno z punktu widzenia kosztów, jak i szybkości wykrywania uszkodzeń.
Głównym celem projektu było stworzenie systemu monitorującego stan narzędzia igłującego (płyty z igłami) i określającego, czy na skutek złamań igieł jakość produkowanego materiału nie spadła poniżej wymaganego poziomu.
Zaprojektowany przez firmę SKA Polska system zbiera dane z tysięcy czujników, na bieżąco przeprowadza ich analizę, dopasowując je do wyuczonych wzorców wyłamań i podejmuje decyzje w oparciu o obszerną bazę wiedzy, zawierającą związki pomiędzy parametrami procesu, stanem narzędzia i parametrami jakościowymi materiału. Stworzenie takiej bazy wiedzy wymagało zarówno długotrwałych badań samych włóknin pod kątem wpływu różnych parametrów procesu produkcyjnego na ich właściwości, jak i modelowania matematycznego materiału i jego cyklu produkcyjnego w celu rozszerzenia wyników badań na wszystkie klasy włóknin.
Niebanalnym zadaniem było też dla nas zaprojektowanie samych czujników i budowa systemu akwizycji danych, który synchronizuje i digitalizuje dane napływające z tysięcy sensorów. Zrealizowane zostało to za pomocą koncepcji tzw. czujników matrycowych. Indywidualne czujniki grupowane są logicznie w macierze tworzące samodzielne moduły. Pomimo że czujników są tysiące (po jednym na każdą igłę), koszt całego systemu jest niewielki w porównaniu z wartością maszyny igłującej. Można go także instalować na już istniejących liniach produkcyjnych. System jest zaopatrzony w interfejs operatora, który umożliwia kontrolę stanu igieł „na żywo” i przeprowadzanie analiz jego wpływu na jakość produkowanego materiału.
Dzięki systemowi monitorowania producent włóknin zaoszczędzi na kosztownej kontroli jakości, a jednocześnie jakość oferowanych produktów nie zmieni się. Zmniejszą się czasy przestoju maszyn – ich przeglądy i wymianę zużytych części będzie można dokładniej przewidzieć i zaplanować. Dzięki analizie procesu produkcyjnego przedsiębiorca będzie mógł wytwarzać swój produkt efektywniej.
Film przedstawiający proces igłowania włókniny
W projekt zaangażowany był szereg podmiotów gospodarczych z Europy, m. in:. producenci włóknin i maszyn do ich produkcji, firmy badawczo-rozwojowe i renomowany niemiecki naukowy instytut tekstylny.