Un Team di Metrologi Estremamente Efficiente

Siemens AG Steam Turbines - Germania

“Una macchina è efficiente solo se viene sfruttata appieno.” É questo il motto del reparto di produzione delle pale di turbina della Siemens AG Steam Turbines a Görlitz in Germania. L’unico modo di contrastare la pressione dei costi e delle date di consegna nella produzione di turbine è il pieno utilizzo della macchina.

Per operare in modo efficiente, le macchine richiedono tempi ciclo ottimizzati e l’assenza di colli di bottiglia. In quanto parte del controllo qualità, questo significa ottimizzare i tempi di messa a punto e di misura e in particolare ridurre i tempi di programmazione delle macchine di misura 3D (CMM).

La soluzione per Siemens: I++ Simulator di Hexagon Manufacturing Intelligence 
La fabbrica di turbine di Görlitz è il centro dell’attività delle turbine a vapore della Siemens AG. In 11 località del mondo, Siemens produce turbine a vapore e a gas industriali che vengono fornite come set di turbine o trasmissioni.

A Görlitz vengono sviluppate e prodotte turbine e set di turbine da 45 kW a 250 MW. Vengono usate come azionamenti di generatori per la produzione di elettricità
e come trasmissioni per compressori, ventilatori e pompe. Svolgono ruoli fondamentali in molte applicazioni industriali, ad esempio nei settori del petrolio e del
gas, quelli della carta, della cellulosa, alimentare e metallurgico, e nelle centrali elettriche. Nel mondo sono state installate circa 20.000 turbine a vapore Siemens, la
maggior parte delle quali provenienti da Görlitz.

Quasi nessuna di queste 20.000 turbine è uguale a un’altra. Praticamente tutte sono uniche. “Ogni turbina è fatta su ordinazione”, spiega Ulrich Maywald, capo della produzione
di pale di turbina Siemens AG a Görlitz. “Due turbine possono sembrare simili dall’esterno ma i dettagli del progetto sono quasi sicuramente diversi all’interno poiché
ogni singola turbina viene progettata in base a specifici parametri forniti dal cliente. L’unica produzione di piccoli lotti che eseguiamo nel campo dell’ingegneria delle turbine
è la produzione delle pale.”

Dal pezzo grezzo al pezzo finito in un’unica operazione
Le pale sono senza dubbio le parti più appariscenti e imponenti di una turbina. Una turbina di grandi dimensioni può contenere fino a 200 pale collocate su
supporti a forma di anello di dimensioni diverse. Le piccole pale ad alta pressione (HP) situate all’ingresso del vapore nella turbina cedono il passo alle pale più
grandi, a pressione minore (LP) e sempre più elicoidali verso la parte posteriore man mano che il vapore si espande.

“La pala HP più piccola che produciamo è alta 45 millimetri e larga 12,5 millimetri. La nostra pala LP più grande è lunga 1,2 metri e pesa ben 43 kilogrammi.
Questa pala viene fresata da un pezzo grezzo forgiato che pesava originariamente 76 kilogrammi,” afferma Ulrich Maywald relativamente al complesso processo di produzione delle pale a bassa pressione.

Tutte le dimensioni delle pale LP elicoidali con base “pine tree” sono ottenute da un pezzo grezzo esattamente come le pale più grandi costruite fino ad oggi. I centri di lavorazione automatici a 5 e 4 assi sono pronti ad affrontare questo lavoro a Görlitz.

“Impiegando una macchina come questa, tutta la lavorazione può essere gestita in due sole operazioni, trasformando un pezzo grezzo in una pala completa al 95%”, spiega Ulrich Maywald. Aggiunge: “Ovviamente questo livello di produzione è anche una sfida enorme quando si tratta di assicurazione qualità. Dobbiamo confrontarci con un gran numero e una varietà di fattori che incidono sulla produzione. Questo comprende i tempi di messa a punto e soprattutto i tempi di misura”.

Rischi del programma di produzione e del calendario di progetto
Se dovessero sorgere delle difficoltà quando si introduce un nuovo programma automatico o mentre si misura una pala per la prima volta, si devono adattare rapidamente il programma di produzione e il calendario di progetto.

“L’impiego del software di simulazione riduce ampiamente il rischio di errore in questi campi.” afferma Sebastian Frinker, tecnico applicativo che si occupa di produzione di pale a Görlitz.

Per il monitoraggio simultaneo della collisione e ottimizzazione degli assi sulle fresatrici è particolarmente importante conoscere il profilo preciso dei pezzi grezzi forgiati. Siemens è in grado di digitalizzare completamente i pezzi grezzi con l’impiego del braccio di misura ROMER Absolute Arm SI a 7 assi. Il modello 3D generato viene poi usato come punto di partenza direttamente nel software di programmazione automatico delle fresatrici.

“La cosa più importante, tuttavia”, secondo Sebastian produzione in modo virtuale attraverso la simulazione prima che anche un solo truciolo cada dal pezzo grezzo reale! Questo non solo identifica le collisioni ma permette anche di misurare e controllare le dimensioni programmate.”

Questo è un importante salto qualitativo nella programmazione della produzione e assicurazione qualità per la produzione di pale alla Siemens.

 L‘impiego del software
di simulazione riduce
ampiamente il rischio di
errore in questi campi.

Poiché le rispettive fasi di lavorazione dei profili delle pale possono essere convertite in una mappa digitale 3D, si possono verificare le conclusioni sui parametri di correzione per il processo di produzione. Per far questo in modo efficiente, tuttavia, i profili delle pale devono poter essere misurati e valutati nel solito modo senza “gravare” sulla macchina di misura reale. Anche il componente digitalizzato della rispettiva fase di produzione deve trovare posto nella sala metrologica virtuale.

Un salto di qualità grazie alla simulazione di misura
Questo salto di qualità è stato reso possibile dall’uso di I++ Simulator di Hexagon Metrology (la sala metrologica virtuale) assieme al software di misura QUINDOS e
I++DME che Siemens già usava da diversi anni.

Grazie alla soluzione innovativa della misura simulata, la lunga procedura precedente, che comportava più operazioni di messa a punto e misura ogni qualvolta si introducevano nuove varianti alle pale, è diventata cosa del passato.

Come programma standalone, I++ Simulator consente di simulare un intero processo di misura. Il tecnico applicativo Siemens, Sebastian Frinker, lo impiega per programmare i processi di misura per l’intera gamma di parti come se stesse impiegando la sua macchina di misura reale, una Leitz SIRIO 6.8.8.

Questo significa che lavora con il dispositivo di misura virtuale e programma con il suo noto software di misura e di valutazione QUINDOS. La sola differenza è che il dispositivo di misura virtuale viene controllato manualmente con un comune gamepad, anziché il pannello di controllo tradizionale.

Di fatto la programmazione viene eseguita esattamente come lo sarebbe sulla macchina reale. Questo trasforma la programmazione offline in programmazione online senza ostacoli.

Per un’efficacia ottimale quando si creano programmi di misura, i programmatori della Siemens a Görlitz usano l’applicazione Quindos “MeBladeProf”. Le prestazioni di
MeBladeProf (misura/valutazione del profilo di una pala di turbina) coprono tutto: dalla misura semplificata alla valutazione delle sezioni del profilo della pala.

I valori target caratteristici del profilo vengono inseriti su un semplice schermo con la visualizzazione del profilo della pala. L’istruzione richiama una subroutine che, usando i percorsi senza ostacoli, misura automaticamente il profilo ed esegue la compensazione Frinker, “è che possiamo anche misurare i risultati della del raggio, l’adattamento, il confronto reale-teorico e la presentazione desiderata dei risultati.

L’istruzione può essere eseguita direttamente con i profili teorici generati in QUINDOS CAD, sia per il pezzo grezzo misurato in modo virtuale sia per il pezzo finito
misurato reale.

L’affidabilità dei programmi di misura parametrizzati
Il tecnico applicativo Sebastian Frinker affronta un altro aspetto, quello dell’adattamento del programma di misura. “Con programmi di misura parametrizzati che sono validi per un’intera famiglia di componenti, le modifiche di un particolare progetto di pala possono causare problemi. Ciò è dovuto al fatto che questi cambiamenti incideranno sul resto della famiglia, magari in modi che non sono considerati. Non ce ne accorgiamo fino a che non sorgono difficoltà in produzione.” Difficoltà come queste possono essere eliminate da un esperto di misura con l’uso di I++ Simulator. “Con I++ Simulator posso passare in rassegna una serie di scenari diversi in modo virtuale per identificare in anticipo i problemi. Se non potessi fare questo, dovrei montare e testare ogni singola pala di quella famiglia dopo che è stato fatto un cambiamento al programma parametrizzato, cosa assolutamente impossibile per il tempo che richiederebbe.

Anche il capo della produzione Ulrich Maywald è più che soddisfatto della combinazione QUINDOS, istruzione MeBladeProf e I++ Simulator: “Le non conformità o gli errori del programma di misura sono quindi identificati prima che le materie prime vengano consegnate e la produzione può iniziare senza ritardi. Grazie alla produzione e alla misura interamente visualizzata, siamo nella situazione ideale per sviluppare rapidamente nuove geometrie di pale e introdurle nei prodotti.” Questo rappresenta un passo avanti verso la tecnologia del futuro e la quarta rivoluzione industriale.

Görlitz: esemplare nell’assicurazione qualità 

La programmazione virtuale e i risultati di misura rappresentano un grosso impulso alla produzione di turbine alla Siemens AG di Görlitz,nonchè un esempio di
efficienza per altri stabilimenti Siemens con la stessa gamma di prodotto.

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