يتم استخدام أدوات الصناعة 4.0 بشكل شامل من قبل الشركات العالمية الكبرى اليوم. تمثل "مصانع المستقبل" النموذج الأولي للنموذج الذي سيتم على أساسه تنظيم إنتاج الثورة الصناعية الرابعة ، وهناك المزيد والمزيد من هذه المؤسسات. سنتحدث عن الاحتمالات المدهشة لمفهوم صناعي جديد على مثال المصنع "الذكي" لشركة جنرال إلكتريك ، حيث يتم استخدامه اليوم:
- تكنولوجيا الليزر والروبوتات ؛
- مواد خارقة
- التكنولوجيا المضافة ؛
- إنترنت الأشياء.
المنطقة الصناعية في ضواحي غرينفيل بولاية ساوث كارولينا ليست المكان الأكثر وضوحًا لرؤية المستقبل. ولكن هناك ، خلف مسارات السكك الحديدية والمصانع على شكل صندوق ، يمكنك العثور على المصنع المتقدم الجديد لشركة GE Power ، والذي تم افتتاحه في أبريل 2016. يغير هذا المكان فكرة كيفية إنشاء الأشياء.
خطوة إلى المستقبل رقم 1: تكنولوجيا الليزر والروبوتات
تبدو المؤسسة التي تغطي أكثر من ملعبين لكرة القدم وكأنها مجموعة أدوات ضخمة من المستقبل ، مزينة برمز GE عملاق. تقوم أداة القطع الليزرية الأنيقة القائمة على تقنية MicroJet بتوجيه شعاع الليزر عبر تيار رقيق من الماء وتقطيع الأشكال على معادن قوية ، مما يجعلها دقيقة للغاية بحيث تبدو وكأنها شيء غير مكتشف. قام المصنع بتركيب
طابعات ثلاثية الأبعاد صناعية وأفران أرجون في صفوف لمعالجة قطع الغيار المصنوعة من مواد فائقة خفيفة الوزن ومقاومة للحرارة - مواد مصفوفة السيراميك (KKM).
يستخدم جهاز الليزر هذا استنادًا إلى تقنية MicroJet تيارًا رقيقًا من الماء لتركيز شعاع الليزر (توهج روبي داخل الآلية). تم تطويره في الأصل للاستخدام في صناعة الألماس ، لكن GE Power قامت بتكييفه لإنشاء ثقوب التبريد الأكثر دقة في ريش التوربينات والتفاصيل الأخرى (انظر أدناه). صور GE الطاقةفي مكان ما على الجانب الآخر - يقوم الروبوت الذي يطلق عليه Autonomous Prime تكريماً لشخصية Optimus Prime's Transformers بمسح منطقة عملها من خلال تقنية LIDAR المدمجة لتحديد المواقع بالليزر - وهي نفس التكنولوجيا التي تستخدمها Google لإنشاء سيارات ذاتية القيادة - وتحتفظ بآلة طحن ذات تحكم بالكمبيوتر الإدارة. تستخدم معظم التقنيات المقدمة هنا أجهزة استشعار مدمجة تنقل البيانات إلى السحابة عبر قنوات الإنترنت الصناعية الآمنة للتحليل والمعالجة.
يقف مهندس General Electric Vinson Blenton بجوار الحكم الذاتي. تم تزويد هذا الروبوت بعيون مزودة بتقنية LIDAR المدمجة لتحديد المواقع لنقل الأجزاء الثقيلة في جميع أنحاء المصنع. يقول المهندس: "إنه يدرس الفضاء. يمكنه أن يرانا فعلاً ". في المصنع الجديد ، تؤدي الروبوتات "مهام قذرة ومعقدة وخطرة ومملة". صور GE الطاقةخطوة الى المستقبل رقم 2: المواد الخارقة
خلال زيارة قام بها فريق GE Reports للمصنع ، صنعت الآلات شفرات ضاغطة متموجة لأكبر محرك نفاث في العالم ، وأغطية خزفية لتوربينات الغاز وأجزاء أخرى من الأشكال الأكثر تعقيدًا ومن
أحدث المواد ، والتي كان من الصعب تخيلها منذ عامين. وفقا لكورت جودوين ، مدير GE الذي يدير المصنع ، "هذا المشروع هو جسر بين المختبر والواقع. هذا حاضنة. "نحن نعمل مع المهندسين لتمكينهم من تنفيذ خططهم الطموحة والمساعدة في دمج نتائجهم في الإنتاج الضخم بتكلفة معقولة".
يقول جودوين ، وهو رجل يرتدي نظارات ولحية رمادية ويتصرف مثل أستاذ جامعي ودود ، "لقد جلب ليوناردو دافنشي فكرة وجود طائرة هليكوبتر في العالم ، لكن إيغور سيكورسكي استغرق 400 عام لتنشيطها. لدينا كل شيء لمساعدة المخترعين لدينا على خلق هنا والآن ودون تأخير لإدخال التنمية في
الإنتاج الضخم . "
يمكن تصنيع أجزاء من مواد السيراميك المركبة في الأفران والأوتوكلاف في المصنع ، كما في الصورة أعلاه. صور GE الطاقةاستثمرت GE Power 75 مليون دولار في بناء المصنع. تقع بالقرب من منشأة الشركة الضخمة في جرينفيل ، حيث تنتج GE Power أكبر توربينات الغاز في العالم ، والتي تزن مئات الأطنان ، والتي يتم تصنيع تفاصيلها بدقة تضاهي سمك شعرة الإنسان. في المصنع الجديد ، سيقوم المهندسون وزملاؤهم من أقسام GE الأخرى ، مثل GE Oil & Gas و GE Global Research ، باختبار النماذج والتصميمات الجديدة ، وإنشاء نماذج أولية في وقت قصير ، ثم يبحثون عن طرق لإنتاج أفضل النماذج على نطاق واسع. GE تسمي مشروع تقاسم المعرفة والتقنية GE Store.
يسمح الماسح الضوئي ثلاثي الأبعاد المزود بتكنولوجيا الضوء الأزرق للمهندسين بمراقبة أقصى درجة من الدقة كيف تتغير الأجزاء المعقدة ، مثل الشفرات التوربينية بمرور الوقت بعد تشغيلها. صور GE الطاقةخطوة إلى المستقبل رقم 3: التقنيات المضافة
المشروع الثاني من نوعه ، وهو جنرال الكتريك - مركز تطوير التكنولوجيا المضافة (مركز تطوير التكنولوجيا المضافة) في بيتسبيرغ ، يساعد الشركة على تقديم طرق لإنتاج المواد المضافة ، ومن أهمها الطباعة ثلاثية الأبعاد.
وفقًا لغودوين ، كان من الضروري وجود مصنع للتكنولوجيا الفائقة لتلبية احتياجات المستهلكين. يقول: "إنه أمر لا يصدق مدى سرعة تغير العالم". - التوقعات بالتحسينات التي يقدمها السوق مذهلة. جارتنا هي الأكبر في العالم ، وقد تم تحسينها بالفعل لإنتاج توربينات الغاز في حدود قدرتها. لدى عمال هذا المصنع العديد من الأفكار الكبرى وليس لديهم وقت للألعاب ".
أعطى المهندسون ألقاب SLM Solutions للتركيبات المضافة مثل Poison Ivy و Catwoman. لا تزال الطباعة ثلاثية الأبعاد الصناعية ابتكارًا ، ويتصرف كل جهاز بشكل مختلف. ستشارك هذه الطابعات ثلاثية الأبعاد في الإنتاج الضخم. صور GE الطاقةيتم تثبيت أحدث الأجهزة والأجهزة لتحليل كميات كبيرة من البيانات هنا ، ولكن الشيء الرئيسي هو الأشخاص المناسبون. قام المصنع ، الذي سيعمل فيه 80 موظفًا ، بتوظيف علماء المواد بالفعل على درجة الدكتوراه والمهندسين والميكانيكيين الذين شحذوا مهاراتهم على مدى عقود. يقول جودوين: "لقد اخترنا بعناية فريقًا من الأشخاص المبدعين الذين يركزون على إيجاد الحلول ولا يخافون عندما يحدث خطأ ما". "إنهم يعرفون ماذا يعني الفشل بسرعة". معا يمكنهم حل أي مشكلة. "
قطع غيار لأكبر محرك نفاث في العالم وتوربينات الغاز وغيرها من المنتجات من الأشكال الأكثر تعقيدًا ومن أحدث المواد ، والتي كان من الصعب تخيلها قبل عامين ، يتم تصنيعها في مصنع جنرال إلكتريك في جرينفيل.
يبدأ العمل عندما يصل
نموذج CAD ثلاثي الأبعاد
للنموذج الأولي الأول إلى محطات العمل عبر الإنترنت. يقول بليك فولتون ، وهو مهندس مواد في المصنع: "نريد من المصممين أن يُظهروا لنا" من بنات أفكارهم المتواضعين "- وهو نموذج مكتمل بنسبة 80 في المائة فقط". "لقد أدركنا أنهم في هذه المرحلة أكثر استعدادًا للتعليقات". ثم بدأ فولتون وزملاؤه في إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للهيكل. يمكن طباعتها من البلاستيك أو
المعدن ، أو حتى منحوتة من الخشب.
مهندس تصنيع إضافي تشاد Dulkevich مع عينات اختبار 3D المطبوعة. صور GE الطاقةفي السابق ، أرسل المصممون أرشيفهم من خلال خدمة التوصيل السريع إلى المقاولين الذين قاموا بعمل النماذج وأرسلوها مرة أخرى بعد أسابيع. بفضل النقل المباشر للبيانات إلى الطابعات ثلاثية الأبعاد ، يصمم المصممون في غضون أيام قليلة العديد من الخيارات للرسومات ويرون على الفور كيف سيبدوون في الحياة الواقعية. يقول فولتون: "هذا ما نسميه النماذج الأولية السريعة".
بالإضافة إلى ذلك ، يقوم موظفو Goodwin باختبار جميع عمليات التصنيع. تستخدم GE Aviation بالفعل
الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد في المحركات النفاثة ، ولكن عندما حصلت شركة Goodwin على فكرة تطبيق نفس التكنولوجيا على توربينات الغاز (تشمل العديد من الأجزاء نفسها مثل المحركات النفاثة ، ولكنها أكبر من ذلك بكثير) ، ظهرت العقبات في طريقه.
تستخدم GE Aviation تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد القائمة على الانصهار بالليزر. يتكون ذلك من أن شعاع الليزر يدمج طبقات من مسحوق المعدن النقي ، مما يخلق أجزاء من الصفر. لكن تفاصيل Goodwin كانت كبيرة جدًا واستغرقت وقتًا طويلاً للغاية للطباعة على آلات DMLM ، والتي تبين أنها غير عملية من الناحية الاقتصادية.
تعمل التوربينات الغازية والنفاثة في درجات حرارة مرتفعة للغاية. قام المهندسون بتطوير نظام ثقب تبريد متطور للحفاظ على مستوى الأداء الأكثر كفاءة. تسمح لهم تقنية MicroJet بإنشاء نماذج جديدة ، كان إنتاجها مستحيلًا في السابق. صور GE الطيرانطلب جودوين من فريقه إيجاد سيارة أكثر اقتصادا. نظرًا لأن الطباعة ثلاثية الأبعاد مازالت تمثل ابتكارًا ، فإن الجهاز الأسرع الذي يمكن العثور عليه هو طابعة الليزر SLM Solutions 3D المزودة بعوارض ليزر ، والتي لم يتم طرحها بعد في السوق. "لقد اشترينا ثلاثة" ، يقول جودوين.
لقد كانت خطوة محفوفة بالمخاطر ، وسرعان ما بدأت الصعوبات في الظهور. "اتبعنا التعليمات ، لكن جودة المنتج كانت غير مرضية." قضى الفريق أربعة أشهر في تحليل 200 معلمة مختلفة للبرامج وأجرى 400 تعديلاً على الأجهزة قبل تصحيح أخطاء الأجهزة. أخيرًا ، تم استخدامها
لتحسين تصميم فوهة الوقود ثلاثية الأبعاد للحصول على أحدث توربينات الغاز من جنرال إلكتريك ووضعها قيد الإنتاج. التصميم الجديد يقلل من انبعاثات أكسيد النيتروجين مع زيادة انتاج الطاقة والإنتاجية. يقول جودوين: "لقد تمكنا من إكمال 10 خيارات تصميم في غضون بضعة أشهر فقط ، ثم بعد أربعة أشهر أرسل الإصدار النهائي إلى الإنتاج". "عادة ما يستغرق سنة واحدة."
خطوة الى المستقبل رقم 4: إنترنت الأشياء
تستخدم GE منصة برمجيات Predix لتدفق البيانات عبر الإنترنت الصناعي إلى السحابة وتحليلها ونقل المشكلات والحلول إلى الفريق.
حلقات التغذية المرتدة هذه جزء من مفهوم GE الذي يسمى الخيط الرقمي. يقول كلاي جونسون ، مدير تقنية المعلومات في شركة GE Power ، إن المصنع لا يزال يعرض بعض ما هو متوقع في المستقبل فقط. ووفقا له ، فإن "الدفق الرقمي" سينقل باستمرار البيانات من العملاء والموردين إلى GE والعكس.
يقول جونسون: "سيتلقى النظام ردود فعل في الوقت الفعلي من خلال أجهزة استشعار موجودة على الأجزاء الموجودة داخل الأجهزة". - في المستقبل ، "يفهم" الجزء نفسه أنه أصبح غير قابل للاستخدام ، ويطلب إعادة التكوين تلقائيًا ويعين فني خدمات يقوم بتثبيت التحديث. هذا هو اوبر الحقيقي لهذه الصناعة. "
لكن التكنولوجيا لن تحل كل المشاكل. قال ستيف بولز ، الرئيس التنفيذي لشركة GE Power ، بعد حفل الافتتاح: "لدينا طابعات
الروبوتات والطابعات ثلاثية الأبعاد ، ولكن الشيء الأساسي هو أن شعبنا يثق في بعضه البعض بما يكفي للمخاطرة وخلق المستقبل معًا".
تصنع هذه الآلة الضخمة شفرات ضاغطات لأكبر محرك نفاث GE9X في العالم. صور GE الطاقة
يستخدم علماء المواد في GE Power هذين النموذجين من ريش التوربينات الريحية لتطوير أجزاء أكثر متانة ودقة من البوليمرات الحديثة. يمكن اختبار الشفرات المصنعة هنا على جهاز اختبار. صور GE الطاقةأرسلت بواسطة توماس كيلنر ، ge.com. ترجمة من الإنجليزية.