Datengesteuerte Gussfehlerreduzierung

Zwei digitale Technologien eröffnen neue Möglichkeiten zur Ursachenanalyse und Reduzierung von Gussfehlern. In Kombination eingesetzt, sind sie besonders effektiv.

Per L. Larsen
DISA Industries A/S, Taastrup, Dänemark

Formstoffe, Anlagen und Verfahren wurden in der Vergangenheit unermütlich verfeinert, um beim heutigen, modernen Grünsandverfahren anzugelangen, mit dem sich hochwertiger Eisenguss effizient und kostengünstig erzeugen lässt.
Aufgrund der Komplexität des Grünsandprozesses bleibt es jedoch weiterhin schwierig, genau zu ergründen, warum manche Gussteile Defekte aufweisen und andere nicht, und die richtigen Korrekturen vorzunehmen, um das Auftreten von Gussfehlern zu verhindern.
Das Sammeln von Daten zum Formstoffgemisch und anderen Teilen des Prozesses stellt das Beweismaterial, mit dessen Hilfe die Ursachen von Gussfehlern und deren Abhilfen identifiziert werden können. Dieser datenbasierten Analyse steht allerdings einiges im Wege – nicht zuletzt die Infrastruktur, die nötig ist, um verlässliche, einheitlich zeitgestempelte Daten von den verfügbaren Quellen auszulesen.
Um eine aussagekräftige Analyse zu ermöglichen, müssen die zusammengeführten Verfahrensdaten ein „digitales Gesamtbild“ der ganzen Gießerei bis auf Gussteilebene bereitstellen. Anhand dieses Gesamtbildes könnte Fachpersonal theoretisch die komplexen Zusammenhänge zwischen Formstoffeigenschaften, Anlageneinstellungen und anderen Prozessparametern, sowie deren kombinierten Einfluss auf Gussfehler, aufzeichnen. In der Praxis ist eine solch umfassende Analyse aufgrund der schieren Menge an Daten nicht umsetzbar.
Zwei neue digitale Technologien schaffen hier Abhilfe. Ein sogenanntes „Trace and Guidance“- System (kurz TAG), kann jedes einzelne Gussteil bis auf seinen genauen Produktionszeitpunkt zurückverfolgen und somit die bei seiner Produktion gültigen Parameter feststellen. Eine zweite Technologie anaylsiert - unter Einsatz Künstlicher Intelligenz und Cloud Computing - Daten vom gesamten Gießprozess (vom verwendeten Sandgemisch bis hin zum Trennen/Auspacken, Putzen und der Qualitätskontrolle), um Zusammenhänge zwischen Qualitätsproblemen und Prozessparametern aufzufinden.
Einzeln angewandt reduzieren TAG und die KI-gestützte Analyse effektiv Gussfehler, die von Abweichungen beim Formstoff oder anderen Parametern verursacht wurden. In Kombination eingesetzt beschleunigen die beiden digitalen Werkzeuge die Fehlerreduzierung dramatisch. Das Ziel: Nullfehlerproduktion. Im folgenden werden beide Technologien und ihr Zusammenspiel näher beleuchtet.

Vollständige Gussteilrückverfolgbarkeit: Warum und wie?
Für eine schnelle und präzise Ermittlung der Ursachen von Gussfehlern, müssen die Verfahrensdaten für jedes individuelle, fehlerhafte Gussteil betrachtet werden. Die Analyse auf Chargenebene reicht nicht aus.
Es stellen sich dabei folgende Herausforderungen/Fragen:
- Wann und wie wurde das individuelle Gussteil hergestellt?
- Manche Gussfehler, etwa Porösität, können mehrere oder komplexe Ursachen haben
- In welchem Verfahrensabschnitt liegt der Auslöser des Fehlers?
Die individuelle Kennzeichnung von Gussteilen ist ein erster notwendiger Schritt, um die genannten Herausforderungen bei der zielgerichteten Analyse von Fehlerursachen zu überwinden.
TAG-Technologie leistet dies. Sie ermöglicht die vollständige Rückverfolgbarkeit eines jeden produzierten Gussteils einer Charge. Dazu bringt es an jedem Gussstück eine Identifikationsnummer
an, anhand derer sich das individuelle Gussteil später den bei seiner Produktion geltenden/vorherrschenden Verfahrensparametern zuordnen lässt.
Die TAG-Methode setzt sich aus drei Schritten zusammen: 1. Markieren, 2. Einlesen, 3. Analyse.
1. Markieren
Das Kennzeichnen erfolgt durch spezielle Markierungseinheiten (siehe Abbildung), die direkt in die Modellplatte eingebaut werden. Diese Einheiten bestehen wiederum aus drei kleinen rotierenden Zeigern, die sich nach jeder hergestellten Form auf eine neue Position drehen. Dieser Vorgang findet innerhalb der Taktzeit der Formanlage statt, verlangsamt diese also nicht.
Die Kombination der drei Zeigerpositionen erzeugt eine lesbare Nummer am Gussteil. Die Zeigerpositionen und die zu ihnen gehörenden Identifikationsnummern werden über ein spezielles Steuerungsmodul gesetzt und zusammen zentral gespeichert. Die maximale Anzahl der durch die drei Zeiger darstellbaren Zahlen ist 19.684.
Dauerhaft einzigartige Kennziffern werden durch das Kombinieren der durch die Markierung repräsentierten Zahl mit einem speziellen Tages- Code, der für die jeweilige Formanlage in der spezifisches Gießerei einzigartig ist, erzeugt. So kann auch nach Jahren im Einsatz ein Gussteil bis auf seine „Geburtsumstände“ hin zurückverfolgt werden.
2. Einlesen
Das Einlesen findet nach dem Strahlen der Gussteile statt. Dazu wird mit einem Handscanner (siehe Abbildung) die Markierung am Gussteil abfotografiert und durch spezielle Erkennungssoftware in die jeweilige Identifikationsnummer dekodiert.
Wird das Gussteil in der Qualitätskontrolle als Ausschuss klassifizert, kann dies direkt am Handscanner registriert werden (etwa durch Auswählen eines Ausschusskriteriums aus einer Liste).
Alle Gussteile werden vom System zunächst automatisch als “gut” klassifiert und bleiben so lange “gut” bis sie speziell als Ausschuss registriert werden. Bei bestimmten Ausschussgründen, etwa schlechter Magnesiumbehandlung, können alle Gussteile, die in eine spezifische Produktionszeitspanne fallen, in einem Zug als Ausschuss markiert werden.
3. Analyse
Die Faktoren, die Einfluss auf spezifische Ausschussgründe haben, können ermittelt werden, indem Daten von der Ausschussregistrierung mit anderen Prozessparametern, wie Formstoffdaten, Metallurgiedaten, Daten über den Gießprozess, etc, korreliert werden. Diese können aus verschiedensten Systemen, Anlagen und Geräten bezogen werden.
Das TAG-System selbst erfasst folgendes und stellt es für die Analyse bereit:
- Formennummer
- Gussteilnummer
- Ausschussgrund/-kriterium
- Historischer Verlauf (alle Ausschussfälle samt Zeitstempel und Identifikationsnummer)