ขึ้นบินด้วยการตรวจวัดชั้นนำล้ำยุค
MTU Aero Engines หันมาใช้ PolyWorks|Inspector™ เพื่อปรับปรุงกระบวนการตรวจวัด
เมื่อคุณบินอยู่บนท้องฟ้าที่ความสูง 30,000 ฟุตด้วยความเร็ว 550 ไมล์ต่อชั่วโมง คุณจะเข้าใจมากขึ้นว่าเครื่องยนต์ไอพ่นที่น่าเชื่อถือมีความสำคัญมากเพียงใด MTU Aero Engines ผู้ผลิตเครื่องยนต์ไอพ่นชั้นนำในเยอรมนีนั้นให้ความสำคัญกับความปลอดภัยเป็นอันดับหนึ่ง บริษัทในเครือของ Daimler/Chrysler แห่งนี้ ได้กำหนดกระบวนการตรวจวัดที่เข้มงวดในทุกระยะของการพัฒนา/การผลิตผลิตภัณฑ์ เพื่อรับรองคุณภาพทั้งหมดของผลิตภัณฑ์ และเพื่อปรับปรุงและเพิ่มขอบเขตของเทคนิคการตรวจวัด MTU จึงหันมาใช้ PolyWorks|Inspector ซึ่งเป็นโซลูชันซอฟต์แวร์การตรวจวัดแบบพอยต์คลาวน์ชั้นนำของโลก มาดูกันว่า PolyWorks|Inspector ลดเวลาในการตรวจวัดใบพัดเทอร์ไบน์ของ MTU ลงมากกว่า 85% รวมทั้งมอบข้อมูลเกี่ยวกับคุณภาพของชิ้นส่วนให้แก่วิศวกรด้านคุณภาพมากกว่าที่เคยได้อย่างไร
ความท้าทาย
MTU – ขับเคลื่อนโลก
MTU Aero Engines GmbH คือผู้พัฒนา ผู้ผลิต และผู้จัดหาชั้นนำของเยอรมนีด้านบริการการพัฒนาการซ่อมแซมส่วนประกอบเครื่องยนต์การบินพลเรือนและทางทหาร ชุดประกอบ และใบพัดเทอร์ไบน์อุตสาหกรรม
บริษัทร่วมมือกับผู้ติดตั้งและผู้ผลิตระบบชั้นนำของโลกมาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งรวมถึง Pratt & Whitney, General Electric, Rolls-Royce, Snecma, Volvo และ FiatAvio ด้วย
MTU ขึ้นชื่อเรื่องการนำเทคโนโลยีขั้นสูงมาใช้กับทุกสิ่งที่เกี่ยวกับเครื่องยนต์ โดยบริษัทใช้เทคโนโลยีล้ำสมัยในการพัฒนา การผลิต และการตรวจวัดต่าง ๆ "สิ่งนี้ช่วยให้เรามอบผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงและล้ำสมัยแก่ลูกค้าของเราได้ตามที่ลูกค้ามีสิทธิ์จะคาดหวัง" ดร. Karl-Heinz Dusel วิศวกรคุณภาพของ MTU กล่าว
ความซับซ้อนของเครื่องยนต์ไอพ่น
เครื่องยนต์ไอพ่นประกอบด้วยส่วนประกอบหลายร้อยชิ้น ซึ่งล้วนต้องได้รับการตรวจวัดอย่างละเอียดก่อนการประกอบ ขั้นตอนการตรวจวัดที่ MTU เคยใช้พิสูจน์แล้วว่าทำให้เกิดปัญหาคอขวดในวัฏจักรการผลิต เนื่องจากความล่าช้าและความซับซ้อนของเทคนิคที่ใช้ นอกจากขีดจำกัดเรื่องความเร็วแล้ว อุปกรณ์การตรวจวัด เช่น เครื่องมือวัดพิกัดละเอียดสามแกน (CMM) ยังมีขอบเขตที่จำกัด ส่งผลให้วิศวกรด้านคุณภาพต้องตรวจสอบคุณสมบัติของชิ้นส่วนจำนวนจำกัด จนทำให้ขาดข้อมูลที่มีค่าไป
เครื่องยนต์ไอพ่นใช้สำหรับขับเคลื่อนเครื่องบินไปข้างหน้า เพื่อให้ขึ้นบินและบินอยู่ในท้องฟ้าได้ เครื่องยนต์ไอพ่นของเครื่องบินต้องผลิตไอเสียที่พ่นออกทางด้านหลังของเครื่องยนต์ โดยเครื่องยนต์ต้องดูดอากาศเพื่อนำไปจุดระเบิดโดยใช้พัดลมที่ด้านหน้า เพื่อสร้างพลังงาน (แรงผลัก) มหาศาลนี้ ส่วนคอมเพรสเซอร์จะบีบอัดอากาศและผลักดันอากาศเข้าสู่ห้องสันดาป เชื้อเพลิงถูกฉีดและผสมกับอากาศอัดที่ไหลเข้ามา และส่วนผสมเชื้อเพลิงกับอากาศก็จะถูกเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง ความร้อนที่เกิดขึ้นขยายปริมาตรก๊าซขึ้นหลายเท่า ทำให้ก๊าซต้องหนีออกจากห้องสันดาปกลายเป็นกระแสพลังงานสูง จากนั้นก๊าซจะไหลผ่านใบพัดเทอร์ไบน์ ทำให้ใบพัดหมุนและสร้างพลังงานที่จำเป็นในการขับคอมเพรสเซอร์และพัดลม
ใบพัดเทอร์ไบน์ประกอบด้วยหลายขั้น แต่ละขั้นประกอบด้วยครีบนำทางคงที่หนึ่งแถว และใบพัดเคลื่อนที่หนึ่งแถว ใบพัดจะร้อนขึ้นจนเป็นสีแดง และต้องแข็งแรงพอที่จะรองรับแรงเหวี่ยงจากการหมุนด้วยความเร็วสูงได้ ในสภาวะเช่นนี้ สิ่งเดียวที่ยอมรับได้คือความสมบูรณ์แบบ! โดยทุกชิ้นส่วนต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านการออกแบบที่เข้มงวดที่สุด
กระบวนการตรวจวัดแบบเดิม
แต่เดิมนั้น MTU ใช้กระบวนการตรวจวัดด้วย CMM ในการวัดใบพัด แต่กระบวนการแบบนี้ทำให้ต้องเสียเวลาก่อนขั้นตอนการผลิตเพิ่มขึ้นอย่างมาก:
- กระบวนการเก็บข้อมูล CMM ใช้เวลาสูงสุดถึง 80 นาทีสำหรับใบพัดแต่ละใบ
- การสแกนใบพัดภายในสถานที่ไม่สามารถทำได้ในระหว่างขั้นตอนการผลิต ซึ่งทำให้ MTU ต้องนำชิ้นส่วนไปยังสถานีดิจิทัล
- จำนวนจุดที่วัดนั้นทำได้จำกัด (หนึ่งร้อยจุด) ทำให้การตรวจวัดพื้นผิวให้ทั่วนั้นเป็นไปไม่ได้
- การใช้งาน CMM เป็นงานที่ต้องใช้เวลามาก ซึ่งจำเป็นต้องให้ช่างเทคนิคที่ผ่านการฝึกอบรมมาอย่างดีคอยควบคุมดูแลอย่างต่อเนื่อง
- การประมวลผลข้อมูล การวัด การเปรียบเทียบ และการสร้างรายงานเป็นกระบวนการที่ยาวนาน และต้องใช้แพ็กเกจซอฟต์แวร์มากมาย
โซลูชัน
ทำลายอุปสรรคใหญ่ด้วย PolyWorks|Inspector
เพื่อรับรองคุณภาพของผลิตภัณฑ์ทั้งหมด MTU จึงต้องทำงานอย่างใกล้ชิดกับ Duwe 3d ซึ่งเป็นผู้จัดหาโซลูชันการแปลงข้อมูลเป็นดิจิทัล 3 มิติชั้นนำ และตัวแทนจำหน่าย PolyWorks ในเยอรมนี เพื่อพัฒนาโซลูชันการตรวจวัดรุ่นสั่งทำที่ปรับให้เข้ากับข้อกำหนดที่เข้มงวดของอุตสาหกรรมการบิน
ตอนนี้ MTU ได้ประโยชน์จากข้อดีมากมายจากการใช้ระบบการสแกน 3 มิติด้วยเลเซอร์ร่วมกับ PolyWorks ในกระบวนการควบคุมคุณภาพ สำหรับการตรวจวัดใบพัดเทอร์ไบน์ MTU ใช้เครื่องสแกนเลเซอร์ติดตั้งบนแขนข้อต่อ (FARO GoldArm และ ModelMaker ของ 3DScanners) สำหรับสแกนชิ้นส่วนโดยตรงในสถานที่ และเพื่อจัดเก็บเค้าโครงทุกส่วน รวมทั้งส่วนที่หลบซ่อนอยู่ด้วย
เทคนิคการตรวจวัดแบบใหม่นี้ช่วยให้ MTU ลดเวลาในการเก็บข้อมูลและประมวลผลพอยต์คลาวน์ของใบพัดเทอร์ไบน์ลงได้อย่างมาก: "ข้อดีที่ยอดเยี่ยมข้อหนึ่งของ PolyWorks ก็คือความยืดหยุ่นในการปรับใช้งานกับระบบดิจิทัลได้ทุกประเภท" ดร. Dusel กล่าว "คุณสมบัตินี้ทำให้ทดลองและหาโซลูชันที่ตรงความต้องการของเราที่สุดได้อย่างอิสระ นอกจากจะประหยัดเวลาลงอย่างมากแล้ว การตรวจวัดพอยต์คลาวด์ความหนาแน่นสูงโดยใช้ PolyWorks ยังมอบความเป็นไปได้ให้เราปรับใช้การวัดแบบใหม่ ๆ มากมาย"
การตรวจวัดพื้นผิวทั้งหมด
ก่อนจะวิเคราะห์พื้นที่อย่างเจาะจงบนใบพัดเทอร์ไบน์ MTU จะประเมินคุณภาพโดยรวมของชิ้นส่วนที่ผลิต โดยการเปรียบเทียบกับจุดดิจิทัลแต่ละจุดกับจุดอ้างอิง (วัตถุ CAD) วิศวกรด้านคุณภาพตั้งค่าความคลาดเคลื่อนยินยอมที่เกี่ยวข้อง และสร้างแผนที่สีเพื่อแสดงระดับความเบี่ยงเบน เทคนิคนี้ช่วยให้เห็นภาพรวมของคุณภาพโดยรวมของชิ้นส่วนได้อย่างรวดเร็ว และช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญสามารถมุ่งเน้นบริเวณที่อยู่นอกความคลาดเคลื่อนยินยอมที่กำหนดไว้ และนำไปวิเคราะห์เพิ่มเติมได้ ซึ่งเทคนิคการตรวจวัดด้วย CMM แบบเดิมไม่สามารถให้ข้อมูลที่มีค่าดังกล่าวแก่วิศวกรด้านคุณภาพได้ ความสามารถในการเปรียบเทียบที่ทรงพลังของ PolyWorks ไม่เพียงระบุความผิดรูปของชิ้นส่วนเท่านั้น แต่ยังช่วยให้วิศวกรด้านคุณภาพค้นหาที่มาของปัญหาตามกระบวนการการผลิตและแก้ไขได้ด้วย
เทคนิคการเปรียบเทียบจุดกับ CAD ของ PolyWorks สามารถปรับแต่งได้เต็มรูปแบบและแม่นยำกว่าโซลูชันซอฟต์แวร์ประมวลผลพอยต์คลาวด์เจ้าอื่น ๆ ในตลาด
การวิเคราะห์โปรไฟล์
โปรไฟล์เป็นเรขาคณิตที่สำคัญที่สุดของใบพัด เนื่องจากใบพัดส่งผลกระทบต่อกระแสการไหลของก๊าซโดยตรง เราใช้ภาพตัดขวางมาคำนวณอากาศพลศาสตร์ของใบพัดแต่ละใบ
การวิเคราะห์โปรไฟล์ดำเนินการโดยใช้ความสามารถในการวิเคราะห์ภาพตัดขวางที่ยอดเยี่ยมของ PolyWorks ภาพตัดขวางของชิ้นส่วนเป็นรูปโครงสร้าง 2 มิติที่ได้มาจากการตัดตั้งฉากกับระนาบบนพื้นผิววัตถุ ซึ่งนี่คือ "ส่วนตัด" ของวัตถุ ระบบจะสร้างโปรไฟล์ข้อมูลและโปรไฟล์อ้างอิง (CAD) ขึ้นมาสำหรับส่วนตัดแต่ละส่วน และเพื่อให้การวิเคราะห์แต่ละโปรไฟล์มีความแม่นยำ PolyWorks จึงนำเสนอความสามารถในการวางแนวเฉพาะที่ (local best-fit) ด้วย
แผนที่สีภาพตัดขวางจะถูกสร้างขึ้นโดยสอดคล้องกับค่าความคลาดเคลื่อนยินยอมที่ผู้ใช้กำหนด นอกจากนี้แล้ PolyWorks ยังแสดงแถบความคลาดเคลื่อนยินยอมควบคู่กับโปรไฟล์ CAD และโปรไฟล์ข้อมูลด้วย
ข้อดีที่สำคัญอีกประการหนึ่งของ PolyWorks คือความสามารถในการแสดงความเบี่ยงเบน "จริง" โดยไม่คำนึงถึงองศาระหว่างภาพตัดขวางและความปกติของพื้นผิว
การตรวจวัดขอบนำ: มาตรวัดเสมือน
PolyWorks นำเสนอความสามารถของมาตรวัดแบบเสมือนที่แตกต่างไม่เหมือนใครด้วยคาลิเปอร์ 3 มิติ เครื่องมือเหล่านี้คือกระบอกตันที่วางในพื้นที่ 3 มิติ และจะขยายออกจนกว่าจะชนกับจุด สามเหลี่ยม หรือพื้นผิว NURBS ในกรณีนี้ เราใช้คาลิเปอร์เพื่อหาตำแหน่งที่แน่นอนของจุดยุทธศาสตร์บน "ขอบนำ" ของใบพัด ขอบนำเป็นปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่ออากาศพลศาสตร์ของกระแสการไหลของก๊าซ
"PolyWorks จำลองกระบวนการตรวจวัดด้วยเครื่องมือกายภาพทั่วไปไว้ในระบบเสมือนครับ” ดร. Dusel ระบุ "ความสามารถในการวัดด้วยมาตรวัดของ "PolyWorks" มอบข้อมูลขอบนำที่มีค่าแก่เราได้ในชั่วพริบตาเมื่อเทียบกับวิธีการวัดทางกายภาพแบบเดิม โดยที่ยังรักษาความถูกต้องและเที่ยงตรงไม่ต่างกัน"
ให้ระบบการบินอัตโนมัติเข้าควบคุม
“เมื่อมี PolyWorks เราเหมือนนั่งอยู่ในที่นั่งของนักบินเลยครับ” ดร. Dusel กล่าว “PolyWorks ช่วยให้เรากำหนดค่าความคลาดเคลื่อนยินยอมของตัวเอง และให้ผลตอบกลับต่อเนื่องเพื่อใช้ในการตรวจสอบการดำเนินการได้ และด้วยความสามารถในภาษาการเขียนโปรแกรมแมโครขั้นสูงของ PolyWorks เราจะสามารถตั้งโปรแกรมลำดับการตรวจวัดที่สมบูรณ์ได้อย่างง่ายได้ ตั้งแต่การวางแนวครั้งแรกจนถึงการรายงานขั้นสุดท้ายในเวลาไม่กี่นาที จากนั้นเราหันไปใช้อุปกรณ์ควบคุมอัตโนมัติ และปล่อยให้ PolyWorks ดำเนินการกระบวนการตรวจวัดทั้งหมดแค่คลิกเมาส์ครั้งเดียว โดยใช้ข้อมูลที่เรากำหนด"
คุณประโยชน์
คุณประโยชน์ที่ได้จากการใช้ PolyWorks ได้แก่:
- ให้ข้อมูลมากขึ้นแก่วิศวกรด้านคุณภาพ และลดเวลาในการวิเคราะห์ คำนวณข้อมูล ฯลฯ
- ตรวจวัดชิ้นส่วนได้มากขึ้น จึงช่วยเพิ่มคุณภาพโดยรวมและความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์
- ช่วยให้ผู้ใช้ดำเนินการวัดได้ในระดับโดยรวม (ทั้งชิ้นส่วน) ไม่ใช่แค่เพียงบางจุดเหมือนที่วัดด้วย CMM
- ลดปัญหาคอขวดที่ศูนย์การตรวจวัดศูนย์กลาง จึงลดเวลาที่ไม่เกิดผลผลิตในสายการผลิตลง
