فناوری رقمی (Digital) برای بالا بردن بهره‌‌وری در آمیزه‌‌سازی

گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار/ ایران پلیمر به نظر می‌‌رسد که ابزارهای چهارمین انقلاب صنعتی و اتصال‌‌دهندگی اینترنت صنعتی اشیا (Industrial Internet of things/ IIOT)، واپایش (Control) فرایند آمیزه‌‌سازی را افزایش داده و امکان بهینه‌‌سازی کیفیت و بالابردن بهره‌‌وری کلی را فراهم می‌‌کند. در این مقاله، فناوری‌‌های رقمی‌‌سازی ایجاد شده برای افزایش بهره‌‌وری آمیزه‌‌سازی آورده شده است.

پیشرفت‌‌ها در فناوری اطلاعات و ابزارهای مدل‌‌سازی بهبود یافته برای شبیه‌‌سازی فرایند آمیزه‌‌سازی مورد پذیرش تامین‌‌کنندگان تجهیزات و سامانه واقع شده‌‌اند تا محصولات خود را افزایش دهند. ابزارهای پیچیده‌‌ی مدیریت داده بر پایه‌‌ی مفهوم انقلاب صنعتی چهارم، فهم بهتر چگونگی تاثیر متغیرهای فرایندی بر کیفیت محصول را برای آمیزه‌‌سازان آسان‌‌تر کرده و امکان واپایش دقیق‌‌تر بر فرایندشان و تولید کمتر محصول دور ریز را برای آن‌‌ها فراهم کرده است. این ابزار، در کنار پتانسیل (توانایی) استفاده ایمن از مواد بازیافتی و مواد آسیابی (Regrind) در فرمول‌‌بندی، می‌‌توانند در عین این‌‌‌‌که زمان و هزینه را ذخیره می‌‌کنند (از لحاظ زمانی و اقتصادی به صرفه است) زیست‌‌پایداری (sustainability) را نیز افزایش می‌‌دهند. سامانه‌‌ها‌‌ی جدید و بهبود یافته برای واپایش فرایند، عملیات خودکار و تعمیر و نگه‌‌داری از راه دور نیز وعده می‌‌دهند تا به بهبود بهره‌‌وری کلی تجهیزات کمک کنند.

طبق گفته‌‌ی متخصصین موسسه‌‌ی رانشگری و آمیزه‌‌سازی بسپار (IPEC) در دانشگاه Johannes Kepler (JKU) واقع در لینتس اتریش، پذیرش سامانه‌‌ی واپایش فرایند بر پایه‌‌ی مدل و کاربرد دوقلوهای رقمی یا نمایش مجازی فرایندهای واقعی (Digital twins، همزاد رقمی، یک مدل مجازی بوده که به منظور انعکاس دقیق یک جسم فیزیکی، طراحی شده و از داده‌‌های حاصل از حسگرهای روی جسم استفاده می‌‌کند تا وضعیت جسم در همزاد رقمی منعکس شود، مترجم)، مدل‌‌سازی فرایند آمیزه‌‌سازی را تسهیل کرده است.

محققان از رشته‌‌های مختلف در کارخانه‌‌ی آزمونه‌‌ی (Pilot، تولید صنعتی در مقیاس کوچک به منظور بهینه‌‌سازی فرایند و رفع نواقص) موسسه‌‌‌‌ی فناوری لینتس (LIT) دانشگاه JKU و مرکز نوآوری باز (OIC) (منظور از نوآوری باز، هر نوآوری‌‌ای که در آن امکان داشته باشد که خاستگاه اندیشه‌‌های خلاق و ارزشمند درون یا بیرون سازمان بوده و بهره‌‌برداری از آن نیز در درون یا بیرون از سازمان صورت گیرد، است، مترجم) برای استفاده از رقمی‌‌سازی (Digitalisation) به منظور ساخت همزاد‌‌های رقمی فرایند‌‌های پلاستیک‌‌ها، باهم کار می‌‌کنند. این همزادهای رقمی، چگونگی تحت تاثیر قرار گرفتن تغییرات را برای یک فرایند در دنیای واقعی شبیه‌‌سازی کرده و این فهم و بینش می‌‌تواند برای خودکارکردن فرایند واپایش یا به عنوان یک سامانه‌‌ی دست‌‌یار برای ارایه‌‌ی پیشنهادات به کاروَر (Operator) انسانی استفاده شود.

طبق گفته‌‌ی موسسه‌‌ی IPEC در یک هم‌‌اندیشی برخط به میزبانی شرکت Leistritz در اوایل سال 2021، رویکردهای مرسوم مدل‌‌سازی شامل مدل‌‌سازی تحلیلی، عددی و برپایه‌‌ی داده است. پژوهشگران موسسه LIT این روش‌‌ها را در یک رویکرد مدل‌‌سازی ترکیبی (hybrid) ترکیب کرده که مزایای هرکدام از مدل‌‌های مذکور را برای ساخت یک همزاد رقمی که قادر به بیش‌‌بینی دقیق احتمالات است دارد. پژوهشگران مدل ترکیبی رانشگر دوماردان خود را برای انواع ماردان، مواد و شرایط فرایندی با انجام آزمون‌‌ها و مقایسه‌‌‌‌ی نتایج تجربی با نتایج منتج شده از مدل تایید کردند.

موسسه‌‌ی IPEC، برای توضیح رفتار انتقالی و مصرف برق بلوک‌‌های آشوبنده (Kneading) در حال استفاده از چنین رویکرد مدل‌‌سازی ترکیبی است. این موسسه بیش از 3000 شبیه‌‌سازی عددی برای تعیین ورودی مدل‌‌سازی برپایه‌‌ی داده انجام داده است. مدل‌‌های حاصل، پارامترهای انتقال و مصرف برق را توصیف می‌‌کند. علاوه بر این، دو پارامتر جدید را برای مقدور ساختن شرح المان‌‌ها ماردان غیرانتقالی تعریف کرده است. برای مثال، یک مدل برون‌‌داد جریان غژکی (drag) را 3± درصد پیش‌‌بینی کرده است.

داده‌‌های بحرانی

اندازه‌‌گیری برای جمع‌‌آوری داده‌‌های قابل اعتماد که بتوانند در مدل‌‌های فرایند استفاده شوند حیاتی است. طبق گفته‌‌‌‌ی شرکت Leistirtz Extrusion در هم‌‌اندیشی مذکور، کیفیت مذاب می‌‌تواند بدون این‌‌که کاروَر آگاه باشد، برای مثال به خاطر تغییر مواد خام در بین پیمانه‌‌ها (Batches) یا درصد رطوبت متغیر در پرکننده‌‌ها متفاوت باشد. با اندازه‌‌گیری مداوم در خط می‌‌توان این مشکل را توسط قادر ساختن کاروَر به شناسایی هرگونه تغییر در کیفیت مذاب، برطرف کرد.

شارش‌‌سنج (Rheometer) موجود ساخته شده توسط محققان دانشگاه JKU در خط تولید شرکت Leistritz، هر دو گرانروی کششی و برشی در مذاب را اندازه‌‌گیری می‌‌کند (شکل 1) و داده‌‌های گرفته شده از شارش‌‌سنج می‌‌توانند به برنامه‌‌های نرم‌‌افزاری مختلفی فرستاده شوند. برای مثال، یک نسخه‌‌ی تحقیقاتی نرم‌‌افزار می‌‌تواند برای بهینه‌‌سازی آمیخته‌‌ها استفاده شود. در حالی که یک نسخه‌‌ی نظارت بر فرایند می‌‌تواند برای واپایش فرایند تا نقطه‌‌‌‌ی تعیین شده مورد استفاده قرار گیرد. از آن‌‌جا که داده‌‌های مذکور می‌‌توانند حتی نوسانات جزئی در این فرایند را که بر کیفیت مذاب و درنتیجه کیفیت محصول موثر است نشان دهند، حداقل رواداری را می‌‌توان حفظ کرد. طبق گفته‌‌ی شرکت مشاوران علوم رایانه (SCC)، فرمول‌‌بندی، تنظیمات و مقیاس‌‌بندی در اکثر عملیات آمیزی‌‌سازی‌‌ معمولا با استفاده از رویکرد آزمایش و خطا انجام ‌‌می‌‌شود. شبیه‌‌سازی مبتنی بر رایانه می‌‌تواند با حذف این آزمون‌‌های رانشگری موجب صرفه‌‌جویی زمان و هزینه شود. نرم‌‌افزار شبیه‌‌سازی شرکت SCC از ترکیبی از مدل‌‌های ریاضیاتی و داده‌‌‌‌‌‌ی تولید شده توسط طراحی مجازی آزمون‌‌ها استفاده می‌‌کند تا شرایط عملیاتی بهینه را تامین کند. طبق گفته‌‌ی شرکت، این نرم‌‌افزار بهترین ترکیبات را برای دستگاه فرایند، ماده و شرایط عملیاتی، بدون آزمون فیزیکی روی رانشگر برجسته می‌‌کند. این نرم‌‌افزار برای واپایش خودکار فرایند طراحی نشده است، اما تحلیل داده (داده کاوی) را تامین می‌‌کند تا یک مهندس فرایند بتواند از این اطلاعات برای ایجاد هر تغییری استفاده کند.

با ذکر یک مثال، طبق گفته‌‌ی شرکت SCC، شبیه‌‌سازی می‌‌تواند برای در نظر گرفتن تنوع گرانروی مواد خام ورودی و پیش‌‌بینی کردن تاثیر آن بر محصول نهایی استفاده شود. این شرکت در حال همکاری با مرکز تحقیقات و توسعه‌‌‌‌ی در صنعت و جوامع علمی برای جمع‌‌آوری داده در مورد بسیاری از مواد است. زیرا با دسترسی به داده‌‌های ورودی کافی، می‌‌تواند یک مدل که بتواند برای بهینه‌‌سازی فرایند به منظور رسیدن به اهداف کیفیت محصول از آن استفاده کرد ایجاد کند.

برگردان: مهندس سید عارف داودی

[email protected]

(ادامه دارد …)

متن کامل این مقاله را در شماره 233  ماهنامه بسپار که در نیمه اسفند ماه ۱۴۰۰ منتشر شده است بخوانید.

در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.