• head_banner_01

المستشعرات: بيانات الجيل التالي من التصنيع المركب |عالم المركبات

في السعي لتحقيق الاستدامة ، تعمل المستشعرات على تقليل أوقات الدورات ، واستخدام الطاقة والنفايات ، وأتمتة التحكم في عملية الحلقة المغلقة وزيادة المعرفة ، وفتح إمكانيات جديدة للتصنيع والهياكل الذكية. # أجهزة الاستشعار # الاستدامة #SHM
المستشعرات على اليسار (من أعلى إلى أسفل): تدفق الحرارة (TFX) ، عوازل في القالب (Lambient) ، الموجات فوق الصوتية (جامعة أوغسبورغ) ، عوازل كهربائية يمكن التخلص منها (Synthesites) وبين البنسات والمزدوجات الحرارية Microwire (AvPro). في اتجاه عقارب الساعة): ثابت عازل Collo (CP) مقابل اللزوجة الأيونية Collo (CIV) ، ومقاومة الراتنج مقابل الوقت (Synthesites) والنموذج الرقمي لتشكيلات الكابرولاكتام المزروعة باستخدام مستشعرات كهرومغناطيسية (مشروع CosiMo ، DLR ZLP ، جامعة أوغسبورغ).
مع استمرار الصناعة العالمية في الخروج من جائحة COVID-19 ، فقد تحولت إلى إعطاء الأولوية للاستدامة ، الأمر الذي يتطلب تقليل الهدر واستهلاك الموارد (مثل الطاقة والمياه والمواد) ، ونتيجة لذلك ، يجب أن يصبح التصنيع أكثر كفاءة وذكاء لكن هذا يتطلب معلومات ، بالنسبة للمركبات ، من أين تأتي هذه البيانات؟
كما هو موضح في سلسلة مقالات CW 2020 Composites 4.0 ، التي تحدد القياسات اللازمة لتحسين جودة الأجزاء والإنتاج ، والمستشعرات اللازمة لتحقيق تلك القياسات ، هي الخطوة الأولى في التصنيع الذكي. خلال عامي 2020 و 2021 ، أبلغت CW عن المستشعرات - العازلة للكهرباء أجهزة الاستشعار ، وأجهزة استشعار التدفق الحراري ، وأجهزة استشعار الألياف الضوئية ، وأجهزة الاستشعار التي لا تلامس باستخدام الموجات فوق الصوتية والموجات الكهرومغناطيسية - بالإضافة إلى المشاريع التي توضح قدراتها (انظر مجموعة محتوى مستشعر CW عبر الإنترنت). تبني هذه المقالة على هذا التقرير من خلال مناقشة المستشعرات المستخدمة في المركب المواد ، ومزاياها وتحدياتها الموعودة ، والمشهد التكنولوجي قيد التطوير. وتجدر الإشارة إلى أن الشركات الناشئة كرائدة في صناعة المركبات تقوم بالفعل باستكشاف هذا الفضاء والتنقل فيه.
شبكة المستشعرات في CosiMo شبكة مكونة من 74 مستشعرًا - 57 منها عبارة عن مستشعرات فوق صوتية تم تطويرها في جامعة أوغسبورغ (تظهر على اليمين ، ونقاط زرقاء فاتحة في نصفي القالب العلوي والسفلي) - تُستخدم لمظاهرة الغطاء لـ T-RTM مشروع قولبة CosiMo للبطاريات المركبة بالحرارة. ائتمان الصورة: مشروع CosiMo ، DLR ZLP Augsburg ، جامعة أوغسبورغ
الهدف رقم 1: توفير المال. تصف مدونة CW لشهر ديسمبر 2021 ، "أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية المخصصة لتحسين العمليات المركبة والتحكم فيها" ، العمل في جامعة أوغسبورغ (UNA ، أوغسبورغ ، ألمانيا) لتطوير شبكة من 74 مستشعرًا مخصصة لـ CosiMo مشروع لتصنيع مظاهرة غطاء بطارية EV (المواد المركبة في النقل الذكي). تم تصنيع الجزء باستخدام قولبة نقل راتينج اللدائن الحرارية (T-RTM) ، والتي تعمل على بلمرة مونومر الكابرولاكتام في الموقع إلى مركب بولي أميد 6 (PA6). في UNA ورئيس شبكة إنتاج الذكاء الاصطناعي (AI) التابعة لـ UNA في أوغسبورغ ، يشرح سبب أهمية المستشعرات: "أكبر ميزة نقدمها هي تصور ما يحدث داخل الصندوق الأسود أثناء المعالجة.حاليًا ، لدى معظم الشركات المصنعة أنظمة محدودة لتحقيق ذلك.على سبيل المثال ، يستخدمون مستشعرات بسيطة جدًا أو محددة عند استخدام التسريب بالراتنج لصنع أجزاء كبيرة من الفضاء الجوي.إذا ساءت عملية التسريب ، فأنت تمتلك قطعة كبيرة من الخردة.ولكن إذا كان لديك حل لفهم الخطأ الذي حدث في عملية الإنتاج ولماذا ، يمكنك إصلاحه وتصحيحه ، مما يوفر لك الكثير من المال ".
المزدوجات الحرارية هي مثال على "مستشعر بسيط أو محدد" تم استخدامه لعقود لرصد درجة حرارة الرقائق المركبة أثناء المعالجة بالأوتوكلاف أو الفرن ، بل إنها تستخدم للتحكم في درجة الحرارة في الأفران أو بطانيات التدفئة لمعالجة بقع الإصلاح المركبة باستخدام الروابط الحرارية: يستخدم مصنعو الريسين مجموعة متنوعة من المستشعرات في المختبر لمراقبة التغيرات في لزوجة الراتنج بمرور الوقت ودرجة الحرارة لتطوير تركيبات العلاج ، ومع ذلك ، فإن ما يظهر هو شبكة استشعار يمكنها تصور والتحكم في عملية التصنيع في الموقع بناءً على معاملات متعددة (على سبيل المثال ، درجة الحرارة والضغط) وحالة المادة (على سبيل المثال ، اللزوجة ، والتجمع ، والتبلور).
على سبيل المثال ، يستخدم جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الذي تم تطويره لمشروع CosiMo نفس مبادئ الفحص بالموجات فوق الصوتية ، والتي أصبحت الدعامة الأساسية للاختبار غير المدمر (NDI) للأجزاء المركبة النهائية. قال: "هدفنا هو تقليل الوقت والعمالة اللازمين لفحص ما بعد الإنتاج للمكونات المستقبلية بينما نتحرك نحو التصنيع الرقمي."تعاون مركز المواد (NCC ، بريستول ، المملكة المتحدة) لإثبات مراقبة حلقة Solvay (Alpharetta ، GA ، الولايات المتحدة الأمريكية) EP 2400 أثناء RTM باستخدام مستشعر عازل خطي تم تطويره في جامعة كرانفيلد (كرانفيلد ، المملكة المتحدة) تدفق ومعالجة الأكسجين من أجل a بطول 1.3 متر وعرض 0.8 متر وعمق 0.4 متر لمبادل حراري لمحركات الطائرات التجارية. "نظرًا لأننا نظرنا في كيفية صنع مجموعات أكبر مع إنتاجية أعلى ، لم نتمكن من القيام بجميع عمليات التفتيش التقليدية بعد المعالجة و قال كاراباباس: "اختبار على كل جزء". في الوقت الحالي ، نصنع لوحات اختبار بجوار أجزاء RTM هذه ثم نجري اختبارات ميكانيكية للتحقق من دورة العلاج.لكن مع هذا المستشعر ، هذا ليس ضروريًا ".
يتم غمر Collo Probe في وعاء خلط الطلاء (الدائرة الخضراء في الأعلى) للكشف عن اكتمال الخلط ، مما يوفر الوقت والطاقة.
يقول ماتي يارفيلينن ، الرئيس التنفيذي ومؤسس شركة ColloidTek Oy (كولو ، تامبيري ، فنلندا): "لا يتمثل هدفنا في أن نكون جهازًا مختبريًا آخر ، ولكن التركيز على أنظمة الإنتاج". تستكشف مدونة CW لشهر يناير 2022 "Fingerprint Liquids for Composites" شركة Collo مزيج من مستشعرات المجال الكهرومغناطيسي (EMF) ومعالجة الإشارات وتحليل البيانات لقياس "بصمة" أي سائل مثل المونومرات أو الراتنجات أو المواد اللاصقة. "ما نقدمه هو تقنية جديدة توفر ردود فعل مباشرة في الوقت الفعلي ، لذا يمكنك يقول Järveläinen "فهم أفضل لكيفية عمل عمليتك وتتفاعل عندما تسوء الأمور". "تقوم أجهزة الاستشعار الخاصة بنا بتحويل البيانات في الوقت الفعلي إلى كميات مادية مفهومة وقابلة للتنفيذ ، مثل اللزوجة الريولوجية ، والتي تسمح بتحسين العملية.على سبيل المثال ، يمكنك تقصير أوقات الخلط لأنه يمكنك أن ترى بوضوح عند اكتمال الخلط.لذلك ، يمكنك من خلال زيادة الإنتاجية وتوفير الطاقة وتقليل الخردة مقارنة بالمعالجة الأقل تحسينًا. "
الهدف # 2: زيادة المعرفة العملية والتصور. بالنسبة لعمليات مثل التجميع ، يقول Järveläinen ، "لا ترى الكثير من المعلومات من مجرد لقطة.أنت فقط تأخذ عينة وتذهب إلى المختبر وتنظر إلى ما كان عليه قبل دقائق أو ساعات.إنه مثل القيادة على الطريق السريع ، افتح عينيك كل ساعة لمدة دقيقة وحاول أن تتنبأ إلى أين يسير الطريق ".يوافق Sause ، مشيرًا إلى أن شبكة الاستشعار التي تم تطويرها في CosiMo "تساعدنا في الحصول على صورة كاملة للعملية والسلوك المادي.يمكننا أن نرى التأثيرات المحلية في العملية ، استجابة للاختلافات في سمك الجزء أو المواد المتكاملة مثل قلب الرغوة.ما نحاول القيام به هو تقديم معلومات حول ما يحدث بالفعل في القالب.يتيح لنا ذلك تحديد المعلومات المختلفة مثل شكل مقدمة التدفق ، ووصول كل جزء من الوقت ودرجة التجميع في كل موقع من مواقع الاستشعار ".
تعمل Collo مع الشركات المصنعة للمواد اللاصقة والدهانات وحتى البيرة لإنشاء ملفات تعريف عملية لكل دفعة يتم إنتاجها ، والآن يمكن لكل مصنع عرض ديناميكيات عمليته وتعيين المزيد من المعلمات المحسّنة ، مع تنبيهات للتدخل عندما تكون الدُفعات خارج المواصفات ، وهذا يساعد استقرار وتحسين الجودة.
فيديو لواجهة التدفق في جزء CosiMo (مدخل الحقن هو النقطة البيضاء في المنتصف) كدالة للوقت ، بناءً على بيانات القياس من شبكة مستشعر داخل القالب. ائتمان الصورة: مشروع CosiMo ، DLR ZLP Augsburg ، جامعة اوغسبورغ
يقول Meggitt's Karapapas: "أريد أن أعرف ما يحدث أثناء التصنيع الجزئي ، وليس فتح الصندوق ومعرفة ما سيحدث بعد ذلك". لقد سمحت لنا المنتجات التي طورناها باستخدام مستشعرات Cranfield العازلة للكهرباء برؤية العملية في الموقع ، وتمكنا أيضًا للتحقق من معالجة الراتنج ".باستخدام جميع أنواع المستشعرات الستة الموضحة أدناه (ليست قائمة شاملة ، فقط مجموعة صغيرة ، الموردين أيضًا) ، يمكن مراقبة العلاج / البلمرة وتدفق الراتنج. تتمتع بعض المستشعرات بقدرات إضافية ، ويمكن لأنواع المستشعرات المدمجة توسيع إمكانيات التتبع والتصور أثناء صب المركب ، تم توضيح ذلك خلال CosiMo ، التي استخدمت مستشعرات فوق صوتية وعازلة للكهرباء ومقاومة للضغط في الوضع لقياسات درجة الحرارة والضغط بواسطة Kistler (فينترتور ، سويسرا).
الهدف رقم 3: تقليل وقت الدورة: تستطيع مستشعرات كولو قياس اتساق الإيبوكسي سريع المعالجة المكون من جزأين حيث يتم خلط الجزأين A و B وحقنتهما أثناء RTM وفي كل مكان في القالب حيث يتم وضع هذه المستشعرات ، وهذا يمكن أن يساعد في التمكين راتنجات علاج أسرع لتطبيقات مثل Urban Air Mobility (UAM) ، والتي من شأنها أن توفر دورات علاج أسرع مقارنة بالإيبوكسي الحالي من جزء واحد مثل RTM6.
تستطيع مستشعرات Collo أيضًا مراقبة وتصور الإيبوكسي الذي يتم تفريغه وحقنه ومعالجته ، وعند اكتمال كل عملية. (MSM). تتابع شركات مثل AvPro ​​(نورمان ، أوكلاهوما ، الولايات المتحدة الأمريكية) MSM لعقود لتتبع التغييرات في المواد والعمليات الجزئية حيث تسعى لتحقيق أهداف محددة لدرجة حرارة التزجج (Tg) ، واللزوجة ، والبلمرة و / أو التبلور: على سبيل المثال ، تم استخدام شبكة من أجهزة الاستشعار والتحليل الرقمي في CosiMo لتحديد الحد الأدنى من الوقت المطلوب لتسخين مكبس وعفن RTM ووجد أن 96 ٪ من الحد الأقصى للبلمرة قد تم تحقيقه في 4.5 دقيقة.
أظهر موردو أجهزة الاستشعار العازلة مثل Lambient Technologies (كامبريدج ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية) و Netzsch (Selb ، ألمانيا) و Synthesites (Uccle ، بلجيكا) أيضًا قدرتهم على تقليل أوقات الدورات. ) و Bombardier Belfast (الآن Spirit AeroSystems (بلفاست ، أيرلندا)) تفيد أنه بناءً على القياسات في الوقت الفعلي لمقاومة الراتينج ودرجة الحرارة ، من خلال وحدة الحصول على بيانات Optimold الخاصة بها وتحويل Optiview Software إلى اللزوجة المقدرة و Tg. "يمكن للمصنعين رؤية Tg في الوقت الفعلي ، حتى يتمكنوا من تحديد موعد إيقاف دورة المعالجة "، يوضح نيكوس بانتيليس ، مدير التركيبات." ليس عليهم الانتظار لإكمال دورة الترحيل التي تكون أطول من اللازم.على سبيل المثال ، الدورة التقليدية لـ RTM6 هي علاج كامل لمدة ساعتين عند 180 درجة مئوية.لقد رأينا أنه يمكن تقصير هذا إلى 70 دقيقة في بعض الأشكال الهندسية.تم توضيح ذلك أيضًا في مشروع INNOTOOL 4.0 (انظر "تسريع RTM باستخدام مستشعرات تدفق الحرارة") ، حيث أدى استخدام مستشعر تدفق الحرارة إلى تقصير دورة العلاج RTM6 من 120 دقيقة إلى 90 دقيقة.
الهدف رقم 4: التحكم في الحلقة المغلقة في العمليات التكيفية: بالنسبة لمشروع CosiMo ، فإن الهدف النهائي هو أتمتة التحكم في الحلقة المغلقة أثناء إنتاج الأجزاء المركبة ، وهذا أيضًا هدف مشروعي ZAero و iComposite 4.0 الذي أبلغت عنه CW في 2020 (خفض التكلفة بنسبة 30-50٪). لاحظ أن هذه العمليات تتضمن عمليات مختلفة - وضع آلي لشريط التقوية المسبق (ZAero) والتشكيل المسبق برذاذ الألياف مقارنةً بـ T-RTM عالي الضغط في CosiMo لـ RTM مع إيبوكسي سريع المعالجة (iComposite 4.0). من هذه المشاريع تستخدم أجهزة استشعار مع نماذج وخوارزميات رقمية لمحاكاة العملية والتنبؤ بنتيجة الجزء النهائي.
أوضح سوس أن التحكم في العملية يمكن اعتباره سلسلة من الخطوات. الخطوة الأولى هي دمج أجهزة الاستشعار ومعدات المعالجة ، "لتصور ما يحدث في الصندوق الأسود والمعلمات التي يجب استخدامها.الخطوات القليلة الأخرى ، ربما نصف التحكم في الحلقة المغلقة ، تكون قادرة على الضغط على زر الإيقاف للتدخل ، وضبط العملية ومنع الأجزاء المرفوضة.كخطوة أخيرة ، يمكنك تطوير توأم رقمي يمكن تشغيله تلقائيًا ، ولكنه يتطلب أيضًا الاستثمار في أساليب التعلم الآلي ".في CosiMo ، يُمكّن هذا الاستثمار أجهزة الاستشعار من تغذية البيانات في التوأم الرقمي ، ثم يتم استخدام تحليل الحافة (الحسابات التي يتم إجراؤها على حافة خط الإنتاج مقابل الحسابات من مستودع البيانات المركزي) للتنبؤ بديناميات التدفق الأمامي ومحتوى حجم الألياف لكل شكل نسيج وقال سوسه: "من الناحية المثالية ، يمكنك إنشاء إعدادات لتمكين التحكم في الحلقة المغلقة وضبطها في العملية". وستشمل هذه المعلمات مثل ضغط الحقن وضغط العفن ودرجة الحرارة.يمكنك أيضًا استخدام هذه المعلومات لتحسين المواد الخاصة بك. "
عند القيام بذلك ، تستخدم الشركات أجهزة استشعار لأتمتة العمليات ، على سبيل المثال ، تعمل Synthesites مع عملائها لدمج أجهزة الاستشعار مع المعدات لإغلاق مدخل الراتنج عند اكتمال التسريب ، أو تشغيل الضغط الحراري عند تحقيق العلاج المستهدف.
يلاحظ Järveläinen أنه لتحديد المستشعر الأفضل لكل حالة استخدام ، "تحتاج إلى فهم التغييرات في المادة والعملية التي تريد مراقبتها ، وبعد ذلك يجب أن يكون لديك محلل."يكتسب المحلل البيانات التي يجمعها المحقق أو وحدة جمع البيانات.قال سوسيه إن البيانات الأولية وتحويلها إلى معلومات يمكن استخدامها من قبل الشركة المصنعة. "ترى في الواقع الكثير من الشركات تدمج أجهزة الاستشعار ، ولكن بعد ذلك لا تفعل أي شيء بالبيانات". ما هو مطلوب ، كما أوضح ، هو "نظام الحصول على البيانات ، بالإضافة إلى بنية تخزين البيانات لتكون قادرة على معالجة البيانات. "
يقول Järveläinen: "لا يرغب المستخدمون النهائيون فقط في رؤية البيانات الأولية". "إنهم يريدون أن يعرفوا ،" هل تم تحسين العملية؟ "متى يمكن اتخاذ الخطوة التالية؟" للقيام بذلك ، تحتاج إلى الجمع بين أجهزة استشعار متعددة للتحليل ، ثم استخدم التعلم الآلي لتسريع العملية ".يمكن تحقيق تحليل الحافة ونهج التعلم الآلي الذي يستخدمه فريق Collo و CosiMo من خلال خرائط اللزوجة ، والنماذج الرقمية لواجهة تدفق الراتنج ، ويتم تصور القدرة على التحكم في معلمات العملية والآلات في النهاية.
Optimold هو محلل تم تطويره بواسطة Synthesites لأجهزة الاستشعار العازلة الخاصة بها. يتم التحكم في برنامج Optiview من Synthesites ، تستخدم وحدة Optimold قياسات درجة الحرارة ومقاومة الراتنج لحساب وعرض الرسوم البيانية في الوقت الفعلي لمراقبة حالة الراتنج بما في ذلك نسبة الخلط ، والشيخوخة الكيميائية ، واللزوجة ، و Tg يمكن استخدامه في عمليات التقديم المسبق والتشكيل السائل. يتم استخدام وحدة منفصلة Optiflow لمراقبة التدفق ، كما طورت المواقع المركبة أيضًا جهاز محاكاة معالجة لا يتطلب مستشعر معالجة في القالب أو جزء منه ، ولكنه يستخدم بدلاً من ذلك جهاز مستشعر درجة الحرارة وعينات الراتنج / التقوية الأولية في وحدة التحليل هذه. "نحن نستخدم هذه الطريقة الحديثة للتسريب والمعالجة اللاصقة لإنتاج ريش توربينات الرياح ،" قال نيكوس بانتيليس ، مدير Synthesites.
تدمج أنظمة التحكم في العمليات التركيبية المستشعرات ووحدات الحصول على بيانات Optiflow و / أو Optimold و OptiView و / أو برنامج حالة الراتنج على الإنترنت (ORS).
لذلك ، طور معظم موردي أجهزة الاستشعار أدوات التحليل الخاصة بهم ، بعضها يستخدم التعلم الآلي والبعض الآخر لا يستخدمه ، ولكن يمكن أيضًا لمصنعي المركبات تطوير أنظمتهم المخصصة أو شراء أدوات جاهزة وتعديلها لتلبية الاحتياجات المحددة. هناك عامل واحد فقط يجب مراعاته ، وهناك العديد من العوامل الأخرى.
يعتبر التلامس أيضًا أحد الاعتبارات المهمة عند اختيار المستشعر الذي يجب استخدامه ، فقد يحتاج المستشعر إلى ملامسة المادة أو المحقق أو كليهما ، على سبيل المثال ، يمكن إدخال تدفق الحرارة وأجهزة الاستشعار فوق الصوتية في قالب RTM 1-20 مم من لا تتطلب المراقبة الدقيقة للسطح التلامس مع المادة الموجودة في القالب ، ويمكن أيضًا لأجهزة الاستشعار التي تعمل بالموجات فوق الصوتية أن تستجوب الأجزاء على أعماق مختلفة اعتمادًا على التردد المستخدم ، كما يمكن لأجهزة الاستشعار الكهرومغناطيسية كولو أن تقرأ عمق السوائل أو الأجزاء - 2-10 سم ، حسب على تواتر الاستجواب - ومن خلال حاويات غير معدنية أو أدوات ملامسة للراتنج.
ومع ذلك ، فإن الأسلاك الدقيقة المغناطيسية (انظر "مراقبة عدم التلامس لدرجة الحرارة والضغط داخل المركبات") هي حاليًا المستشعرات الوحيدة القادرة على استجواب المواد المركبة على مسافة 10 سم ، وذلك لأنها تستخدم الحث الكهرومغناطيسي للحصول على استجابة من المستشعر ، والذي جزء لا يتجزأ من المادة المركبة. تم فحص مستشعر الأسلاك الدقيقة ThermoPulse من AvPro ​​، والمدمج في طبقة الرابطة اللاصقة ، من خلال صفح من ألياف الكربون بسمك 25 مم لقياس درجة الحرارة أثناء عملية الترابط. لا تؤثر على أداء المركب أو خط الربط ، في أقطار أكبر قليلاً من 100-200 ميكرون ، يمكن أيضًا دمج مستشعرات الألياف الضوئية دون تدهور الخصائص الهيكلية. ومع ذلك ، نظرًا لاستخدامها للضوء للقياس ، يجب أن يكون لأجهزة استشعار الألياف الضوئية اتصال سلكي بـ المحقق وبالمثل ، نظرًا لأن المستشعرات العازلة تستخدم الجهد لقياس خصائص الراتنج ، فيجب أيضًا توصيلها بالمستجوب ، ويجب أن يكون معظمهم أيضًا على اتصال بالراتنج الذي يرصدونه.
يمكن غمر مستشعر Collo Probe (العلوي) في السوائل ، بينما يتم تثبيت لوحة Collo (أسفل) في جدار الوعاء / وعاء الخلط أو خط الأنابيب / التغذية.
تعد قدرة المستشعر على درجة الحرارة من الاعتبارات الرئيسية ، على سبيل المثال ، تعمل معظم أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الجاهزة في درجات حرارة تصل إلى 150 درجة مئوية ، ولكن يجب تشكيل أجزاء في CosiMo عند درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية. كان لابد من تصميم جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية بهذه الإمكانية. يمكن استخدام مستشعرات العازلة التي تستخدم لمرة واحدة من Lambient على الأسطح الجزئية حتى 350 درجة مئوية ، ويمكن استخدام مستشعرات داخل القالب القابلة لإعادة الاستخدام حتى 250 درجة مئوية. مستشعر الأسلاك الدقيقة للمواد المركبة التي يمكنها تحمل المعالجة عند 500 درجة مئوية ، في حين أن تقنية مستشعر Collo نفسها ليس لها حد نظري لدرجة الحرارة ، يتم اختبار كل من الواقي الزجاجي المقسّى للوحة Collo وغطاء البولي إيثر كيتون الجديد (PEEK) الخاص بمسبار Collo Probe للخدمة المستمرة عند 150 درجة مئوية ، وفقًا لـ Järveläinen. وفي الوقت نفسه ، استخدمت PhotonFirst (الكمار ، هولندا) طلاء بوليميد لتوفير درجة حرارة تشغيل تبلغ 350 درجة مئوية لمستشعر الألياف البصرية الخاص بها لمشروع SuCoHSإلخ ، لمركب درجة حرارة عالية مستدام وفعال من حيث التكلفة.
هناك عامل آخر يجب مراعاته ، خاصة عند التثبيت ، وهو ما إذا كان المستشعر يقيس في نقطة واحدة أم أنه مستشعر خطي بنقاط استشعار متعددة ، على سبيل المثال ، يمكن أن يصل طول مستشعرات الألياف الضوئية Com & Sens (Eke ، بلجيكا) إلى 100 متر ويمكن تشغيلها إلى 40 نقطة استشعار من نوع Bragg grating (FBG) مع مسافة لا تقل عن 1 سم ، وقد تم استخدام هذه المستشعرات لمراقبة الصحة الهيكلية (SHM) للجسور المركبة التي يبلغ طولها 66 مترًا ومراقبة تدفق الراتنج أثناء ضخ أسطح الجسور الكبيرة. تتطلب مستشعرات النقطة الفردية لمثل هذا المشروع عددًا كبيرًا من المستشعرات ووقتًا طويلاً للتثبيت. تدعي NCC وجامعة Cranfield مزايا مماثلة لأجهزة الاستشعار العازلة الخطية. مقارنةً بالمستشعرات العازلة أحادية النقطة التي تقدمها Lambient و Netzsch و Synthesites ، " باستخدام المستشعر الخطي الخاص بنا ، يمكننا مراقبة تدفق الراتنج باستمرار على طول الطول ، مما يقلل بشكل كبير من عدد المستشعرات المطلوبة في الجزء أو الأداة. "
AFP NLR لمستشعرات الألياف الضوئية وحدة خاصة مدمجة في القناة الثامنة لرأس Coriolis AFP لوضع أربعة مصفوفات من مستشعرات الألياف الضوئية في لوحة اختبار مركبة معززة بألياف الكربون بدرجة حرارة عالية.
تساعد المستشعرات الخطية أيضًا في أتمتة التركيبات. في مشروع SuCoHS ، طور Royal NLR (مركز الفضاء الهولندي ، Marknesse) وحدة خاصة مدمجة في القناة الثامنة للتنسيب الآلي للألياف (AFP) رئيس Coriolis Composites (Queven ، فرنسا) لتضمين أربع صفائف ( خطوط ألياف بصرية منفصلة) ، كل منها يحتوي على 5 إلى 6 مستشعرات FBG (يوفر PhotonFirst ما مجموعه 23 مستشعرًا) ، في لوحات اختبار ألياف الكربون. وضعت RVmagnetics مستشعرات الأسلاك الدقيقة في حديد التسليح GFRP pultruded. "الأسلاك متقطعة [1-4 سم قال راتيسلاف فارجا ، الشريك المؤسس لشركة RVmagnetics ، "لفترة طويلة بالنسبة لمعظم الأسلاك الدقيقة المركبة] ، ولكن يتم وضعها تلقائيًا بشكل مستمر عند إنتاج حديد التسليح"."لديك سلك صغير مع سلك صغير يبلغ طوله كيلومترًا واحدًا.لفائف من الخيوط وتغذيتها في منشأة إنتاج حديد التسليح دون تغيير طريقة صنع حديد التسليح ".وفي الوقت نفسه ، تعمل Com & Sens على تقنية آلية لتضمين مستشعرات الألياف الضوئية أثناء عملية لف الخيوط في أوعية الضغط.
بسبب قدرتها على توصيل الكهرباء ، يمكن أن تسبب ألياف الكربون مشاكل مع أجهزة الاستشعار العازلة للكهرباء. تستخدم المستشعرات العازلة قطبين كهربائيين يوضعان بالقرب من بعضهما البعض. "إذا كانت الألياف تربط الأقطاب الكهربائية ، فإنها تقصر دائرة المستشعر" ، كما يوضح مؤسس Lambient Huan Lee. في هذه الحالة ، استخدم مرشحًا. "يتيح الفلتر للراتنج تمرير المستشعرات ، لكنه يعزلها عن ألياف الكربون."يستخدم المستشعر العازل الخطي الذي طورته جامعة كرانفيلد و NCC نهجًا مختلفًا ، بما في ذلك زوجان ملتويان من الأسلاك النحاسية ، وعندما يتم تطبيق جهد كهرومغناطيسي ، يتم إنشاء مجال كهرومغناطيسي بين الأسلاك ، والذي يستخدم لقياس مقاومة الراتنج. ببوليمر عازل لا يؤثر على المجال الكهربائي ، لكنه يمنع ألياف الكربون من التقصير.
بالطبع ، التكلفة هي أيضًا مشكلة. تنص شركة Com & Sens على أن متوسط ​​التكلفة لكل نقطة استشعار FBG هو 50-125 يورو ، والتي قد تنخفض إلى حوالي 25-35 يورو إذا تم استخدامها على دفعات (على سبيل المثال ، لـ 100000 وعاء ضغط). فقط جزء بسيط من الطاقة الإنتاجية الحالية والمتوقعة لأوعية الضغط المركبة ، راجع مقالة CW 2021 عن الهيدروجين.) يقول Karapapas من Meggitt أنه تلقى عروضًا لخطوط الألياف الضوئية مع مستشعرات FBG بمتوسط ​​250 جنيهًا إسترلينيًا / مستشعر (≈300 يورو / مستشعر) ، تبلغ قيمة المحقق حوالي 10000 جنيه إسترليني (12000 يورو). "كان المستشعر الخطي العازل الذي اختبرناه أشبه بسلك مغلف يمكنك شراؤه من الرف" ، يضيف "المحقق الذي نستخدمه" ، يضيف أليكس سكوردوس ، القارئ ( كبير الباحثين) في Composites Process Science بجامعة كرانفيلد ، "هو محلل مقاومة ، وهو دقيق للغاية ويكلف ما لا يقل عن 30000 جنيه إسترليني [36000 يورو] ، لكن NCC تستخدم محققًا أبسط بكثير يتكون أساسًا من وحدات من الشركة التجارية Advise Deta [بيدفورد ، المملكة المتحدة]. "تعرض Synthesites سعرًا قدره 1،190 يورو لأجهزة الاستشعار داخل القالب و 20 يورو لأجهزة الاستشعار للاستخدام الفردي / الجزئي باليورو ، وتم تسعير Optiflow بسعر 3900 يورو و Optimold بسعر 7200 يورو ، مع زيادة الخصومات لوحدات التحليل المتعددة. تشمل هذه الأسعار برنامج Optiview وأي قال Pantelelis إن الدعم الضروري ، مضيفًا أن مصنعي شفرات الرياح يوفرون 1.5 ساعة لكل دورة ، ويضيفون شفرات لكل خط شهريًا ، ويقللون استخدام الطاقة بنسبة 20 في المائة ، مع عائد على الاستثمار لمدة أربعة أشهر فقط.
ستكتسب الشركات التي تستخدم أجهزة الاستشعار ميزة مع تطور التصنيع الرقمي 4.0 للمركبات. على سبيل المثال ، كما يقول جريجوار بودوين ، مدير تطوير الأعمال في Com & Sens ، "نظرًا لأن مصنعي أوعية الضغط يحاولون تقليل الوزن واستخدام المواد والتكلفة ، فيمكنهم استخدام أجهزة الاستشعار الخاصة بنا لتبرير ذلك. تصميماتها ومراقبة الإنتاج عند وصولها إلى المستويات المطلوبة بحلول عام 2030. نفس المستشعرات المستخدمة لتقييم مستويات الإجهاد داخل الطبقات أثناء لف الشعيرات والمعالجة يمكنها أيضًا مراقبة سلامة الخزان خلال آلاف دورات إعادة التزود بالوقود ، والتنبؤ بالصيانة المطلوبة وإعادة الاعتماد في نهاية التصميم الحياة.يمكننا توفير تجمع بيانات رقمي مزدوج لكل وعاء ضغط مركب يتم إنتاجه ، ويتم أيضًا تطوير الحل للأقمار الصناعية. "
تمكين التوائم والخيوط الرقمية تعمل Com & Sens مع إحدى الشركات المصنعة للمركبات لاستخدام مستشعرات الألياف الضوئية الخاصة بها لتمكين تدفق البيانات الرقمية من خلال التصميم والإنتاج والخدمة (يمين) لدعم بطاقات الهوية الرقمية التي تدعم التوأم الرقمي لكل جزء (يسار). رصيد الصورة: Com & Sens والشكل 1 ، "الهندسة باستخدام الخيوط الرقمية" بقلم ف. سينغ ، ك. ويلكوكس.
وبالتالي ، تدعم بيانات المستشعر التوأم الرقمي ، وكذلك الخيط الرقمي الذي يمتد عبر التصميم والإنتاج وعمليات الخدمة والتقادم ، وعند تحليلها باستخدام الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي ، تتغذى هذه البيانات مرة أخرى في التصميم والمعالجة وتحسين الأداء والاستدامة. لقد غيرت أيضًا طريقة عمل سلاسل التوريد معًا. على سبيل المثال ، تستخدم الشركة المصنعة للمواد اللاصقة Kiilto (تامبيري ، فنلندا) مستشعرات Collo لمساعدة عملائها على التحكم في نسبة المكونات A و B وما إلى ذلك في معدات خلط المواد اللاصقة متعددة المكونات. "Kiilto يمكن الآن تعديل تركيبة المواد اللاصقة للعملاء الفرديين ، "كما يقول Järveläinen ،" ولكنه يسمح أيضًا لـ Kiilto بفهم كيفية تفاعل الراتنجات في عمليات العملاء ، وكيف يتفاعل العملاء مع منتجاتهم ، وهو ما يغير كيفية توفير العرض.يمكن أن تعمل السلاسل معًا ".
يستخدم OPTO-Light مستشعرات Kistler و Netzsch و Synthesites لمراقبة معالجة أجزاء الإيبوكسي CFRP ذات البلاستيك الحراري المفرط.
تدعم المستشعرات أيضًا المواد الجديدة المبتكرة ومجموعات العمليات. الموضحة في مقالة CW لعام 2019 حول مشروع OPTO-Light (انظر "Thermoplastic Overmolding Thermosets ، 2-Minute Cycle ، One Battery") ، تستخدم AZL Aachen (آخن ، ألمانيا) خطوتين عملية ضغط أفقي لضغط أحادي إلى (UD) ألياف كربون / إيبوكسي مسبق التقوية ، ثم يتم صبها بشكل مفرط مع 30٪ ألياف زجاجية قصيرة معززة PA6. المفتاح هو معالجة التقوية الجزئية فقط بحيث يمكن للتفاعل المتبقي في الإيبوكسي أن يتيح الترابط مع اللدائن الحرارية تستخدم .AZL محللات Optimold و Netzsch DEA288 Epsilon المزودة بأجهزة استشعار عازلة و Netzsch ومستشعرات Kistler داخل القالب وبرنامج DataFlow لتحسين القولبة بالحقن. فهم حالة العلاج من أجل تحقيق اتصال جيد بالبلاستيك الحراري المفرط ، "يشرح مهندس الأبحاث في AZL Richard Schares."في المستقبل ، قد تكون العملية تكيفية وذكية ، يتم تشغيل دوران العملية بواسطة إشارات المستشعر."
ومع ذلك ، هناك مشكلة أساسية ، كما يقول Järveläinen ، "وهي عدم فهم العملاء لكيفية دمج هذه المستشعرات المختلفة في عملياتهم.معظم الشركات ليس لديها خبراء أجهزة استشعار ".في الوقت الحالي ، يتطلب المضي قدمًا من مصنعي أجهزة الاستشعار والعملاء تبادل المعلومات ذهابًا وإيابًا ، حيث تقوم منظمات مثل AZL و DLR (Augsburg ، ألمانيا) و NCC بتطوير خبرة في مجال أجهزة الاستشعار المتعددة. الشركات التي تقدم تكامل أجهزة الاستشعار وخدمات التوأم الرقمية. وأضاف أن شبكة إنتاج Augsburg AI استأجرت منشأة مساحتها 7000 متر مربع لهذا الغرض ، "لتوسيع مخطط تطوير CosiMo إلى نطاق واسع جدًا ، بما في ذلك خلايا الأتمتة المرتبطة ، حيث يوجد شركاء صناعيون يمكن وضع الآلات وتشغيل المشاريع وتعلم كيفية دمج حلول الذكاء الاصطناعي الجديدة. "
قال Carapappas أن عرض مستشعر Meggitt للعزل الكهربائي في NCC كان مجرد خطوة أولى في ذلك. "في النهاية ، أريد مراقبة عملياتي وسير العمل وإدخالها في نظام ERP الخاص بنا حتى أعرف مسبقًا المكونات التي يجب تصنيعها ، والأشخاص الذين أقوم بتصنيعها تحتاج والمواد التي تطلبها.الأتمتة الرقمية تتطور ".
مرحبًا بك في SourceBook عبر الإنترنت ، والذي يتوافق مع الإصدار المطبوع السنوي لـ CompositesWorld من دليل مشتري الصناعة لـ SourceBook Composites.
Spirit AeroSystems تنفذ تصميم Airbus الذكي لجسم الطائرة A350 المركزي والسبارات الأمامية في كينغستون ، نورث كارولاينا


الوقت ما بعد: 20 مايو - 2022