Yüksek Derecede Dijitalleşmiş Bir Dünyada İndüksiyonla Isıl İşlemde Karşılaşılan Zorluklar
Elektromanyetik indüksiyon yoluyla ısıl işlem teknolojisi, yeni zorlukların üstesinden gelerek ve hızla değişen iş ortamına ayak uydurarak hızla gelişmektedir. Parça çeşitliliği artarken, ürün üretim süreleri kısalmaktadır. Birçok indüksiyon uygulamasında ısıtma süresi birkaç saniyeden azdır ve bazı durumlarda sadece bir saniyenin kesiridir.
Ticari ısıl işlem firmaları tarafından indüksiyon ekipmanlarını değerlendirmek için geleneksel olarak kullanılan faktörler arasında teknik kapasite, performans tutarlılığı, teslim süresi, makine ömrü ve fiyat yer almaktadır. Son dönemdeki endüstriyel eğilimler ışığında, ısıl işlem ekipmanı satın alma kararında ekipman esnekliği, bileşen ısıl işlem kalitesinin izlenebilirliği, dijital bağlantı ve proses verilerini depolama ve bunlara erişme yeteneği gibi ek faktörlerin de dikkate alınması gerekmektedir.
Tek tek işleme kapasitesi, bileşenlerin izlenebilirliği, otomasyona hazır olma durumu ve proses kontrolü ile izlemenin dijitalleştirilmesi, dördüncü sanayi devrimi (Endüstri 4.0) bağlamında indüksiyonla ısıl işlemin her zaman en cazip özellikleri arasında yer almıştır. Mikroişlemci ve mikrodenetleyici teknolojisindeki sürekli gelişmeler, daha önce mevcut olmayan sofistike kontrol ve izleme sistemlerinin ortaya çıkmasını sağlamıştır.
Ancak bu tür gelişmiş özellikler, ekipman maliyetini önemli ölçüde artırabilir ve Endüstri 4.0 işletme stratejisinin uygulanmasının bazı yönlerini engelleyebilir. Örneğin, izleme/kontrol yeteneklerini ve dijital veri toplama süreçlerini geliştirmek amacıyla ekipman tasarımına olası tüm “ekstra özellikler”in dahil edilmesi, alıcının ödemeye razı olduğu tutarı büyük ölçüde aşan bir fiyatla sonuçlanabilir. Bu bir gerçektir.
Ayrıca, süreçteki değişikliklerin ürünü nasıl etkilediğini değerlendirmek için toplanan son derece büyük miktardaki verilerin analiz edilmesi gerekir; bu da zaman alır ve maliyet gerektirir. Bazı durumlarda, uygun önleyici ve/veya öngörücü bakım programlarıyla birlikte daha az karmaşık izleme ve kontrol tekniklerini kullanmak daha mantıklı olabilir. Bu nedenle, ihtiyatlı bir mühendis için soru, “Neler yapılabilir?” yerine “Neler yapılmalıdır?” şeklinde değişir.
Endüstriyel dijitalleşmenin hayata geçirilmesindeki ilk adımlardan biri, geçmişte yaygın olarak kullanılan analog sayaçlara alternatif olarak özel entegre devreler kullanan dijital sayaçların uygulanmasıdır. Nominal değerleri dahilinde kullanıldığında, dijital sayaçlar güç kaynağının çıkış elektrik parametrelerinin doğru ölçümünü sağlar. Dijital sayaçların tepki süresi, hızlı indüksiyonlu ısıl işlem süreçleri için hâlâ çok yavaş olabileceğinden, bazı üreticiler aynı sayaç gövdesinde, parametre değerinin daha yavaş tepki veren dijital göstergesiyle birlikte hızlı tepki veren bir çubuk grafik de sunmaktadır. Ancak, dijital sayaçların ve devrelerin tepki süresini daha da kısaltmak için daha fazla çalışma yapılması gerekmektedir.
Sürecin imza tabanlı gerçek zamanlı izlenmesine olan talebin yüksek seviyede kalmaya devam etmesi beklenmektedir. Sistem, kritik makine ayarlarını doğrulayarak kaliteli parçaların işlenmesine ilişkin güven sağlar. Modern ısıl işlem sistemleri, her iki teknolojinin en iyi özelliklerini bir araya getirmek amacıyla, insan-makine arayüzü (HMI) içeren bilgisayarlı bir ön uç ile PLC kontrolünü birleştirerek kontrol, veri toplama ve imza izleme özelliklerini tek bir pakette sunar. Birçok üretici, doğruluğu artıran ve tepki süresini en aza indiren dijital izleme devreleri için özel çözümler geliştirmiştir.
Büyük Sayılar Yasası’na göre, aşırı sayıda sensör, dedektör ve ilgili cihaz/sistemin kurulması, ekipmanın çalışma süresini ve genel sistem güvenilirliğini olumsuz etkileyebilir. Bu nedenle, izleme gerektiren bir ısıl işlem uygulaması için gerçekten hayati önem taşıyan minimum sayıda proses parametresinin belirlenilmesi zorunludur; işte bu nedenle modern indüksiyon ekipmanlarının tasarımı bütüncül bir yaklaşım benimsemiştir. Gelişmiş ve sağlam bir yapıya sahip, ancak minimum bileşenle basit bir tasarıma sahip, dolayısıyla daha güvenilir, kompakt ve kullanımı ile bakımı daha kolay olan modern indüksiyon sistemleri tasarlamak için çaba sarf edilmiştir. Hatalı parçaların montaj aşamasına ulaşmasını tespit etmek ve önlemek için her türlü çaba gösterilmelidir.
Siber güvenlik, siber saldırı riski, proses tarifleri/protokoller/doğrulama ve ekipman kalibrasyonunun tehlikeye atılması ve dijital veri toplama gibi nedenlerle, son derece dijitalleşmiş dünyamızda hayati bir öneme sahip hale gelmiştir. Elektronik kayıtların oluşturulması ve saklanması zorunludur; ayrıca bu kayıtların fark edilmeden değiştirilmesini önlemek için önlemler alınmalıdır. Bu durum, uygun yazılımların kullanılması ve güvenlik özelliklerinin uygulanmasıyla ilgilidir ve ek maliyetlere yol açar; bu da bazı küçük ölçekli ekipman üreticileri için zorluk teşkil edebilir.
Geçmişte, tedarikçiler genellikle belirli bir parça için uzun yıllar süren sözleşmelere sahipti. Günümüzde ise sözleşmeler tedarikçiden tedarikçiye çok daha sık el değiştirebiliyor. Bu nedenle, rekabet ortamında bir sözleşmeyi kazanmak için bir tedarikçinin, işi yerine getirebileceğinden emin olmak amacıyla yeni indüksiyon ekipmanlarını değerlendirmesi, makineyi satın alıp kurması, üretim parçası onay süreci (PPAP) tamamlaması ve kısa bir süre içinde üretime hazır hale gelmesi gerekebilir. Modern, yüksek kaliteli ve güvenilir ekipmanlar, farklı parçaları işlemek için kolay bir şekilde yeniden donatılabilmeli ve yeniden programlanabilmelidir. Isıtma döngüsü sırasında güç ve frekansın önceden programlanmış ve dijital bir şekilde anında ve bağımsız olarak ayarlanmasını sağlayan yenilikçi güç kaynaklarının (örneğin, Inductoheat’in IFP teknolojisi) geliştirilmesi, ekipman esnekliğini artırma ve ısıl işlem görmüş parçaların metalurjik kalitesini optimize etme konusunda önemli bir adımdır.
Son derece dijitalleşmiş dünyamızda sayısal bilgisayar modelleme yeteneklerinin önemi ne kadar vurgulanırsa vurgulanmaz azdır. Bazı ticari yazılım paketleri, kullanıcıların ekipman paketlerine dahil edilebilen son derece özel, tescilli uygulama yazılımları (uygulamalar) oluşturmasına olanak tanır. Bu tür uygulamalar halihazırda bir gerçektir; zira bazı indüksiyon üreticileri, ekipman paketlerine tescilli yazılım araçlarını dahil etmişlerdir. Bu eğilimin büyümeye devam edeceğine dair güçlü işaretler bulunmaktadır.
ASM Isıl İşlem Derneği’nin Araştırma ve Geliştirme Komitesi, şu anda “Isıl İşlem Ar-Ge Yol Haritası 2030” üzerinde çalışmaktadır. Bu yol haritası, maliyet etkin, çevre dostu ve küresel ölçekte rekabetçi isıl işlem teknolojileri ve malzemeleri için teknoloji geliştirme yollarının belirlenmesine ve sınıflandırılmasına yardımcı olacaktır.
Valery Rudnev, FASM, IFHTSE Üyesi
Inductoheat Inc. Bilim ve Teknoloji Direktörü
ASM International’dan alınan makalenin PDF versiyonu aşağıda yer almaktadır.