Хотя это может быть не очевидно, существует тесная связь между производственными технологиями и инновациями. Илон Маск часто говорит о «машинах, которые будут строить другие машины» как о реальных факторах как в его космическом, так и в автомобильном бизнесе.
Использование менее дорогих, более масштабируемых процессов, позволяет Space X запускать космические миссии с ограниченным бюджетом и со скоростью, которая была бы немыслима при использовании методов производства старой школы НАСА. И новый неординарный дизайн Tesla Cybertruck, кажется, использует преимущества упрощенного производственного процесса, который устраняет «штамповку» металла.
Теперь новый метод производства, получивший название «роботизированное кузнечное дело», может революционизировать процесс изготовления высококачественных конструкционных деталей, что приведет к созданию нового класса индивидуальных и оптимизированных продуктов. Я являюсь частью свободной коалиции инженеров, разрабатывающих этот процесс, и я считаю, что эта технология может помочь возродить производство в США.
Современные технологии
Металлические детали используются во всех видах высокопроизводительных и критичных для безопасности приложений в транспортном, горном, строительном и энергетическом оборудовании, например, в турбинных двигателях. Большинство изготавливаются с использованием одного из небольшого числа классических производственных процессов, которые не сильно изменились за десятилетия.
Механическая обработка отсекает сырье, чтобы получить грубую форму; литье включает в себя заливку расплавленного металла в форму, а формирование или ковка деформирует и сжимает металл, видоизменяя его. Для литья и ковки обычно требуются специальные формы или штампы, которые сами по себе достаточно сложно создать, но они полностью окупают себя. Вот почему гайки и болты могут быть дешевыми и надежными.
Начиная вскоре после Второй мировой войны, цифровое производство привело к общему ускорению темпов развития, в первую очередь с помощью компьютерной обработки с числовым программным управлением, которая вырезает компоненты всех видов форм из металлических блоков. Теперь создать нужную модель можно, просто запустив компьютерную программу.
Одним из общих недостатков компьютерной обработки числового программного управления является большое количество необходимого материала, к примеру, где для вырезки детали, которая будет весить 100 фунтов, потребуется материал весом в 1000 фунтов. Это дорого и экологически расточительно, но никаких новых инвестиций не требуется, а сроки выполнения заказов короткие.
Прямо сейчас, есть также заслуженный энтузиазм по поводу изготовления таких деталей с помощью 3D-печати, также называемой аддитивным производством. Этот процесс также создает детали из компьютерного файла по требованию, создавая их послойно.
Вещи, которые невозможно изготовить механической обработкой, могут быть напечатаны, что позволяет создавать новые формы, которые, например, имеют внутренние каналы для охлаждения или обмена данными. Хотя эти методы имеют свои преимущества, они также имеют недостатки. Прочность таких предметов чаще всего очень низка, а затраты могут быть очень высокими.
Как роботы могут повлиять на возрождение производства
Металлические орудия, изготовленные кузнецами, часто обладают высокой прочностью, потому что обработка металла, как замешивание теста, делает его структуру более тонкой, более однородной. По мере того, как материал формируется, он развивает направленную прочность. Тем не менее, ни один кузнец-человек не может работать с деталями размером с шасси самолета или обладать достаточной выносливостью, чтобы штамповать детали огромными тиражами.
Идея роботизированного кузнечного дела заключается в улучшенииего новыми цифровыми возможностями. Детали формируются путем многократного и постепенного формирования куска металла, который точно помещается в пресс.
Эта механическая прессовая или молотковая система заменяет инструменты в зависимости от необходимой формы. Автоматизируя процесс формирования детали, но используя базовый подход кузнеца, машина может обрабатывать большие детали и быть более эффективной и воспроизводимой, чем когда-либо мог человек.
Этот новый подход обладает потенциалом для эффективного и последовательного создания структурных частей самолетов, кораблей, подводных лодок и локомотивов. Или концепция может быть уменьшена, чтобы сделать маленькие индивидуальные медицинские имплантаты.
Где будут внедряться технологии?
Основная концепция роботизированного кузнечного производства, формально называемая метаморфическим производством, была продемонстрирована в 2017 году, когда команда студентов из Университета штата Огайо добавила аппаратное и программное обеспечение к обычному фрезерному станку с числовым программным управлением, чтобы адаптировать его для контролируемой деформации объектов.
Работа была выполнена, чтобы получить 25 000 долларов США от финансируемого правительством консорциума LIFT (Легкие инновации для завтрашнего дня), чтобы продемонстрировать ключевые концепции цифрового управления формированием деформаций. Но это было только начало. Сегодня предстоит выполнить еще много исследований и разработок, прежде чем у нас появятся автономные станки, формирующие металл в уникальные критически важные для безопасности изделия.
Полностью разработка робота-кузнеца требует синтеза технологий. Система должна знать форму, температуру и состояние материалана каждом этапе его преобразования. Затем он должен иметь возможность контролировать температуру, чтобы получить правильную структуру и свойства. Пресс должен сжимать компонент там, где это необходимо, с роботизированным управлением, деформируя деталь постепенно.
И компьютер должен принимать решения о том, как перемещать и наносить удар по следующей части, чтобы оптимизировать форму и свойства. Все эти базовые технологии быстро развиваются, и нет никаких причин, по которым они не могут быть быстро объединены в полезную и практичную технологию производства, как показали недавние исследования по картированию.
История показывает, что когда различные группы собираются вместе, чтобы создать новую отрасль, чаще всего данная инновация будет достаточно выгодной. Силиконовая долина с компьютерами - очевидный пример, но есть также производство стекла в Толедо, полимерные технологии в Акроне и медицинские приборы в Миннеаполисе.
Более свежие примеры процветающих технических приложений часто находятся за пределами США, причем производство персональной электроники сосредоточено вокруг Шэньчжэня, Китай, и передовых полупроводниковых приборов в Сингапуре.
Последние, как правило, являются результатом преднамеренных и разумных политических решений. Уже есть много примеров великих технологий, которые рождаются в Соединенных Штатах, а затем производятся в других странах. Например, многие из основных технологий в смартфонах были разработаны в лабораториях США, но в настоящее время производство распространяется по всему миру.
Следующая волна инноваций, вероятно, будет располагаться там, где у персонала есть глубокие навыки, связанные с укомплектованием персонала и совершенствованием действующих предприятий. Роботизированное кузнечное дело дает США возможность стать лидером, если, конечно, у них будет желание. Основой для поддержания этого действенного цикла в любом месте является развитие заводов или роботов, которые будут строить другие машины.
Еще больше новостей |  |
