L’obiettivo è l’efficienza
PolyWorks aiuta il produttore di attrezzature per impianti petroliferi a dimezzare i tempi di ispezione dei componenti dei motori.
Weatherford International Ltd. è una delle maggiori e più dinamiche aziende che forniscono servizi destinati alle aziende operanti nell’industria petrolifera. L’azienda, avente sede principale a Houston, impiega oltre 34.000 persone in tutto il mondo, in oltre 710 siti e in oltre 100 paesi a livello globale. Lo stabilimento dell’azienda ubicato nella località di Edmonton, AB, Canada progetta e costruisce due prodotti destinati alla produzione di petrolio: pompe a vite eccentrica, usate per la produzione del petrolio dopo la trivellazione del pozzo, e motori idraulici per la perforazione in profondità (power section).
La sfida
Per rispondere alla domanda crescente dell’industria petrolifera e petrolchimica, Weatherford ha registrato un'impennata nella produzione e, con essa, la necessità di migliorare l'efficienza delle ispezioni.
I prodotti di Weatherford supportano le operazioni delle maggiori aziende produttrici di petrolio in tutto il mondo. Lo stabilimento dell’azienda ubicato nella località di Edmonton, Alberta progetta e costruisce due prodotti destinati alla produzione di petrolio: pompe a vite eccentrica, usate per la produzione del petrolio dopo la trivellazione del pozzo, e power section idrauliche. La power section è il motore che imprime la potenza necessaria alla trivellazione del pozzo. Per aiutare a migliorare l'efficienza della produzione, l'azienda era alla ricerca di un modo nuovo e più efficiente per ispezionare le power section, che sono caratterizzate da geometrie complesse e risultano difficoltose da ispezionare con i metodi tradizionali.
Power section idraulica
In passato, l'azienda aveva definito una procedura che richiedeva il lavoro di quattro persone: una proveniente dal reparto produzione, una dal controllo qualità e due dall’ingegneria, per effettuare l'ispezione dimensionale delle power section in seguito alla lavorazione. Il processo di ispezione di questi grandi componenti elicoidali, alcuni con lunghezza anche maggiore di 6 metri, richiedeva circa un'ora per acquisire i dati dimensionali e per effettuare un confronto manuale rispetto al progetto originale creato mediante un software CAD. Gli eventuali scostamenti dovuti alla lavorazione venivano comunicati all'officina, dove si provvedeva ad apportare le necessarie modifiche al processo di lavorazione. Veniva lavorata un'altra sezione del medesimo componente e veniva condotta una nuova ispezione per stabilire se le correzioni avessero o meno migliorato la precisione dimensionale del pezzo realizzato.
«Si trattava di un processo molto dispendioso in termini di tempo. Inoltre avevamo dovuto limitare le ispezioni al normale orario lavorativo, perché era allora che il reparto tecnico era disponibile per confrontare la geometria misurata rispetto al disegno CAD», spiega Wayne Pilgrim, progettista senior presso Weatherford.
La soluzione
Nel 2005 l'azienda decise di rivalutare il suo approccio all'ispezione di questi componenti, con l'obiettivo di trovare un metodo più efficiente per acquisire ed analizzare i dati dimensionali. Parte di questo programma contemplava l'istallazione del software di metrologia 3D PolyWorks® di InnovMetric Software, un programma completo in grado di automatizzare e semplificare molte delle operazioni connesse con l'acquisizione e l'analisi comparativa dei dati dimensionali a scopo progettuale.
«Gli operatori hanno trovato il software PolyWorks facile da usare. Le funzionalità automatizzate del software lo rendono davvero qualcosa di particolare». Travis Chometsky, disegnatore di prodotto presso Weatherford
La soluzione software PolyWorks|Inspector™ viene utilizzata assieme ad un braccio FARO Platinum che monta una sonda di scansione laser FARO. La combinazione hardware e software ha dimezzato i tempi di ispezione e analisi, e ha ridotto il numero di persone necessarie da quattro a due. Inoltre il gruppo addetto alla produzione è ora in grado di operare in modo indipendente e di lavorare su turni per coprire le 24 ore.
Acquisire dati di nuvole di punti
All'atto pratico la sonda di scansione laser FARO è in grado di acquisire dati dimensionali a una velocità massima di 19.200 punti al secondo. Nei 10-15 minuti necessari al completamento del processo d'ispezione sulle power section idrauliche Weatherford, viene acquisita una nuvola di punti dell’ordine di milioni di dati, che creano un'immagine altamente dettagliata dal punto di vista dimensionale di un'entità del particolare.
«Lasciamo al software PolyWorks il compito (dal punto di vista matematico) di determinare con quale modalità acquisire la sezione trasversale», spiega Pilgrim. «Grazie alle sue capacità di auto allineamento, il software PolyWorks garantisce risultati costanti, scevri dal condizionamento da parte dell'operatore durante l'acquisizione dei dati».
L'azienda si avvale di un approccio all'ispezione di tipo in-process, basato su lotti di componenti. «Ad esempio, se viene prodotto un lotto di cinque particolari, gli operatori eseguiranno l'ispezione con PolyWorks e con la sonda di scansione laser FARO sul primo pezzo, e useranno quindi lo stesso programma CNC per gli altri quattro senza usare PolyWorks e la sonda FARO», spiega Pilgrim. «Ispezioniamo il prodotto finito solo se viene considerato discutibile da altri metodi d’ispezione».
Il processo di ispezione dei componenti della power section è sempre lo stesso. Dopo il primo taglio eseguito a macchina su un nuovo modello di power section, viene acquisita una prima nuvola di punti attraverso il processo di scansione 3D. A partire dalla nuvola di punti, il software PolyWorks crea una mesh che viene caricata nel modulo IMInspect™. Utilizzando il metodo di allineamento da dati a modello CAD di PolyWorks, l'operatore allinea la mesh all'oggetto di riferimento, un file ProENGINEER importato in PolyWorks, per posizionare entrambi i modelli secondo lo stesso sistema di coordinate. Una volta perfettamente allineati, l'operatore specifica una sezione trasversale in cui è necessario eseguire il confronto tra i dati e il modello CAD.
Allineamento di più passaggi di scansione
Modello mesh di PolyWorks
Vantaggi
Per ciascuna delle sezioni trasversali selezionate, PolyWorks mette automaticamente a confronto il modello di dati e quello di riferimento (CAD); calcola quindi una serie di misurazioni tra cui: la deviazione standard, l'errore massimo, l'errore minimo, ecc.
Inoltre, PolyWorks crea un report in PDF contenente i risultati del confronto tra i dati e il modello CAD. Con questo report l'operatore della macchina è in grado di apportare correzioni. Viene lavorata e scansionata nuovamente un'altra sezione per stabilire se le correzioni hanno avvicinato la lavorazione alle finalità di progettazione.
«Non serve molta esperienza di programmazione per essere in grado di configurare velocemente un processo. Il linguaggio di programmazione macro è facile da usare e registra le azioni in una finestra di comando. Abbiamo dimostrato che questo approccio all'ispezione può far risparmiare tempo e denaro nelle operazioni di produzione, e siamo pronti ad aiutare altri reparti a implementare questo approccio», spiega Travis Chometsky, Product Designer presso Weatherford. Grazie a queste potenti funzionalità di programmazione macro, gli operatori non devono eseguire manualmente tutti i passaggi di allineamento e confronto in PolyWorks per ciascun nuovo particolare. Con un solo clic del mouse l'intero processo di ispezione, a partire dall’allineamento fino al confronto e alla produzione del report, possono essere eseguiti automaticamente per ciascuna sezione che viene scansionata.
PolyWorks|Inspector™
PolyWorks|Modeler™