Практически любой продукт, сделанный из пластмассы, металла или дерева покрывается краской или подвергается поверхностной обработке. Но окрашивание имеет и свои последствия.
Процесс покраски или поверхностной обработки является основной причиной загрязнения на заводах. Посредством окрашивания в виртуальной реальности можно найти более безопасный способ добиться того же эффекта. За спиной революционной технологии стоит продвинутое математическое моделирование.
На автоматизированном заводе покраска и поверхностная обработка являются процессами, которые потребляют основное количество энергии, воды и химических веществ, а также производят основной количество загрязнения и отходов. Если этот процесс можно будет изменить к лучшему, экологический эффект будет огромным. Приблизительно 75 миллионов машин производятся в мире ежегодно. Каждая капелька краски имеет значение. Виртуальные средства часто используются для повышения качества продукта и эффективности способа производства на всех стадиях работы завода, но только не в окрашивании. Большое число прототипов окрашивается, затем краска смывается, и процесс повторяется снова – такая процедура иллюстрирует реализацию медленного и затратного метода проб и ошибок.
Среди первых автомобильных компаний именно Volvo Cars оценила важность улучшения процесса покраски. Назревшая потребность в быстрой адаптации и в индивидуальных решениях как для новых материалов, так и для новых продуктов подтолкнула соответствующие изменения. Компания обратилась к исследователям Центра Фраунхофера-Чалмерса за помощью. Компании AB Volvo, Scania CV, Swerea IVF и General Motors NA решили присоединиться к проекту, заключающемуся в разработке виртуальной краски.
Фредрик Едельвик (Fredrik Edelvik) является одним из членов исследовательской группы. Он был очень рад присоединиться к команде, поскольку является математиком, который особенно интересуется использованием чисел для улучшения промышленных процессов. «Для нас это был огромный вызов в области математического моделирования и имитации. Нас привлекла комбинация высокой сложности физики и геометрии движения больших объектов, а также необходимость отражать результаты практически в режиме реального времени».
Ни одной лишней капли
Усилия ученых привели к созданию устройства, которое виртуально отражает все пробные шаги процесса производства. С помощью этого виртуального средства процесс окраски и поверхностной обработки может быть оптимизирован для повышения экологической безопасности, энергоэффективности и экономичности, а также для повышения качества конечного продукта. Фредрик объясняет, почему это устройство является исключительным.
«Мы доказали, что можно точно отразить процесс окраски автомобиля при помощи спрея – процесс занимает несколько часов и предполагает использование стандартного компьютера. Это огромное достижение по сравнению с более ранними методами, которым требовались недели моделирования. Это стало возможным благодаря уникальным алгоритмам взаимного моделирования потоков воздуха, электростатических полей и заряженных частиц краски».
Результаты позволяют систематически оптимизировать современную технологию для снижения энергопотребления, затрат покрасочных материалов и длительности процесса. Качество продукта также улучшается в результате повышения качества покрытия и уменьшения риска коррозии. Другим положительным последствием является дальнейший переход от ручной обработки поверхности к автоматическому.
Сотни компаний в Швеции осуществляют покраску или поверхностную обработку множества продуктов, таких как мебель, бытовые приборы и окна. Многие из них красят эти продукты вручную. Рабочие подвергаются воздействию покрасочных материалов, которое вредит здоровью. Безопаснее позволить роботам выполнять вредные производственные задачи. С помощью разработки программного обеспечения, которое может использоваться для сокращения срока программирования покрасочного робота, и другие компании смогут перейти от ручной покраски к роботизированной.
От экспериментов к бизнесу
Фредерик с воодушевлением смотрит в будущее. Исследования настолько успешны, что результаты могут найти коммерческое применение.
«Компания Volvo Cars уже применяет наше устройство виртуальной покраски в своем производстве. Другие компании идут по ее стопам. Поэтому мы будем рассматривать вопрос о целесообразности создания самостоятельной компании в следующем году. Мы хотели бы позволить воспользоваться этим потрясающим устройством как можно большему числу компаний».
Завтра Фредерик продолжит свои исследования, но уже в двух других областях: в области умственной деятельности и в области создания картонной тары. Математика открывает двери для множества разнообразных путешествий.
По материалам Phys. Org.
Источник: И. Штепа nauka21vek.ru
