To był piękny lipcowy dzień, słoneczny, ale nieupalny – imieniny Symulacji. Chociaż była pewna, że wystarczy niezbyt przejmować się upływem czasu, żeby być nieprzemijająco piękną, to jednak wolała to święto od urodzin. Jak zwykle wstała za późno, żeby zrobić to wszystko co planowała zrobić leżąc w łóżku w poprzedzający wieczór. Tego dnia nie miało to jednak żadnego znaczenia. Nie zauważyła nawet jak szybko dotarła do zakładu. Podobnie jak świecących pośladków wystających z portek mechaników ścierających olej spod wtryskarki. Zawsze ją to irytowało, ale nie dziś.
Dziś już zmieniła ciężkie przemysłowe buty na swoje mięciutkie balerinki i zaparzyła herbatkę malinową. Już siedzi za biurkiem i patrząc jak śmieją się do niej kwiatki z jej ulubionego kubka, czeka co przyniesie jej ten piękny dzień.
Wtem ktoś zdecydowanie za mocno łapie za klamkę drzwi jej biura. Wchodzi on – Proces. Krok ma chwiejny, jakby dopiero co spadła mu na głowę forma, ale porusza się szybko. Jego węglowodorowy zapach skutecznie tłumi malinkowe nuty z herbatki. Dysząc, stara się coś powiedzieć. W końcu mu się udaje. Wyrzuca jednocześnie z siebie wypraskę i słowa “To się w ogóle nie zgadza!”. Detal upada z hukiem na biurko biednej dziewczyny, ale czy ten hałas to dźwięk uderzanego poliwęglanu, a może to dźwięk pękającego serca Symulacji? 😉
Czy rzeczywiście światy Symulacji i Procesu tak bardzo się różnią? Czy nie da się ich jakiś sposób połączyć?
Wojna światów
Symulacja jest jedynie modelem rzeczywistości. Modelem stworzonym przez człowieka. Człowiek w dalszym ciągu poznaje otaczającą go rzeczywistość. Nie znamy jeszcze “Równania Wszystkiego”. Jakiej dokładności możemy zatem się spodziewać, jeśli ktoś opisuje w uproszczony sposób coś, czego do końca nie rozumie?
Zasadniczo wszystkie modele są błędne, ale niektóre są przydatne.
Box, George EP; Norman R. Draper (1987). “Empiryczne budowanie modeli i powierzchnie reakcji”, str. 424, Wiley. ISBN 0471810339.
Moim zdaniem, zamiast w nieskończoność szukać błędów w naszych symulacjach, powinniśmy raczej nauczyć się oceniać ich przydatność i odpowiednio z nich korzystać.
Oceną tej przydatności zajmiemy się w innym artykule. Teraz wróćmy do odpowiedzi na pytanie dlaczego wyniki symulacji nie odpowiadają zawsze wynikom z prób na maszynie.
Mamy takie same parametry procesu (czy na pewno?)
Zazwyczaj pierwszym pytaniem jakie pojawia się na spotkaniu omawiającym wyniki symulacji odbiegające od tych z prób na hali jest pytanie o zgodność parametrów procesu. Dokładniejszym sformułowaniem powinno być “Czy wykorzystano kartę nastaw wtryskarki?”, bo do zgodności parametrów to jest jeszcze czasami bardzo daleko.
Jednym z podstawowych parametrów symulacji jest temperatura wtryskiwanego tworzywa. Nie znajdziemy jej na żadnej karcie z ustawieniami wtryskarki. Musimy ją po prostu zmierzyć, na przykład za pomocą specjalnego czujnika, tak jak jest to opisane tutaj. Okazuje się jednak, że to też nie jest takie proste.
Na rysunku poniżej widzimy różnice w wartości średniej ze zmierzonych wartości temperatury dla:
- termopary zainstalowanej bezpośrednio w dyszy wtryskarki,
- czujnika z końcówką zanurzeniową,
- pirometru laserowego,
- kamery termowizyjnej.
Na kolejnym wykresie przedstawiono szerokość zakresu z jakiego była wyznaczona średnia wartość temperatury.
Poniżej możemy porównać wartości ciśnienia w punkcie przełączenia dla prób na maszynie i symulacji dla wartości temperatury podanych z pomiarów różnymi metodami. Ciśnienie ma istotny wpływ na wielkość skurczu, a więc też na wartość wypaczenia wypraski.
A co z szybkością wtryskiwania? Tego typu dane możemy znaleźć na karcie ustawień maszyny i przepisać do naszego oprogramowania, ale… papier przyjmie wszystko. W tabeli poniżej widzimy różnicę w nastawach i odczytach objętościowego natężenia przepływu dla konkretnej wtryskarki.
Widać, że maszyna osiąga pewną wartość maksymalną szybkości wtryskiwania. Wartość ta nie odpowiada danym w karcie ustawień (zresztą nie tylko ona). Program do symulacji, o ile nie zostanie mu podana dokładna charakterystyka wtryskarki, podobnie jak papier karty nastaw, przyjmie wszystko i zada dokładnie takie wartości do swoich obliczeń.
To się w ogóle nie zgadza (ale w zasadzie co?)
Spadek ciśnienia w formie się nie zgadza. Robimy serię niedolewów: sam układ wlewowy, początek wypełniania gniazd (zaraz za przewężką) i w punkcie przełączenia na docisk. Odczytujemy wartości ciśnienia wtrysku na poszczególnych prób, odejmujemy i mamy rozkład ciśnienia w formie (patrz wykres poniżej).
Jak zrobimy symulację i odczytamy wartości ciśnienia w poszczególnych węzłach odpowiadających niedolewom z próby to otrzymamy taki wykres.
To się w ogóle nie zgadza, ale… gdy zainstalujemy czujniki ciśnienia w formie w miejscach gdzie mamy węzły na modelu w symulacji i zrobimy z nich użytek, to nasz wykres przedstawia się już następująco.
Podsumowanie
Symulacja wtryskiwania to dalej tylko model rzeczywistego procesu, ale na pewno przydatny model.
Zawsze będą występować pewne rozbieżności pomiędzy wynikami z prób wtryskiwania a wynikami symulacji. Ten artykuł i pokazane w nim przykłady to zaledwie czubek, czubka całej góry lodowej możliwych przyczyn tych różnic. Szybko ich wszystkich nie poznamy, ale już teraz możemy próbować je ograniczyć.
Najlepszym na to sposobem jest współpraca działów symulacji i wtryskowni w celu:
- wzajemnego poznania możliwości i ograniczeń konkretnego oprogramowania i maszyny,
- uzgodnienia wejściowych wartości parametrów procesu (technolog wie co musi podać, a symulant wie czego może oczekiwać),
- weryfikacji wyników symulacji podczas prób na maszynie,
- ostrożnej oceny rozbieżności wyników symulacji i prób (porównywanie porównywalnych wielkości).
