Streben nach Effizienz
PolyWorks® hilft einem Hersteller von Ölfeldausrüstung, die Zeit für die Inspektion von Motorkomponenten zu halbieren.
Weatherford International Ltd. ist eines der weltweit größten und dynamischsten Unternehmen im Bereich der Ölfelddienstleistungen. Das Unternehmen hat seinen Hauptsitz in Houston und beschäftigt weltweit mehr als 34.000 Mitarbeiter an über 710 Standorten in mehr als 100 Ländern. Das Werk des Unternehmens in Edmonton, AB, Kanada, entwickelt und fertigt zwei Produkte für die Erdölförderung – Exzenterschneckenpumpen, die bei der Ölförderung nach der Bohrung eingesetzt werden, und Flüssigkeitsantriebe.
Die Herausforderung
Um den Anforderungen der weltweit boomenden Öl- und Gasbohrindustrie gerecht zu werden, hat Weatherford die Produktion hochgefahren und damit auch die Notwendigkeit, die Effizienz seiner Inspektionsarbeiten zu verbessern.
Die Produkte von Weatherford unterstützen die Arbeit der großen erdölproduzierenden Unternehmen in der ganzen Welt. Das Werk des Unternehmens in Edmonton, Alberta, entwickelt und fertigt zwei Produkte für die Erdölförderung – Exzenterschneckenpumpen, die bei der Ölförderung nach der Bohrung eingesetzt werden, und Flüssigkeitsantrieb. Der Flüssigkeitsantrieb ist der Motor, der die Kraft zum Bohren des Brunnens liefert. Um die Produktionseffizienz zu verbessern, suchte das Unternehmen nach einer neuen, effizienteren Methode zur Prüfung von Flüssigkeitsantrieben, die eine sehr komplexe Geometrie aufweisen und mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu prüfen sind.
Bereich Flüssigkeitsantrieb.
In der Vergangenheit hatte das Unternehmen ein Verfahren eingeführt, bei dem vier Personen – eine aus der Fertigung, eine aus der Qualitätskontrolle und zwei aus der Konstruktion – die Flüssigkeitsantriebe nach der Bearbeitung maßlich prüfen mussten. Der Inspektionsprozess für diese großen, spiralförmig gebogenen Komponenten – einige sind fast 30 Meter lang – dauerte etwa eine Stunde, um die Maße zu erfassen und sie manuell mit dem in der CAD-Software erstellten Originalentwurf zu vergleichen. Die Maschinenabweichungen wurden an die Werkstatt weitergeleitet, wo Änderungen im Bearbeitungsprozess vorgenommen wurden. Ein weiterer Abschnitt desselben Bauteils wurde bearbeitet, und das Prüfverfahren wurde an diesem Abschnitt wiederholt, um festzustellen, ob die Korrekturen die Maßhaltigkeit des Werkstücks verbessert hatten.
„Dies war ein sehr zeitaufwendiger Prozess. Außerdem mussten wir unsere Inspektionsarbeiten auf die normalen Geschäftszeiten beschränken, da zu dieser Zeit die Konstruktionsabteilung zur Verfügung stand, um die gemessene Geometrie mit der CAD-Zeichnung zu vergleichen“, so Wayne Pilgrim, Weatherford Senior, Project Engineer.
Die Lösung
Im Jahr 2005 überprüfte das Unternehmen seine Vorgehensweise bei der Prüfung dieser Teile mit dem Ziel, eine effizientere Methode zur Erfassung und Analyse von Maßen zu finden. Ein Bestandteil des Programms war die Installation der PolyWorks 3D-Messtechniksoftware von InnovMetric Software Inc., einer Messsoftware mit vollem Funktionsumfang, die viele der Vorgänge im Zusammenhang mit der Erfassung und dem Vergleich von Maßen mit der Konstruktionsabsicht automatisiert und rationalisiert.
„Die Anwender haben PolyWorks als einfach zu bedienen empfunden. Die automatisierten Funktionen der Software zeichnen sie wirklich aus.“ Travis Chometsky, Weatherford Produktdesigner
Die PolyWorks|Inspector™ Softwarelösung wird in Verbindung mit einem FARO Laser Line Taster verwendet, der an einem hochpräzisen Faro Platinum Arm montiert ist. Die Kombination aus Hardware und Software halbierte die Inspektions- und Analysezeit und reduzierte die Anzahl der für den Vorgang benötigten Personen von vier auf zwei. Darüber hinaus kann die Fertigungsgruppe nun unabhängig arbeiten und eine 24-Stunden-Schicht pro Tag einlegen.
Sammeln von Punktwolkendaten
In der Praxis erfasst die FARO Laser Line-Sonde Dimensionsdaten mit einer Rate von bis zu 19.200 Punkten pro Sekunde. In den 10 bis 15 Minuten der Inspektionsroutine für die Weatherford-Flüssigkeitskraftwerksteile wird eine Punktwolke mit Millionen von Datenpunkten erfasst, um ein hochdetailliertes Bild der Maße eines Teilemerkmals zu erstellen.
„Wir haben die PolyWorks-Software die Arbeit – die Mathematik – erledigen lassen, um zu bestimmen, wie der richtige Querschnitt zu nehmen ist“, sagte Pilgrim. „Aufgrund der automatischen Ausrichtungsfunktionen gewährleistet die PolyWorks-Software konsistente Ergebnisse und eliminiert den Einfluss des Bedieners bei der Datenerfassung.“
Das Unternehmen wendet einen Ansatz der prozessbegleitenden Kontrolle auf Chargenbasis an. „Wenn beispielsweise eine Charge von fünf Teilen produziert wird, führen die Bediener die PolyWorks/FARO Laser Line-Prüfung am ersten Teil durch und verwenden dann dasselbe CNC-Programm für die nächsten vier Teile, ohne PolyWorks/Faro-Laserprüfung“, so Pilgrim. „Wir kontrollieren das fertige Produkt nur dann, wenn es durch andere Kontrollmethoden als bedenklich eingestuft wird.“
Das Inspektionsverfahren für die Komponenten des Flüssigkeitsantriebes ist immer gleich. Nach dem ersten Bearbeitungsschnitt an einem neuen Modell eines Flüssigkeitsantriebes wird durch den 3D-Scanprozess eine Rohdatenpunktwolke erfasst. Aus der Punktwolke erstellt die PolyWorks-Software ein Netz, das in das Modul PolyWorks|Inspector geladen wird. Mithilfe der PolyWorks-Ausrichtungstechniken für Daten an CAD richtet der Anwender das Netz am Referenzobjekt, einer in PolyWorks importierten ProENGINEER-Datei, aus, um beide Modelle im gleichen Koordinatensystem zu registrieren. Nach der perfekten Ausrichtung gibt der Bediener einen Querschnitt an, in dem der Daten-CAD-Vergleich durchgeführt werden muss.
Ausrichten mehrerer Scandurchgänge.
PolyWorks-Netzmodell.
Die Vorteile
Für jeden ausgewählten Querschnitt vergleicht PolyWorks automatisch das Datenmodell mit dem Referenzmodell (CAD) und berechnet eine Reihe von Messwerten, darunter: Standardabweichung, maximaler Fehler, minimaler Fehler, usw. PolyWorks erstellt außerdem einen PDF-Bericht mit den Ergebnissen des Daten-CAD-Vergleichs. Anhand dieses Berichts nimmt der Maschinenbediener Einstellungen vor. Ein weiterer Abschnitt wird bearbeitet und erneut gescannt, um festzustellen, ob die Anpassungen dem Entwurfsziel nähergekommen sind.
„Man braucht nicht viel Programmiererfahrung, um einen Prozess schnell einzurichten. Die Makro-Programmiersprache ist einfach zu bedienen und zeichnet Aktionen in einem Befehlsfenster auf. Wir haben gezeigt, dass dieser Prüfansatz in der Fertigung Zeit und Geld sparen kann, und wir sind bereit, auch andere Abteilungen bei der Umsetzung dieses Ansatzes zu unterstützen“, so Chometsky. Dank der leistungsstarken Makroprogrammierungsfunktionen müssen die Bediener nicht für jedes neue Teil alle Ausrichtungs- und Vergleichsaufgaben in PolyWorks manuell durchführen. Mit einem Mausklick kann der gesamte Prüfprozess, von der Ausrichtung über den Vergleich bis zur Berichterstellung, für jeden gescannten Abschnitt automatisch durchgeführt werden.
PolyWorks|Inspector™
PolyWorks|Modeler™