Program Teknik UIUC Bertingkat Mengatasi Masalah Manufaktur yang Sulit
University of Illinois di Urbana-Champaign (UIUC; Urbana, IL) memiliki sejarah dan tradisi yang panjang dan terhormat dalam ilmu teknik mesin dan terapan, dan universitas akan segera merayakan pembukaan ekspansi multi-juta dolar yang telah lama direncanakan. ke gedung Mechanical Science and Engineering (MechSE).
UIUC telah menjadi rumah bagi banyak alumni terkemuka yang unggul sebagai pengusaha, menciptakan perusahaan seperti Netscape, Advanced Micro Devices, PayPal, Oracle, Lotus Software, YouTube, dan Tesla Motors, untuk beberapa nama.
Sebagai bagian dari face-lift, program Transform MEB (Mechanical Engineering Building) UIUC mencakup sumbangan $12 juta dari alumni Sidney Lu (BSME '81), ketua dan CEO produsen komputer dan smartphone Foxconn Interconnect (Taiwan), yang membangun Apple iPad dan iPhone.
Penambahan sayap timur akan dikenal sebagai Pusat Pembelajaran dan Inovasi Lu. Proyek ini mencakup tambahan lima lantai di timur MEB, tambahan satu lantai di utara, dan 66.000 ft² (20.117 m²) ruang yang ada dirancang ulang, direkayasa ulang, dan dioptimalkan untuk pendidikan, inovasi, dan komunitas, menurut UIUC.
Selain perluasan, pada Oktober 2017 UIUC MechSE mengumumkan bahwa universitas dianugerahi Pusat Sains dan Teknik Penelitian Material (MRSEC) oleh National Science Foundation, dengan pusat tersebut didukung oleh hibah enam tahun senilai $15,6 juta yang berfokus pada nanomaterial baru. Pengumuman ini mengikuti pemberian NSF kepada UIUC $18,5 juta untuk Pusat Penelitian Teknik NSF baru yang dipimpin oleh Profesor MechSE Andrew Alleyne. Pusat tersebut, yang disebut Power Optimization for Electro-Thermal Systems (POETS), berfokus pada tantangan termal dan listrik seputar elektronik seluler dan desain kendaraan sebagai satu sistem.
“Kami ingin meningkatkan kepadatan daya total di kendaraan 10 hingga 100 kali lipat. Itu berarti penghematan miliaran liter bahan bakar dan hampir dua kali lipat jangkauan mobil listrik,” kata Alleyne, Profesor Ralph &Catherine Fisher di MechSE, dalam sebuah pernyataan. “Teknologi kelistrikan saat ini berada pada batas termalnya. Pendekatan sistem adalah satu-satunya cara kami akan mendorong melampaui keadaan seni saat ini.”
Dalam diskusi baru-baru ini dengan Teknik Manufaktur, Placid Matthew Ferreira UIUC, Profesor Tungchao Julia Lu dan mantan kepala departemen MechSE, dan Shiv Gopal Kapoor, Ketua Grayce Wicall Gauthier dan profesor ilmu dan teknik mesin, menjelaskan cakupan luas penelitian di departemen.
“Kami disebut MechSE, untuk Mechanical Science and Engineering, karena beberapa waktu lalu departemen teknik mesin dan departemen mekanika teori dan terapan bergabung bersama,” kata Ferreira. “Departemen ini mencakup ilmu mekanik dan teknik mesin, mulai dari yang lebih mendasar—dasar teoretis untuk teknik mesin seperti mekanika, fenomena transportasi, mekanika padat, mekanika fluida, teori kontrol, kinematika, dinamika—ke area yang lebih terapan seperti mesin IC , mekatronik, AC dan pendinginan, robotika, proses manufaktur, sistem manufaktur, biomekanik, dan perilaku material.
“Ini adalah kelompok yang sangat luas, dan dalam ekosistem ilmu dan teknik mesin ini, manufaktur memainkan peran yang agak penting, baik dari aspek proses manufaktur maupun aspek sistem manufaktur,” lanjut Ferreira. “Kami memanfaatkan keahlian teoretis dalam departemen dalam hal-hal seperti mekanika padat, proses solidifikasi dalam hal dinamika dan kontrol. Kami membawa hal-hal itu ke dalam pemodelan atau proses manufaktur, desain peralatan mesin, dan kontrol proses manufaktur. Kami bahkan masuk ke manufaktur cloud. Kami mengambil aspek ilmu komputasi dan masuk ke dalam simulasi proses manufaktur.”
Pendekatan luas ini memanfaatkan keahlian di departemen, yang mencakup berbagai disiplin ilmu manufaktur, seperti dinamika fluida komputasi untuk pemodelan dan simulasi proses, tambah Ferreira. “[Ini membantu kami] memahami perilaku material ketika kami melihat proses pemesinan, misalnya, dan juga ke mana kami menuju area ini di cloud sistem manufaktur; kami menyebutnya sistem siber.”
Kemajuan Manufaktur Cloud dan Cyberphysical
Dengan sejarah penelitian komputer dan sumber daya simulasi UIUC, departemen ini dapat memanfaatkan ketersediaan kekuatan superkomputer, baik di kampus universitas maupun di tempat lain di AS. Universitas menjadi tuan rumah National Center for Supercomputing Applications (NCSA), yang menciptakan Mosaic, browser Web grafis pertama.
“Ketika Anda datang ke Illinois, Anda menyadari bahwa dengan sejarahnya, ia memiliki kontribusi yang sangat panjang untuk manufaktur dari para peneliti yang melakukan analisis pertama aspek termal dalam permesinan,” kata Kapoor, mencatat pentingnya eksperimen semacam itu pada alat pemotong dan pada ilmu termal dari proses pemesinan. Kapoor, pemimpin redaksi Journal of Manufacturing Processes , Ferreira dan profesor lainnya di Northwestern University (Evanston, IL) memiliki tiga proyek yang sedang berjalan dengan Digital Manufacturing and Design Innovation Institute (DMDII; Chicago) di UI Labs.
“Dalam satu proyek, kami sedang mengembangkan apa yang dikenal sebagai sistem operasi untuk manufaktur fisik siber,” kata Ferreira. “Dalam proyek lain, kami bekerja sama dengan Caterpillar dan Missouri Science and Technology untuk mengurangi variabilitas proses pemesinan. Dan kemudian dalam proyek ketiga, kami mengembangkan kerangka kerja untuk kuantifikasi ketidakpastian dan pengurangan ketidakpastian dalam proses die-casting.”
Dalam kasus proyek sistem operasi cyberphysical, Ferreira mengatakan bahwa penelitian tersebut baru sekitar satu tahun, tetapi para pemimpinnya telah mulai meminta pihak lain untuk membawa peralatan mesin mereka untuk bekerja dengan sistem operasi tersebut.
Berkolaborasi dengan industri sangat bermanfaat dalam memajukan penelitian dan memasukkan teknologi baru ke pasar. “Kami bekerja dengan mitra industri, seperti Caterpillar dan lainnya, di banyak tingkatan,” kata Ferreira, mengutip kontribusi besar dari para peneliti sebelumnya di UIUC, seperti B.T. Chao, Kenneth Trigger, Klaus J. Weinmann, Subbiah Ramalingam, dan baru-baru ini, Shiv Kapoor. “Mereka menciptakan hal-hal yang banyak digunakan dalam industri, model nyata dari proses pemesinan yang benar-benar dapat diterapkan dan digunakan oleh industri dan mencoba mencari tahu kekuatan apa yang diharapkan selama pemesinan dan bagaimana kesalahan yang berbeda akan mengekspos diri mereka sendiri melalui mekanisme proses ke permukaan akhir. ”
Sebagian besar penelitian universitas dimulai dengan memecahkan masalah yang dihadapi oleh pemasok otomotif dan OEM. “Kami mulai bekerja dengan Ford, GM, dan pemasok mereka,” katanya. “Kami juga memiliki Caterpillar, John Deere, dan kemudian pembuat peralatan mesin, yang bekerja sangat awal dengan Ingersoll, perusahaan mesin penggilingan, DMG Mori, dan lainnya.”
Selama sekitar 12 tahun, departemen UIUC juga menjalankan pusat yang berfokus pada permesinan dan sistem perkakas mesin. Ferreira adalah direktur Nanoscale Chemical-Electrical-Mechanical Manufacturing Systems-NSF Nanoscale Science and Engineering Center (Nano-CEMMS), dari 2003-2010, dan saat ini merupakan afiliasi dari Micro-Nanotechnology Laboratory di UIUC.
“Kami beralih dari sana ke era manufaktur mikro dan nano, di mana Illinois telah menjadi pemimpinnya,” kata Ferreira. “Kami memiliki pusat yang cukup besar yang secara khusus ditetapkan untuk mendefinisikan semua manufaktur pada skala nano, dan kami mengambil banyak proses hingga ke micromachining, microforming, dan mikro EDM.”
—Editor Senior Patrick Waurzyniak
Makalah Teknologi dari Jurnal UKM dan Surat Manufaktur
Ringkasan, kutipan, dan tautan web ini berasal dari makalah terbaru yang diterbitkan di Journal of Manufacturing Systems SME , Jurnal Proses Manufaktur , dan Surat Pembuatan , yang dicetak oleh Elsevier Ltd. (www.elsevier.com) dan digunakan di sini dengan izin.
Penghindaran Obrolan di Penggilingan Robot
Dalam artikel mereka, “penghindaran obrolan mode kopling berbasis CCT dalam penggilingan robot,” Lejun Cen dan Shreyes N. Melkote dari Sekolah Teknik Mesin George W. Woodruff, Institut Teknologi Georgia (Atlanta), memeriksa masalah dengan obrolan yang dihasilkan oleh robot. penggilingan. Makalah mereka, yang diterbitkan dalam Volume 29 dari Journal of Manufacturing Processes , tersedia di https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1526612517301573#fig0035.
Saat ini, struktur kedirgantaraan besar dikerjakan menggunakan pusat permesinan CNC multi-sumbu besar. Sebagai perbandingan, penggilingan dengan lengan robot artikulasi derajat kebebasan ganda (DOF) memiliki beberapa keunggulan karena biaya dan keserbagunaannya yang lebih rendah. Kekakuan rendah dari robot lengan artikulasi, bagaimanapun, menimbulkan obrolan kopling mode frekuensi rendah yang parah selama pemesinan.
Studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa obrolan tersebut dapat ditekan dengan meminimalkan sudut antara arah gaya potong rata-rata yang dihasilkan dan arah kekakuan prinsip maksimum robot. Pendekatan ini membatasi jangkauan gerakan robot yang diizinkan, dan oleh karena itu fleksibilitas penggunaannya. Makalah ini menyajikan metode baru untuk menghindari mode coupling chatter dalam penggilingan robot menggunakan model kekakuan Conservative Congruence Transformation (CCT), yang tidak memerlukan perubahan arah umpan pahat atau orientasi benda kerja. Eksperimen penggilingan robot menunjukkan bahwa obrolan mode kopling berkurang secara signifikan saat menggunakan pendekatan ini.
Penggilingan suku cadang pesawat besar secara rutin dilakukan menggunakan pusat permesinan CNC yang besar dan mahal yang sangat kaku dan akurat. Peralatan mesin ini sering menempati ruang kerja yang besar di lantai pabrik. Sebaliknya, sistem penggilingan robot berbasis lengan multi-sumbu yang diartikulasikan menawarkan tingkat fleksibilitas yang tinggi untuk pemesinan suku cadang pesawat besar. Pekerjaan sebelumnya telah menunjukkan bahwa, dibandingkan dengan pusat permesinan CNC industri, sistem penggilingan robot dapat mengurangi kebutuhan ruang kerja produksi hingga 40% dan secara bersamaan memberikan fleksibilitas yang lebih besar. Penggilingan robot juga lebih cocok di lingkungan berbahaya. Namun, aplikasi praktis dari robot lengan artikulasi seringkali terbatas pada aplikasi kekuatan rendah seperti penanganan material, perakitan, pengelasan, dan deburring.
Selesaikan Pembubutan Ti-6AL-4V dengan Cairan Pemotongan Berbasis Atomisasi
Sistem penyemprotan cairan pemotongan atomisasi baru memiliki potensi untuk meningkatkan pembubutan kasar titanium, yang dibahas dalam makalah, “Selesaikan pembubutan Ti-6Al-4V dengan sistem semprot cairan pemotongan berbasis atomisasi (ACF),” oleh penulis Chandra Nath dan Shiv G. Kapoor dari Departemen Ilmu dan Teknik Mesin, Universitas Illinois di Urbana-Champaign (UIUC; Urbana, IL), dan Anil K. Srivastava dari Universitas Texas Rio Grande Valley (Edinburg, TX). Artikel, diterbitkan dalam Volume 28 dari Journal of Manufacturing Processes , tersedia di https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1526612517300853#fig0020.
Kualitas dan produktivitas produk merupakan faktor penting dalam industri manufaktur, terutama ketika berhadapan dengan bahan yang tidak praktis seperti titanium. Efek pendinginan dan pelumasan yang ditawarkan oleh sistem aplikasi fluida pengerjaan logam yang terkait memainkan peran penting dalam menentukan faktor-faktor ini, terutama selama pemotongan akhir. Baru-baru ini, sistem semprotan ACF telah menunjukkan efek pendinginan dan pelumasan yang menjanjikan selama pembubutan kasar titanium pada skala makro, tetapi belum diperiksa selama pemotongan akhir (misalnya, kedalaman pemotongan dan laju umpan 0,2 mm atau lebih rendah).
Makalah ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh sistem penyemprotan ACF terhadap kinerja pemesinan selama pembubutan akhir Ti-6Al-4V. Pada rangkaian percobaan pertama, dua parameter semprot (yaitu, kecepatan gas dan laju aliran) dan parameter pemotongan (yaitu, kecepatan potong, laju pemakanan dan kedalaman potong) divariasikan untuk memilih kondisi yang paling cocok untuk penerapan sistem semprot ACF. Output pemesinan dievaluasi dalam hal keausan hidung, suhu pemotongan, kekasaran permukaan, kesalahan kebulatan, morfologi chip, dan kekerasan bagian. Serangkaian percobaan terpisah kemudian dilakukan untuk membandingkan kinerja sistem semprot ACF terhadap kondisi udara terkompresi (kering) dan pendingin banjir. Ditemukan bahwa, bahkan pada laju aliran fluida yang lebih rendah yaitu 1,5 mL/menit (10% volume) pada kecepatan gas yang lebih rendah, sistem penyemprotan mengungguli dua kondisi pendingin lainnya, sehingga semakin meningkatkan kinerja proses manufaktur yang ramah lingkungan. .
Memodelkan Pemulihan Magnet Tanah Langka
Dalam makalah mereka, “Pemodelan operasi dan inventaris untuk pemulihan magnet permanen tanah jarang di bawah ketidakpastian penawaran dan permintaan,” penulis Hongyue Jin dan Yuehwern Yih, dari Teknik Industri, Universitas Purdue (West Lafayette, IN), dan John W. Sutherland dari Lingkungan dan Rekayasa Ekologi di Purdue, diskusikan faktor-faktor yang melibatkan strategi inventaris menggunakan simulasi pemodelan.
Magnet permanen tanah jarang (REPM) memainkan peran penting dalam berbagai aplikasi, seperti produksi energi terbarukan dan produk terkait kedirgantaraan dan pertahanan. Elemen tanah jarang (LTJ) seperti neodymium dan disprosium digunakan dalam REPM, dan pasokan UTJ ini telah mengalami volatilitas. Untuk mengurangi risiko ini, REE dapat dipulihkan dari produk akhir masa pakai (EOL) seperti hard disk drive (HDD) komputer.
Makalah ini mengembangkan strategi manajemen operasi dan inventaris untuk mengeksplorasi profitabilitas di bawah pasokan pasar yang tidak pasti dan dengan berbagai nilai yang permintaannya juga menghadapi ketidakpastian yang signifikan. Makalah tersebut muncul dalam edisi Januari 2018, Vol. 46, dari Journal of Manufacturing Systems , dan tersedia di https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0278612517301437.
TechFront diedit oleh Editor Senior Patrick Waurzyniak.
