ZALETY ROBOTÓW

Fakt, że roboty się nie męczą, wpływa nie tylko na jakość wyrobu, ale i na wydajność produkcji. Dzięki temu, że pod koniec zmiany ich efektywność nie maleje, jak w przypadku pracowników, i nie potrzebują przerw, można utrzymać jednakowe tempo pracy. Ułatwia to planowanie produkcji i zarządzanie stanem magazynów.

Roboty przemysłowe poprawiają też bezpieczeństwo pracowników, zastępując ich w zadaniach niebezpiecznych. Niektóre z zagrożeń są oczywiste, jak na przykład: zranienie przez odpryski lub uszkodzenie wzroku przez błyski światła towarzyszące spawaniu części samochodowych i zatrucie szkodliwymi substancjami chemicznymi używanymi w procesie ich lakierowania. Innych nie odczuwa się natychmiast, jak na przykład zmian w kręgosłupie wywołanych wykonywaniem powtarzalnych ruchów albo podnoszeniem ciężkich przedmiotów.

Zaletą robotów przemysłowych jest dość łatwe i szybkie przestawienie ich na inne zadanie - często wystarczy je przeprogramować i zmienić końcówkę roboczą. Dzięki temu są bardziej uniwersalne niż zautomatyzowane maszyny o ograniczonej funkcjonalności. Zapewnia to dużą oszczędność w razie zmiany profilu produkcji.

Branża motoryzacyjna wkracza w erę Industry 4.0

Nie tylko automatyzacja produkcji ułatwia sprostanie wyzwaniom, przed którymi stają producenci z branży samochodowej. W erze Przemysłu 4.0 pomaga w tym też jej cyfryzacja i nowe technologie. Te ostatnie to m.in.: wytwarzanie addytywne (druk 3D), rzeczywistość wirtualna oraz rozszerzona, roboty współpracujące, sztuczna inteligencja, Przemysłowy Internet Rzeczy i chmura obliczeniowa. Niektórzy producenci nie tylko korzystają z nich wybiórczo, ale i zaczynają projektować w oparciu o nie całe zakłady. Przykładem jest Faurecia.

Cyfrowa fabryka Faurecii

Za około 60 mln euro Faurecia zbudowała fabrykę części samochodowych w Columbus w USA. Na powierzchni 37 tys. m² pracuje w niej 450 osób. W zakładzie zastosowano rozwiązania z dziedziny komunikacji, automatyki oraz przetwarzania danych, dzięki którym pretenduje on do miana cyfrowej fabryki zaprojektowanej w duchu koncepcji Przemysłu 4.0.

Przykładem są samouczące się autonomiczne, inteligentne pojazdy AIV (Autonomous Intelligent Vehicles) i roboty współpracujące. Pierwsze są wykorzystywane do transportu komponentów na linie montażowe, zaś roboty współpracujące znalazły zastosowanie w produkcji.

Oprócz tego wszystkie maszyny połączono w sieć za pomocą światłowodów o łącznej długości 2 kilometrów. Pracownikom stworzono w pełni cyfrowe środowisko pracy, wyposażając ich w urządzenia mobilne i prawie całkowicie "rezygnując z papieru".

Szacuje się, że codziennie wszystkie nowoczesne rozwiązania wdrożone w tym zakładzie generują około terabajta informacji. Aby były użyteczne, w ich analizie korzysta się ze specjalnych rozwiązań z dziedziny eksploracji danych (data mining).

PRZEGLĄD ZADAŃ

Roboty przemysłowe mają w przemyśle motoryzacyjnym szeroki zakres zastosowań. Są one używane m.in. w spawaniu części samochodowych. Roboty o dużym udźwigu i długim zakresie roboczym spawają części karoserii, natomiast mniejsze maszyny są używane do przymocowywania różnego typu zacisków. W tym zastosowaniu przydatna jest zdolność robotów do precyzyjnego i powtarzalnego podążania po zaprogramowanych, nawet bardzo skomplikowanych ścieżkach.

Roboty malarskie

Ostatnia z cech jest również ważna w następnym etapie produkcji samochodów, jakim jest lakierowanie. W malarni roboty przemysłowe są wykorzystywane do nanoszenia kolejnych warstw, którymi pokrywa się części karoserii, czyli: podkładu antykorozyjnego, właściwego koloru i lakieru bezbarwnego.

Roboty pracujące w malarni muszą być przystosowane do działania w takim pomieszczeniu. W tym celu w ich konstrukcji stosuje się specjalne rozwiązania, jak: materiały umożliwiające pracę w strefach zagrożonych wybuchem (ze względu na łatwopalność farb, lakierów, ich oparów), sensory do pomiaru parametrów malowania montowane na ramieniu robota, manipulatory, które pozwalają na regulację ustawienia pistoletu do natrysku w szerokim zakresie, przewody prowadzone wewnątrz ramienia i kiści (niekrępujące ruchów robota), materiały, które łatwo dają się oczyścić z zaschniętej farby i/lub specjalne pokrowce.

Montaż i cięcie

Poza malowaniem roboty nakładają różnego rodzaju uszczelnienia oraz kleje na części przed ich zmontowaniem. Montaż to następny przykład zadania, w którym chętnie ludzi wyręcza się tymi maszynami. Systemy wizyjne oraz czujniki siły to te elementy ich wyposażenia, dzięki którym sprawdzają się one na tym etapie produkcji.

Przykładowe czynności, które wykonują, to: wkręcanie śrub, montaż szyb oraz kół. Szybkie roboty typu delta, które montuje się na suficie, są również używane do składania mniejszych podzespołów samochodów, na przykład pomp i silników.

Kontrola przykładanej siły, sterowanie wizyjne i podążanie zaprogramowaną ścieżką przydają się również w realizacji zadań cięcia i przycinania. Przykładowe zastosowania to: cięcie tkanin na podsufitki oraz gratowanie. Roboty są ponadto używane do załadowywania i rozładowywania urządzeń, na przykład maszyn tłoczących.

Wszystkie powyższe czynności wymagają "nauczenia" robota tego, jak ma je wykonywać, tak jak nowego pracownika należy przeszkolić w zakresie jego obowiązków. Specyfikę tego zadania przedstawiamy dalej na przykładzie spawania.

Spawanie i programowanie robotów

Rys. 2. Przykład ścieżki ruchu robota spawalniczego

Robota trzeba zaprogramować - wyróżnia się tutaj dwie podstawowe metody: online i offline. Pierwsza polega na programowaniu robota na jego stanowisku pracy przez nauczenie go właściwej kolejności ruchów. Zadanie to należy do operatora. Za pomocą panelu sterującego albo joysticka porusza on ramieniem robota. Układ sterujący robota zapisuje współrzędne kolejnych punktów wyznaczających tory poszczególnych przemieszczeń lub współrzędne pozycji docelowej, jeśli sposób jej osiągnięcia nie jest istotny. Do wad tej metody zalicza się: długie programowanie, wymóg dostępności robota, czyli jego wyłączenie z realizacji innych zadań produkcyjnych, i konieczność zaangażowania doświadczonego operatora.

Na rysunku 2 przedstawiono przykład ścieżki ruchu. Pierwszy punkt oznacza pozycję wyjściową. W tym położeniu ramię robota znajduje się w bezpiecznej odległości od stołu. W pozycji numer dwa przysuwa się ono trochę bliżej arkuszy, które zostaną połączone, ale wciąż na tyle daleko, aby mieć pewność, że nie uderzy ono w nie. Położenie numer trzy jest pierwszym punktem właściwej ścieżki spawania. W kroku numer 4 włączana jest spawarka.

Oba segmenty ścieżki są liniami prostymi. W kroku numer 8 spawarka jest wyłączana. Przejście z pozycji numer 8 na pozycję 9 pozwala na wycofanie ramienia robota na bezpieczną odległość od połączonych blach. Następnie wraca ono do położenia wyjściowego.

Maciej Kuczyński

Advantech

  • Jaki charakter ma krajowy sektor motoryzacyjny oraz jakie są wymagania firm z tej branży względem dostawców automatyki przemysłowej i robotów?

Krajowa branża automotive to jeden z niekwestionowanych liderów polskiego eksportu oraz znaczący gracz na arenie międzynarodowej. Na przestrzeni ostatnich lat stała się ona trzecim największym tego typu sektorem w kraju, zaś w porównaniu do Chin jej eksport jest tylko 2,5 razy mniejszy.

Nie dziwi więc fakt, że jest to rynek, który od wielu lat skupia uwagę dostawców rozwiązań automatyki przemysłowej. Można nawet powiedzieć, że ścisła współpraca, będąca wynikiem tego zainteresowania branżą, przyczyniła się do jej dynamicznego rozwoju.

Sektor motoryzacyjny kształtuje w dużej mierze charakter współpracy z fabrykami oraz montowniami pojazdów - elastyczność łańcuchów dostaw, wymóg zapewnienia najwyższej jakości oraz tzw. tracebility gotowych komponentów. To wszystko oraz duża konkurencja sprawiają, że wymagania stawiane dostawcom rozwiązań i usług przez firmy z tego rynku stają się z roku na rok coraz bardziej wyrafinowane.

Oczywiście posiadanie specjalizowanych i kompleksowych rozwiązań jest niezwykle ważne, jednakże o efektywnej współpracy z branżą motoryzacyjną zaczynają przesądzać również czynniki inne niż tylko świetna oferta. Dostawcy rozwiązań i usług muszą obecnie wykazać się doskonałą znajomością specyfiki branży, w tym w szczególności procesów pozawytwórczych.

PROGRAMOWANIE OFFLINE. STEROWANIE ADAPTACYJNE

Programowanie offline odbywa się poza stanowiskiem roboczym robota, w specjalnym programie symulacyjnym, w którym trajektorie wyznacza się na podstawie modeli cyfrowych przedmiotów spawania i modeli kinematycznych robotów. Zaletą tej metody jest możliwość przetestowania programu przez wizualizację procesu w komputerze.

Ponadto wielokrotnie modyfikować można wcześniejsze programy. W komputerze łatwiej jest też przedstawić bardziej skomplikowane ruchy, korzystając z różnych funkcji danego oprogramowania. Co prawda koszt zakupu takiej aplikacji jest wysoki, jest to jednak wydatek jednorazowy. Zwykle zwraca się on dość szybko, gdyż robot w trakcie prac nad programem nie musi być wyłączony z dotychczasowych zadań.

Aby robot dostosowywał się do zmiennych warunków, kontroler tej maszyny powinien stosownie modyfikować parametry ruchu ramienia spawającego. Realizuje się to przez sterowanie adaptacyjne na podstawie informacji z czujników, w jakie wyposaża się robota. Ich zadaniem jest m.in.: detekcja krawędzi złącza, śledzenie jego przebiegu, żeby odpowiednio do niego zmieniało się położenie płomienia palnika oraz pomiar szerokości złącza w celu wykrycia wszelkich nieregularności i nieciągłości krawędzi.

Do znalezienia początku złącza lub krawędzi arkusza używane są głównie czujniki dotykowe i zbliżeniowe. Sensor dotykowy realizuje się, doprowadzając napięcie na przykład do dyszy, którą dostarczany jest gaz osłonowy, drutu spawalniczego lub dodatkowego próbnika. Kiedy końcówka tego elementu dotknie blachy, zwarcie jest wykrywane przez sterownik robota. Czujniki zbliżeniowe to zwykle sensory indukcyjne. Do śledzenia przebiegu i wyznaczania wymiarów złącza używane są natomiast głównie systemy wizyjne i skanery laserowe.

Case study 1

Automatyzacja pomiarów usprawnia produkcję felg

Jedna z tajwańskich firm z segmentu Tier 1, która wytwarza aluminiowe felgi, zaopatrując największych producentów aut, produkuje ponad dwieście różnych typów tych podzespołów. Park maszynowy przedsiębiorstwa składa się z sześciuset obrabiarek sterowanych numerycznie. Zakład produkcyjny działa przez pięć dni w tygodniu, w trzyzmianowym trybie pracy.

Ze względu na wysokie wymagania odnośnie do jakości wykonania felg i dokładności ich wymiarów przedsiębiorca miał trudności ze spełnieniem oczekiwań odbiorców jednocześnie w tym zakresie i ilościowego zaspokojenia ich potrzeb. Jak się okazało, przyczyną tego stanu rzeczy było to, że proces produkcyjny wielokrotnie był przerywany w celu wykonania ręcznych pomiarów wymiarów felg, dokonania na ich podstawie odpowiednich obliczeń i w oparciu o nie dobrania i wprowadzenia nastaw maszyn.

Takie podejście nie tylko wydłużało czas produkcji, ale nietrudno było o błąd w pomiarach, czy w obliczeniach. Aby rozwiązać tę niekorzystną sytuację, zdecydowano się zrezygnować z pomiarów ręcznych na rzecz sondy pomiarowej. Automatycznie kontroluje ona kluczowe wymiary felg w trakcie ich obróbki, a wyniki pomiarów drogą radiową przesyła do obrabiarki CNC. Na tej podstawie w maszynie automatycznie dostosowywane są jej nastawy.

Dzięki temu usprawnieniu udało się: zredukować obciążenie pracowników, w pełni wykorzystać dostępną wydajność parku maszynowego, skrócić czas produkcji jednej felgi o połowę, ograniczyć straty materiałów i poprawić tolerancję wykonania felg.

CZĘŚĆ 3: TRANSPORT, STEROWANIE, KONTROLA JAKOŚCI

W trzeciej części omawiamy inne ważne etapy produkcji samochodów, które są automatyzowane - takimi są transport (intralogistyka) oraz kontrola jakości.

Transport materiałów i wyrobów w obrębie zakładu jest to jedno z kluczowych zadań, od którego zależy wydajność, płynność i szybkość produkcji, nie tylko zresztą w branży samochodowej, ale w przemyśle w ogóle. W jego automatyzacji zwykle korzysta się z dwóch rozwiązań: przenośników i AGV (Automated Guided Vehicle), czyli bezzałogowych samojezdnych pojazdów wyposażonych w napęd elektryczny i zasilanych z akumulatorów.

PRZENOŚNIKI PODWIESZANE

Przenośniki podwieszane są popularnym środkiem transportu w przemyśle motoryzacyjnym. Dostępne są różne modele takich urządzeń. Najpopularniejsze są dwie konstrukcje: te, w których przenoszone obiekty są zawieszane bezpośrednio na rolkach ruchomego łańcucha pociągowego i przenośniki z wózkami przesuwanymi po oddzielnym torze za pomocą elementów popychających, które są z kolei przymocowane do ruchomego łańcucha pociągowego (typ power & free).

Przenośniki podwieszane są dostępne w wersjach o różnym udźwigu, od kilkudziesięciu kilogramów do nawet kilku ton. Dzięki temu w branży motoryzacyjnej znajdują zastosowanie w transporcie mniejszych i lżejszych podzespołów, takich o średnich rozmiarach i wadze, jak na przykład wytłoczonych części karoserii, które przewożą pomiędzy blacharnią a stanowiskiem robota spawalniczego, jak również większych i cięższych obiektów. Przykładem tych ostatnich są zespawane szkielety samochodów transportowane do lakierni.

Case study 2

Automatyczna linia transportu szkła hartowanego

Na liniach produkcyjnych, gdzie wyroby transportowane są od jednego stanowiska do drugiego, najważniejsze jest jednoczesne osiągnięcie dwóch celów: zapewnienie wymaganej szybkości transportu, dzięki której półprodukty będą docierać na kolejne stacje w odpowiednim momencie (niezbyt szybko, co pozwoli uniknąć ich nagromadzenia się na stanowisku w liczbie przekraczającej jego wydajność, jak i przestojów spowodowanych brakiem następnych wyrobów do obróbki), oraz odpowiedniej jakości produkcji.

Hartowanie szkła

Przykładem procesu produkcyjnego, w przypadku którego ma to szczególne znaczenie, jest produkcja szkła hartowanego, z którego wykonywane są szyby samochodowe. Poszczególne etapy jego obróbki, dla zapewnienia jego największej wytrzymałości powinny być zsynchronizowane, zaś nagromadzenie się szyb na jednym stanowisku może skutkować nawet ich potłuczeniem.

Linia produkcyjna szkła hartowanego składa się z kilku stanowisk, w tym: pieca, w którym jest ono poddawane obróbce termicznej polegającej na jego podgrzaniu do temperatury sięgającej +700°C, stanowiska jego szybkiego schłodzenia oraz stanowiska szlifowania, na którym zostają wygładzone jego krawędzie.

Proces hartowania powoduje powstanie wewnętrznych naprężeń w szkle, co zwiększa jego wytrzymałość, nawet siedmiokrotnie w porównaniu ze szkłem niehartowanym. Szlifowanie krawędzi ma z kolei na celu usunięcie najmniej wytrzymałych fragmentów na brzegach tafli. Prawidłowe przeprowadzenie tych operacji gwarantuje, że szkło hartowane trudniej jest rozbić, a nawet gdy się to uda, popęka ono na drobne, tępe kawałki, które nikogo nie skaleczą. W przypadku szyb samochodowych jest to cenna zaleta.

Linia transportowa

W pewnym zakładzie w ramach modernizacji linii transportu szkła hartowanego wyposażono ją w: sterowniki PLC, napędy AC i oprogramowanie HMI działające na IPC. Napędy przenośników łączących poszczególne stanowiska są zsynchronizowane z taśmociągiem wyjściowym pieca. W razie zmiany profilu produkcji albo specyfiki produktu sterowniki PLC zostają przeprogramowane stosownie do potrzeb. Zapewniona jest też ciągła diagnostyka napędów, dzięki czemu ogranicza się przestoje w produkcji.

Prezentacje firmowe

Polecane

Nowe produkty

Zobacz również