Robotyzacja – elastyczna produkcja – odpowiedź na zwiększony popyt

Jednym ze sposobów na elastyczną produkcję, z perspektywami na dostosowanie się do dynamicznego wzrostu popytu jest robotyzacja. Roboty przemysłowe obecnie stają się coraz bardziej efektywne kosztowo, zarówno jeśli chodzi o zakup, jak i implementację oraz oprogramowanie.

W sytuacji coraz łatwiejszej implementacji robotów w przedsiębiorstwach, producenci odczuwają presję związaną ze zwiększaniem konkurencyjności swojej oferty, aby zwiększać funkcjonalność, a przez to dywersyfikację produktów.

Dzięki wbudowanym systemom wizyjnym w robotach FANUC, inżynierowie mają ułatwione zadanie – znika całkowicie problem komunikacji kamery i jej sterowania z robotem. Poprzez całkowitą integrację systemu wizyjnego ze sterownikiem robota, system może pracować w różnorodnym środowisku bez potrzeby wyposażania go w dodatkową ochronę (np. przed kurzem) czy dodatkowe chłodzenie.

Wszystko dzięki implementacji całej funkcjonalności w sterowniku robota, bez konieczności podłączania zewnętrznego PC. System [FANUC iRVision] jest w całości produktem FANUC Robotics, upraszcza konserwację i serwis stanowiska zrobotyzowanego, gdyż zarówno nad robotem jak i systemem wizyjnym opiekę sprawuje FANUC Robotics.

Automatyzacja zakładów przemysłowych zakłada wykorzystanie 4 głównych typów robotów – kartezjańskich, SCARA, antropomorficznych oraz DELTA. Roboty SCARA wciąż są najbardziej popularne w branży elektronicznej, ale standardowe ramię już im dorównuje pod względem szybkości. Roboty kartezjańskie najlepiej naśladują ruch ludzkiej ręki i do takich aplikacji nadają się najbardziej.

We wspólnym przedsięwzięciu BAE Systems i UK MOD, którego przedmiotem jest zakup amunicji, zakład produkcyjny został zatwierdzony do obróbki pocisków artyleryjskich. Nowe, zrobotyzowane stanowisko wyklucza dostęp operatorów do najbardziej niebezpiecznych miejsc, zajmuje jedną czwartą poprzedniej przestrzeni roboczej, wymaga obsługi o 4 operatorów mniej na jedną zmianę niż poprzednio, polepsza jakość produktu oraz zwiększa wydajność linii produkcyjnej.

Nowy system składa się z 4 zrobotyzowanych cel, z których każda może działać samodzielnie na tyle, aby utrzymać produkcję oraz zmieniać jej parametry bez konieczności przerw. System jest tak zaprojektowany, że może produkować zarówno pociski 105mm jak i 155mm, z możliwością szybkiej zamiany. Wszystkie z 4 pracujących w systemie robotów FANUC są wyposażone w chwytak do przenoszenia pocisków na 2 sposoby w zależności od potrzeb. Jedna z cel zawiera system inspekcyjny, do którego robot dostarcza i z którego zabiera obrobione pociski. W jeszcze innej celi robot ma za zadanie przeprowadzanie czynności pick&place pierścienia wiodącego (elementu pocisku).

Robot SCARA czy kartezjański

Wybór pomiędzy dwoma typami robotów: SCARA i karteznjańskim nie jest łatwy. W niektórych aplikacjach jednakże sprawdzi się zastosowanie obydwu z nich. Tak też było w aplikacji realizowanej przez Ricoh podczas automatyzacji linii montażowej przegród do tonerów (element kartridża do drukarki). Poprzednio przegrody były montowane ręcznie lub przy pomocy urządzeń pneumatycznych.

Wybrany do realizacji robotyzacji linii montażowej integrator zasugerował zastosowanie robota Toshiba Machine TH650, do pracy z 6 podajnikami oraz stołem obrotowym przestawnym. Dzięki odpowiedniej konfiguracji, system obsługuje montaż 5 komponentów w 7.5 sekundy, pracując na 3 zmiany, 6 dni w tygodniu. Po rozładowaniu części są układane na tackach, zanim zostaną zabrane na kolejny etap montażu.

Obsługiwane przez robota elementy są bardzo łamliwe, a niektóre z plomb mogą zostać łatwo usunięte, tak więc precyzja operacji jest koniecznością. Robot SCARA używa delikatnych chwytaków równoległych, aby podnieść półprodukt (korpus tonera) z podajnika i umieścić go na stole. Następnie ze stołu (zgodnie ze wskazówkami zegara) pobiera już gotowy produkt. Obracany jest on o 90 stopni i z tej pozycji pobierany do pakowania. Na tacy służącej do pakowania są 72 pozycje. Za pomocą rozwiązań pneumatycznych też można przeprowadzić paletyzację, ale jest to spore wyzwanie. Tu obsługuje ją robot kartezjański, przytrzymujący tace przyrządem próżniowym. Koszt ręcznego wykonania tej pracy byłby bardzo wysoki, ale przede wszystkim nie można byłoby zagwarantować jakości montowanych części.

Automatyzacja na większą skalę

KUKA Roboter bierze udział w projekcie, którego przedmiotem jest opracowanie innowacyjnego systemu zautomatyzowanego montażu elementów konstrukcyjnych samolotów Airbus. Zadanie dla robotów w tym projekcie to wiercenie i mocowanie elementów na pokrywach górnych i dolnych skrzydeł demonstracyjnego prototypu aktualnie budowanego w zakładzie Airbusa w Filton.

Współpraca KUKA z Airbusem jest częścią 100-milionowego kontraktu ALCAS, mającego na celu opracowanie strategii produkcji i montażu przy użyciu nowych kompozytów. Jednym z wątków projektu jest polepszenie wydajności poprzez wykorzystanie horyzontalnej metody konstrukcji skrzydła (zamiast wertykalnej, która jest procesem czasochłonnym i pracochłonnym).

Markus Gruber, Menedżer KUKA Roboter wyjaśnia: "Opracowano bardzo efektywny system montażu uwzględniający platformę KUKA Omnimove, o 18-tonowym udźwigu, która jest alternatywą dla dźwigu przy manewrowaniu pokrywami skrzydeł samolotów oraz służy do pozycjonowania dwóch robotów KUKA służących do wiercenia otworów w pokrywie dolnego skrzydła. System montażowy oprócz wymienionych robotów zawiera także identyczną parę robotów do wykonywania tych samych czynności przy górnym skrzydle".

Dwa z robotów są wyposażone w system kontroli adopcyjnej służącej do monitorowania dokładności pozycji głowicy wiertła, a inne mają wielofunkcyjną końcówkę, przeznaczoną do wiercenia otworów o średnicy od 6 do 22mm w materiałach o grubości do 110mm. Projekt uwzględnia zestaw wrzecion do osiowego i orbitalnego wiercenia, jak również inne wbudowane opcje, takie jak np. sonda optyczna do pomiarów bezstykowych.

Inteligentne systemy zrobotyzowane

Integracja robotów w inteligentnych systemach produkcyjnych jest także domeną Mitsubishi Electric. Technologia robotyczna, którą aktualnie oferuje Mitsubishi, pozwala na ekonomiczne wykorzystanie na liniach produkcyjnych robotów z funkcją elastycznego pozycjonowania, które nawet podczas ruchów ramienia reagują na zmiany w środowisku i odpowiednio dostosowują tor ruchu.

Zarówno pozycjonowanie robota jak i zlokalizowanie innych poruszających się obiektów w obrębie stanowiska działają bez systemu przetwarzania obrazu. Ponadto, sterowanie w czasie rzeczywistym bazujące na czujnikach nie wymaga skomplikowanego oprogramowania. Kluczowym elementem tej wysoce elastycznej technologii automatyki przemysłowej jest system pozycjonowania VRFloor (Virtual Reality Floor), stworzony przez Robotics Technology Leaders. System zawiera pasywne markery o stałej tożsamości, czujniki do rejestrowania punktów pomiarowych oraz komputer sterujący – do analizowania informacji z czujników. Różne rodzaje markerów są umieszczone około trzy milimetry pod powierzchnią podłogi. Poduszka pneumatyczna zapewnia mobilność robota, w obrębie jego stanowiska oraz transfer do innych stanowisk.

Szybka wymiana danych pomiędzy czujnikiem a sterownikiem powoduje bezpośrednią reakcję robota na zmiany w obszarze roboczym oraz wyznaczenie toru ruchu na podstawie aktualnych wartości z czujników. Komputer oblicza informacje o ruchu na podstawie sygnałów i przekazuje dane o pozycji zwykle w czasie od 1 do 10 milisekund. Przykładowo, dla ruchu ramienia po krzywej długości 15 cm, wykonywanego w czasie trzech sekund, do sterownika robota musi zostać przekazane 1500 pozycji, dla cyklu robota wynoszącego dwie milisekundy.

Nikt nie odważyłby się sugerować, że roboty są idealnym rozwiązaniem do każdej operacji produkcyjnej. Do niektórych wystarczą zaawansowane systemy zautomatyzowane, do innych stosuje się jedynie montaż ręczny. Jednakże w obliczu konkurencji ze strony krajów o niskich kosztach pracy i konieczności zwolnienia pracowników w okresie kryzysu, jak również zwiększającego się popytu wraz z odradzaniem się gospodarek po recesji, przedsiębiorcy na nowo rozważają podjęcie tematu robotyzacji w swoim zakładzie.

Zdjęcie 1: Roboty KUKA pracujące przy projekcie ALCAS
Zdjęcie 2: Robot Toshiba przy pracy na linii montażowej przegród do tonerów Ricoh

Źródło: Engineer Live, http://www.engineerlive.com; How robotics can help manufacturers recover from the recession.