Automatizácia ako akcelerátor rastu efektivity práce
Automatizácia v povrchových úpravách má pred sebou veľkú budúcnosť. Musí sa však viac priblížiť k schopnostiam ľudského oka a ľudskej ruky. Ľudské oko, jeden z najdôležitejších orgánov človeka, je schopné analyzovať viac ako desať miliónov informácií za sekundu. Rozlišuje dopadajúce svetlo v rozmedzí od 380 nm až po 760 nm vlnovej dĺžky a vníma túto vlastnosť ako farbu. Niektorí odborníci tvrdia, že ľudské oko je schopné rozoznať až 16 miliónov farieb. Ľudské ruky majú tiež unikátne vlastnosti. Sú najpohyblivejšou časťou ľudského tela. Svaly, kĺby a kosti ľudskej ruky umožňujú veľmi širokú škálu pohybov. V spolupráci s nervovou sústavou mozgu umožňujú takmer okamžite prispôsobovať spôsob, silu a cit úchopu. Tieto schopnosti nie je automatizácia ešte stále schopná plne nahradiť.
Automatická aplikácia pások a tesnení
Karosérie automobilov obsahujú viac ako 150 otvorov rôznych tvarov a veľkostí. Sú to technické otvory umožňujúce výrobu automobilu či slúžiace na odtok kataforézy a farieb. Tieto otvory treba po uskutočnení potrebných technologických operácií utesniť. V súčasnosti sa používajú väčšinou gumené alebo plastové záslepky. Ich aplikácia má niekoľko nevýhod. Sú náročné na ergonómiu pracovných úkonov, presné aplikovanie a dotláčanie. V prípade nedostatočného zatlačenia je väčšie riziko zvýšeného hluku v kabíne vozidla či nedostatočného utesnenia automobilu. Tento technologický proces na seba viaže relatívne veľký počet pracovníkov. Riešením je automatická aplikácia pások a tesnení. Je jednoduchou, presnou a rýchlou alternatívou k doterajšiemu spôsobu aplikácie. Zariadenie na automatickú aplikáciu pások sa skladá z robota, rotačného kotúča s podávačom jednotlivých pások, zásobníka pások a aplikačnej hlavy pások.
Automatizácia kontroly vizuálnych chýb
Pri lakovacích procesoch je dôležité dodržiavanie požadovaných technologických parametrov. Veľká pozornosť sa venuje najmä teplote, vlhkosti vzduchu, viskozite farieb a lakov. Dôsledne sa monitoruje prietok a čistota vzduchu v lakovacích kabínach. Ani pri dodržaní všetkých technologických parametrov a udržaní požadovanej čistoty vzduchu nie je možné dosiahnuť bezchybnú povrchovú úpravu. V štandardne fungujúcich lakovniach sú najčastejšími kvalitatívnymi nedostatkami nečistoty, cudzie čiastočky a prach. V menšom meradle sa vyskytujú aj vizuálne defekty ako pomarančová kôra, bublinky, škrabance, zalakované vlásočnice, praskliny, krátery, nezhodná farebnosť a mnohé ďalšie.
Potreba kontroly vizuálnych chýb v povrchových úpravách generuje aj zvýšenú potrebu pracovníkov. Tento pracovný úkon má nulovú pridanú hodnotu pre výrobok. Zvyšuje náklady podniku na mzdy bez toho, aby daný výrobok vylepšil. Firmy preto hľadajú možnosti automatizácie kontroly vizuálnych chýb. Zariadenia na kontrolu vizuálnych chýb sa snažia dosiahnuť či prekonať úroveň vlastností ľudského oka. Dostupné technické riešenia ponúkajú detekciu rôznych druhov povrchových vrstiev, ako sú kataforéza, vrstva plniča, farby či laku. Sú schopné rozoznávať aplikované vrstvy na rôznych druhoch materiálov, či už sú to kovy, plasty alebo karbón. Veľkou výhodou je eliminácia vplyvu zníženej koncentrácie ľudského oka. Inteligentné algoritmy spracovania nasnímaného obrazu prevádzajú namerané údaje do softvéru, ktorý vyhodnocuje odrazivosť svetla, intenzitu, lokálne zakrivenie a geometrické rozmery, a porovnávajú ich s databázou defektov. Následne sú vyhodnocované anomálie v tvare, odrazivosti a kontraste. Vyhodnocovanie dielov je uskutočňované podľa požiadaviek automobilových výrobcov s ohľadom na veľkosť defektu a jeho umiestnenie. Automatizácia kontroly sa momentálne realizuje v dvoch rôznych konceptuálnych riešeniach: detekčná stanica s robotickou základňou a detekčný tunel. Niektorí dodávatelia takýchto kontrolných systémov udávajú schopnosť nasnímať viac ako 80 000 obrázkov v priebehu pár sekúnd a detekciu chýb až 100 %.
Automatizácia opráv vizuálnych chýb
Oprava kvalitatívnych chýb po lakovaní je časovo náročná aktivita. Veľký vplyv na konečný výsledok majú schopnosti a skúsenosti pracovníkov opráv. V prípade priebežných lakovacích liniek vyrábaných v určitom časovom takte je preto potrebný zvýšený počet pracovníkov na vizuálnu kontrolu a opravu. To spôsobuje zvýšené finančné náklady pre priemyselné podniky a priamo tak vplýva na konečnú cenu výrobkov. Nevýhodou manuálnych opráv je aj dosahovanie rôznej kvality konečnej opravy. Pri tvarovo zložitejších dieloch s väčšími rozmermi sú pre pracovníkov niektoré miesta ťažko ergonomicky dostupné.
Priemyselné riešenie automatizácie opráv lakovacích procesov je priestor na rozvoj a rozširovanie podnikateľských aktivít výrobcov automatizačných liniek, keďže stále vo väčšine firiem prevládajú manuálne opravné stanice. Mnohé firmy už ponúkajú priemyselné riešenia pre tento problém. Zariadenia na automatickú opravu vizuálnych chýb sú zvyčajne zložené z automatického systému detekcie vizuálnych chýb a automatického systému brúsenia a leštenia. Automatický systém brúsenia sa skladá z brúsnej hlavy, brúsneho papiera a automatického výmenníka brúsneho papieru. Automatický systém leštenia sa skladá z leštiacej hlavy, zásobníka leštiacej pasty a automatického výmenníka leštiacej podložky.
Výzvy digitalizácie a automatizácie v povrchových úpravách
Priestor na rozvoj digitalizácie v povrchových úpravách je obrovský. Veľký potenciál má digitalizácia vývoja jednotlivých náterových materiálov a digitalizácia overovania kvality povrchových úprav. Zaujímavou témou by mohla byť digitalizácia koróznych skúšok materiálov. Korózne testovanie materiálov a náterových látok je časovo extrémne náročná činnosť. Testy môžu trvať od 24 hodín až po niekoľko rokov v závislosti od druhu koróznej skúšky a jej účelu. Digitalizáciou koróznych skúšok by sa otvorili firmám úplne nové obzory. V leteckom priemysle sa uskutočňujú paralelne s výrobou krátkodobé korózne skúšky na testovacích platničkách. Jednotlivé vyrobené diely musia byť pozastavené. Na ďalšie výrobné kroky, respektíve k zákazníkovi môžu byť odoslané až po pozitívnom vyhodnotení koróznych skúšok. Digitalizáciou týchto skúšok by bolo možné prakticky okamžite vyhodnotiť výslednú kvalitu povrchovej úpravy. Pozitíva digitalizácie krátkodobých koróznych skúšok sú znásobené pri dlhodobých skúškach, kde toto testovanie trvá až niekoľko rokov.
Akú výhodu bude mať firma s relevantným softvérom pri vývoji jednotlivých konštrukčných materiálov a náterových látok? Dokáže uviesť materiál či vyrábaný produkt na trh o niekoľko mesiacov skôr ako konkurencia. Podobným príkladom ako deštrukčné skúšky, ktoré by bolo vhodné digitalizovať, sú mriežkový test, testy adhézie, testy odolnosti proti plameňu či slnečnému žiareniu atď. Digitalizáciou deštrukčných skúšok by sa ušetrili nemalé finančné prostriedky. Hlavným prínosom by určite bolo výrazné skrátenie čakania na konečný výsledok. Veľkou výzvou digitalizácie takýchto skúšok je správna korelácia reálneho výsledku a softvérovej simulácie.
Automatizácia v povrchových úpravách má tiež svoje výzvy, napríklad automatizácia aplikácie ochrannej fólie na karosériu vozidla. Fólia má ochrannú funkciu, vylepšuje vzhľad vozidla a má aj samočistiacu schopnosť. Umožňuje tiež úplnú farebnú zmenu vozidla pri relatívne nízkych nákladoch. Nevýhodou je prácnosť jej aplikácie a náročnosť na zručnosť pracovníkov. Pred aplikáciou ochrannej fólie treba očistiť a odmastiť vozidlo. Tesne pred aplikáciou treba aplikovať mydlovú vodu, ktorá je postupne s aplikáciou fólie na vozidlo vytláčaná špachtľou. Následne treba čiastočne zlepiť spodnú stranu fólie. Fólia sa môže rezať podľa potreby. V prípade nekvalitnej aplikácie či bublín pod ochrannou fóliou ju treba stiahnuť a aplikovať znovu. Automatizovaná aplikácia ochrannej fólie ešte nie je priemyselne dostupná. U zákazníkov je však veľmi žiadaná a pomohla by znížiť náklady.
Zaujímavé riešenie priniesla firma Kansai. Vyvinula druh farby s názvom Peelable Paint (Kansai, 2024). Ide o zmývateľnú farbu, ktorú možno aplikovať sprejovaním. Má unikátne vlastnosti. Na automobil sa aplikujú klasické náterové látky. Ak má zákazník záujem o zmenu farby, vzhľad či lesk, možno aplikovať Peelable Paint. Tento druh farby je spojený s podkladom medzi molekulárnymi interakciami, ktoré zabezpečujú dostatočnú priľnavosť pri každodennej prevádzke. Ak si zákazník žiada zmeniť farbu vozidla na pôvodnú, možno Peelable Paint odstrániť vysokotlakovým čističom.
Automatizácia naráža na svoje limity aj pri povrchovej úprave výrobkov z kompozitných materiálov z karbónových vlákien. Tie majú excelentné vlastnosti, vynikajúci pomer odolnosti v ťahu a váhy, vysokú teplotnú stabilitu, veľmi dobrú odolnosť proti korózii a chemikáliám. Majú však aj niekoľko nevýhod. Jednou z nich je technologická náročnosť ich výroby a povrchových úprav. Drvivá väčšina jednotlivých výrobných krokov je manuálna. Výrobky z karbónových vlákien sa po vybratí z autoklávy povrchovo upravujú najčastejšie aplikáciou plniča, farieb a lakovaním. Na výrobok sa aplikuje najprv vrstva plniča, ktorá zabezpečuje dostatočnú priľnavosť nasledujúcich vrstiev k základnému podkladu. Táto vrstva sa potom brúsi brúsnymi papiermi. V tomto technologickom kroku je riziko nežiaduceho prebrúsenia do základného materiálu výrobku z karbónových vlákien. To je jeden z dôvodov, prečo sa tento technologický krok uskutočňuje manuálne. Ďalším dôvodom je množstvo tvarovo zložitých dielov, ktoré sa z karbónových vlákien vyrábajú. Pri nežiaducom prebrúsení do základného materiálu môže nastať úplné znehodnotenie výrobku bez možnosti ďalšej opravy. Zákernosť povrchovej úpravy karbónových vlákien sa však nekončí pri tomto riziku. Pred aplikáciou farby a laku treba plnič aplikovať a prebrúsiť niekoľkokrát. Správne prebrúsiť karbónový diel na lakovanie s kvalitne pripraveným povrchom je umenie. Riešenie automatizácie povrchových úprav materiálov z karbónových vlákien nie je ešte pre priemyselné podniky dostupné.
Záver
Digitalizácia a automatizácia povrchových úprav v automobilovom priemysle je v porovnaní s ostatnými výrobnými technológiami na začiatku. V budúcnosti bude mať jej použitie v priemyselných podnikoch určite rastúcu tendenciu. Prinesie obrovské úspory času, finančných prostriedkov, zrýchlenie vývoja a implementácie nových materiálov a produktov na trh. Zlepší tok informácií a tým uľahčí správne rozhodovanie vo výrobnom procese. Spôsobí aj zmenu štruktúry zamestnanosti. Zníži potrebu zamestnávania pracovníkov na uskutočňovanie jednoduchých manuálnych úkonov a zvýši potrebu zamestnávania pracovníkov so zručnosťami a znalosťami, ako sú programovanie, digitálna diagnostika, elektrotechnika.
Zaujímavým technickým riešením aplikovaným už v reálnej praxi je digitalizácia lakovacích predlôh a parametrov, kde sa v spolupráci s UI vygenerujú presné lakovacie programy. Tým sa skracuje čas potrebný na uvedenie nových modelov do výroby, optimalizuje sa objem používaných materiálov a zlepšuje sa finálna kvalita výrobkov. Pri mnohých výhodách, ktoré prinášajú tieto technológie digitalizácie a automatizácie, však treba použiť aj zdravý sedliacky rozum a pragmatické rozhodovanie. Digitalizácia ani automatizácia nevyrieši všetky problémy priemyselných podnikov, ale je výborným pomocníkom pri zvyšovaní efektivity výroby a zlepšovaní kvality.
Použité zdroje
[1] Obr. 11 so súhlasom firmy DURR
[2] Obr. 12 a 13 so súhlasom firmy Tesa
[3] Obr. 18, 19 a 20 so súhlasom firmy Spray Vision
[4] Paintscan [online]., ENVISIONING THE FUTURE: Alliance between ISRA VISION, Perceptron, and QUISS takes smart factory automation to the next level, ISRA VISION GmbH, Story – PresseBox, Citované 10. 3. 2024.
[5] Micro-Epsilon [online]., reflectCONTROL,surfaceCONTROL von Micro--Epsilon Dreidimensionale Oberflächeninspektion, Automation.at, citované 15. 3. 2024.
[6] Peelable Paint Kansai [online]. Citované 17. 3. 2024.
Koniec seriálu.
Ing. Ján Lilko, PhD., MBA
Programový manažér
Výroba automobilov
