Výrobný závod je strategickým závodom pre európske trhy. Je založený na moderných organizačných a technologických procesoch. S cieľom zlepšovať ergonómiu pracovísk, zvyšovať efektivitu procesov a podporovať jednu zo strategických iniciatív spoločnosti VELUX, automatizáciu, boli vo výrobnom závode zavedené rôzne robotické riešenia. Jednou z takýchto aplikácií je aj modernizácia procesu čistenia vybraných komponentov, ktoré sa vykonáva ešte pred následným procesom lakovania.
Čistenie vykonával operátor
Pôvodný proces čistenia komponentov vykonával operátor ručným vysávaním prachu a nečistôt z povrchu rámov, ktoré sa pohybovali zavesené na dopravníku. Využíval na to štandardnú saciu hubicu s kefou, ktorá bola pripojená k malému priemyselnému vysávaču. Existujú dve hlavné kategórie komponentov – krídlo a rám. V súčasnosti sa v závode vyrábajú komponenty s rôznou veľkosťou.
Priestor na zlepšenie
Na základe zadania, ktoré vypracoval priamo výrobný závod, bolo cieľom nahradiť manuálnu prácu výrobného operátora s robotickým zariadením. Operátor na operátorskom paneli vyberá program z databázy zodpovedajúci veľkosti komponentu. Program robota sa automaticky aktivuje a následne upraví všetky nastavenia čistenia pre danú veľkosť a typ komponentu. Komponenty musia byť počas čistenia zaistené proti nežiaducemu pohybu, pretože čistiaca kefa môže voči komponentu vytvárať nežiaduce sily. Pred začatím čistiaceho procesu sa aktivuje bezpečnostný zámok na dverách do pracovnej oblasti stroja. Počas čistiaceho procesu musia byť prach alebo piliny odsaté nezávislým odsávacím systémom. Druhá časť čistiaceho systému pozostáva z odprášenia pomocou kotúčov s kefkou. Smer otáčania musí byť vždy do vnútornej zóny komponentu, to znamená, že zvislé kefy zmenia smer otáčania na základe polohy komponentu vnútri stroja. Tieto dva čistiace systémy môžu fungovať nezávisle od seba. Po ukončení celého procesu čistenia postupujú komponenty do procesu ďalej. Energetickú účinnosť pracoviska bolo potrebné spracovať v zmysle normy ISO 50 001. Denná údržba a čistenie celého pracoviska nemali zabrať viac ako 15 minút.
Kombinácia flexibility a skúseností
Ponuku na riešenie projektu predložilo niekoľko spoločností. Víťazná bola od spoločnosti Blumenbecker Slovakia, s. r. o., ktorá sa zaoberá dodávkou automatizovaných a robotických pracovísk na kľúč, realizovaných na mieru podľa potrieb zákazníkov. „Pre výrobný závod Partizánske Building Components-SK, s. r. o., sme už v minulosti riešili niekoľko menších servisných výkonov týkajúcich sa robotických technológií. Videli sme popri tom potenciál na nasadenie technológií v niektorých ďalších procesoch. Preto sme sa logicky uchádzali o tento nový projekt. Flexibilita nášho riešenia, ponúknutá cena a doterajšie výsledky boli, podľa môjho názoru, tými faktormi, ktoré rozhodli o našom víťazstve v tendri,“ vysvetľuje na úvod nášho stretnutia Peter Grňo, konateľ spoločnosti Blumenbecker Slovakia, s. r. o.
V súlade so zadaním bolo účelom navrhovaného pracoviska nahradenie monotónnej práce vykonávanej jedným pracovníkom, ktorý tak mohol byť presunutý na iné úlohy v rámci výrobného závodu. Zároveň malo toto robotické pracovisko priniesť zvýšenie kvality a stability čistenia a zníženie celkových nákladov. Pracovisko bolo umiestnené priamo do existujúcej výrobnej linky. Z hľadiska výkonu bolo potrebné navrhnúť pracovisko tak, aby bolo schopné zvládnuť očistiť približne 850 kusov komponentov za jednu pracovnú zmenu. Celé pracovisko bolo potrebné umiestniť na plochu s rozmermi 2 800 x 3 500 mm, ktorá bola na to v rámci existujúcej linky určená.
Srdcom sa stal priemyselný robot
Hlavným prvkom pracoviska je priemyselný šesťosový robot Fanuc M710iC/20M s riadiacim systémom R30iB Plus a nadradeným riadiacim systémom PLC Siemens SIMATIC S7. Nosnosť robota je 20 kg, jeho maximálny dosah 2 582 mm a presnosť opakovania polohy podľa ISO 9283 je ±0,04 mm. Robot má podľa normy IEC 60529 ochranu až IP65. Konfigurácia robota je doplnená o opciu Fanuc LineTracking na synchronizáciu pohybu robota s dopravníkom na výrobnej linke. Na existujúci dopravník na výrobnej linke bol inštalovaný enkodér, ktorý poskytuje robotu informáciu o aktuálnej pozícii komponentov na výrobnej linke. To umožňuje vykonávať proces čistenia kontinuálne bez zastavenia dopravníka. Robot je naprogramovaný tak, aby bol schopný dokončiť proces čistenia aj počas neočakávaného zastavenia dopravníka. Robot vykoná celý čistiaci cyklus na komponente (ak je už komponent na pracovisku robota) a vráti sa do východiskovej polohy. Tým sa odstráni problém odkazovania robota na nedokončený cyklus a pod. Po opätovnom spustení dopravníka a načítaní začiatočnej polohy komponentu pokračuje robot vo svojej činnosti. Robot má v porovnaní sú súčasným stavom ešte minimálne 10 % rezervu z hľadiska svojej rýchlosti, ktorú bude možné využiť v prípade budúcich úprav výrobného taktu.
Na šiestej osi robota je umiestnený koncový nástroj schopný vykonávať kefovanie komponentov a súčasne odsávanie nečistôt, tzn. že je vybavený kefou poháňanou elektromotorom s možnosťou otáčania v obidvoch smeroch a odsávacou trubicou napojenou na priemyselnú odsávaciu jednotku. Táto jednotka je riadená nadradeným riadiacim systémom PLC celého pracoviska a prepojená s koncovým nástrojom robota odsávacím potrubím. Systém odsávania sa automaticky vypne, ak je proces čistenia dokončený a dopravník zastavený. V prípade opotrebenia je údržba schopná vymeniť kefu do desiatich minút.
Na zabezpečenie správnej polohy a fixácie komponentov pri procese čistenia slúži systém na polohovanie, ktorý pracuje na mechanickom princípe. Jeho hlavným členom je servopohon umožňujúci zmenu výšky systému v závislosti od typu komponentu. Rám sa pri presune čistiacim pracoviskom posúva popri vodiacich lištách osadených valčekmi.
Na komunikáciu operátora s pracoviskom slúži výkonný, 12“ operátorský panel Siemens Simatic TP1200, ktorý obsahuje 26 samostatných programov s ohľadom na existujúcu veľkosť okien. Zobrazuje alarmy bezpečnostných funkcií, ovládačov a motorov, krokové alarmy hlavného programu a všetkých sekvencií programov.
Celé pracovisko je po všetkých stranách zabezpečené proti nepovolanému vstupu. Z dôvodu bezpečnosti je robotické pracovisko oplotené ochranným oplotením a vybavené bezpečnostnými dverami, pričom vstup do chráneného priestoru je zabezpečený bezpečnostnými zámkami.
V zadnej časti pracoviska sú vo vertikálnom smere umiestnené dve čistiace kefy na čistenie rámov a dočisťovanie krídiel. Aj na tomto mieste je nainštalovaný odsávací systém. Vlákna čistiacich kief sú antistatické ESD, schopné pohybu v oboch smeroch. Vertikálne čistiace valce sú vybavené polohovacím systémom umožňujúcim zmenu osovej vzdialenosti jednotlivých valcov medzi sebou a nastavovanie sklonu valcov. Prísun a nastavenie sklonu je zabezpečené elektrickými valcami s lineárnymi vedeniami. Na základe typu komponentu sa valce automaticky prestavia do požadovanej polohy. V prípade poruchy na čistiacich valcoch bude možné zmeniť ich polohu, aby okná bezproblémovo prechádzali pomedzi valce.
Simulácia procesu aj s využitím virtuálnej reality
Pôvodný návrh pracoviska bol vytvorený v programovom prostredí Process Simulate od spoločnosti Siemens. V ňom sa simulovala schopnosť robota obslúžiť všetky typy komponentov počas ich kontinuálneho pohybu bez zastavenia dopravníka, ako aj možné kolízne stavy. Simulácia výrobného procesu bola ešte pred samotnou realizáciou pracoviska vypracovaná pre jeden konkrétny typ rámu a prezentovaná zákazníkovi. „Vzhľadom na nedostatočné priestorové podmienky v reálnej prevádzke sa Blumenbecker Slovakia, s. r. o., rozhodla v poslednej fáze prípravy projektu využiť služby SOVA Digital, a. s., na vizualizáciu 3D modelu robotického pracoviska do prostredia virtuálnej reality. Cieľom tohto kroku bola analýza ergonómie z hľadiska údržby a priestorových možností pracoviska,“ konštatuje Michal Zimány zodpovedný za vývoj robotických aplikácií v spoločnosti Blumenbecker Slovakia, s. r. o.
Overovanie pomocou virtuálnej reality sa stáva novým trendom v oblasti návrhu a úpravy pracovísk. Táto metóda uľahčuje prácu a poskytuje detailný pohľad na pracovisko z pohľadu prvej osoby. Virtuálna realita tiež poskytuje priestor na komunikáciu tímov rôzneho zamerania (napr. logistika, výroba, inžiniering, montáž). Najnovšia verzia Process Simulate umožňuje sledovať simuláciu v prostredí virtuálnej reality. Pomocou okuliarov a ovládacích prvkov pre virtuálnu realitu možno linku upravovať, spúšťať a mať tak iný pohľad na vytváranie simulácie ako doteraz. Práca s virtuálnou realitou je jednoduchá a rýchla. Process Simulate umožňuje pomocou jedného tlačidla automatické vytvorenie modelu digitálnej linky vo virtuálnej realite, takže používateľ môže ihneď pracovať.
„Hlavným prínosom virtuálnej reality je možnosť vstúpiť do digitálneho priestoru robotickej bunky, linky či akéhokoľvek výrobného systému. Človek tak vníma digitálny priestor ako veľmi reálny a môže nájsť chyby, nedostatky a prípadne vytvárať nové či upravovať existujúce koncepty vo virtuálnom prostredí,“ dopĺňa Dušan Šútora, aplikačný inžinier SOVA Digital, a. s.
Ďalší krok k automatizácii
Aj pri pretrvávajúcich obmedzeniach spôsobených pandémiou COVID-19 sa spoločnosti Blumenbecker Slovakia, s. r. o., podarilo celý projekt zrealizovať a uviesť do prevádzky načas. „Touto zmenou sme docielili ďalší pokrok v automatizácii v našom výrobnom závode. Naším hlavným cieľom bolo nahradiť manuálnu prácu operátora s robotom. Zároveň sme zlepšili ergonómiu pracoviska a získali vyššiu efektivitu celého procesu. Nakoľko išlo o prototyp, požadovanú kvalitu sa podarilo dosiahnuť po viacnásobných korekciách v nastavení stroja. Spolupráca so spoločnosťou Blumenbecker prebiehala na veľmi vysokej úrovni a proces sa nám podarilo zrealizovať za pomerne krátky čas,“ konštatoval Vlastimil Kapusta, líder projektu v spoločnosti Partizánske Building Components-SK, s. r. o.
Za poskytnuté informácie ďakujeme spoločnosti Partizánske Building Components-SK, s. r. o., a Blumenbecker Slovakia, s. r. o.
Pozrite si možnosti využitia virtuálnej reality pri simulácii procesu čistenia komponentov.
