Przez wiele lat zrobotyzowane polerowanie kojarzone było głównie z dużymi fabrykami produkującymi tysiące identycznych części. Tradycyjny pomysł był prosty: jeśli producent miał stabilny produkt, długi cykl produkcyjny i wystarczającą wielkość produkcji, inwestycja w zrobotyzowany system polerski miała sens. Jeśli projekty produktów zmieniały się często lub ilości zamówień były małe, ręczne polerowanie wydawało się bardziej praktyczne.
Obecnie pogląd ten ulega zmianie.
Producenci z branż takich jak wyroby sanitarne, części samochodowe, meble metalowe, okucia do drzwi, naczynia kuchenne, przemysł lotniczy, sprzęt medyczny i ogólna obróbka metali stoją przed nowym środowiskiem produkcyjnym. Klienci chcą większego wyboru produktów, krótszych terminów dostaw, mniejszych ilości zamówień i bardziej spersonalizowanych projektów. W rezultacie fabryki muszą przetwarzać wiele różnych części, produkując jednocześnie mniej sztuk każdego modelu.
Nazywa się to produkcją wysokogatunkową i niskonakładową.
Czy roboty polerskie mogą skutecznie działać w takim środowisku? Krótka odpowiedź brzmi: tak, ale tylko wtedy, gdy system został zaprojektowany pod kątem elastyczności.
Nowoczesne zrobotyzowane systemy polerskie nie ograniczają się już do powtarzania jednego stałego ruchu na jednym produkcie. Dzięki kontroli siły, oprzyrządowaniu do szybkiej wymiany, elastycznym mocowaniom, cyfrowym przepisom procesów, programowaniu 3D i inteligentnym czujnikom robot może przełączać się między różnymi częściami znacznie szybciej niż wcześniej.
Jednak sukces takiego systemu zależy od czegoś więcej niż tylko zainstalowania robota. Producenci muszą rozumieć asortyment swoich produktów, wymagania dotyczące polerowania, częstotliwość wymiany, potrzeby w zakresie narzędzi i cele produkcyjne. Kiedy te czynniki zostaną dokładnie rozważone, polerowanie zrobotyzowane może stać się praktycznym rozwiązaniem nawet w przypadku małych partii i często zmieniających się produktów.
Zrozumienie produkcji wysokomieszanej i niskonakładowej
Produkcja wielkoseryjna i niskoseryjna oznacza, że fabryka wytwarza wiele różnych modeli produktów, ale ilość każdego produktu jest stosunkowo niewielka.
Na przykład producent sprzętu łazienkowego może wyprodukować dziesiątki korpusów kranów, uchwytów, zaworów i akcesoriów. Jedno zamówienie może wymagać 200 sztuk danego modelu baterii, natomiast inne zamówienie może wymagać tylko 50 sztuk specjalnego uchwytu. Materiał, rozmiar, kształt i wymagane wykończenie powierzchni mogą się zmieniać w zależności od zamówienia.
Dostawca mebli metalowych może spotkać się z podobną sytuacją. Rano konieczne może być wypolerowanie nóg krzeseł ze stali nierdzewnej, po południu aluminiowych wsporników stołów, a następnego dnia małej partii niestandardowych części dekoracyjnych.
Ten model produkcji stwarza kilka wyzwań:
- Kształty produktów często się zmieniają.
- Rozmiary partii są małe.
- Harmonogramy produkcji są trudne do przewidzenia.
- Ścieżki polerowania muszą być dostosowane do różnych części.
- Osprzęt i narzędzia mogą wymagać częstej wymiany.
- Jakość powierzchni musi pozostać stała.
- Do wielu różnych procesów potrzebni są wykwalifikowani operatorzy.
- Czas konfiguracji może stanowić dużą część całkowitego czasu produkcji.
Tradycyjna automatyzacja była często projektowana dla jednego produktu i długiego cyklu produkcyjnego. Stała cela robotyczna może zapewnić dużą prędkość i stabilną jakość, ale zmiana systemu w celu obsługi nowego produktu może wymagać obszernego programowania, nowych osprzętu i długich okresów testowania.
W przypadku produkcji o dużej mieszalności taka sztywna automatyzacja nie wystarczy. System musi umożliwiać szybką i ekonomiczną zmianę produktów.
Dlaczego ręczne polerowanie jest nadal powszechne
Ręczne polerowanie pozostaje powszechne, ponieważ pracownicy są z natury elastyczni. Doświadczony operator może przyjrzeć się nowej części, zrozumieć jej kształt, wybrać materiał ścierny i wyregulować nacisk polerowania na wyczucie.
Możliwość ta jest szczególnie przydatna w przypadku małych ilości zamówień lub gdy rodzaje produktów zmieniają się regularnie.
Jednak ręczne polerowanie stwarza również poważne problemy.
Po pierwsze, jakość zależy w dużej mierze od doświadczenia operatora i kondycji fizycznej. Dwóch pracowników może polerować tę samą część w różny sposób. Nawet ten sam pracownik może osiągać różne wyniki rano i pod koniec długiej zmiany.
Po drugie, polerowanie wymaga wysiłku fizycznego. Pracownicy są narażeni na wibracje, hałas, kurz, ciepło i powtarzające się ruchy ramion. Ciężkie lub nieregularne części mogą również zwiększać ryzyko obrażeń.
Po trzecie, w wielu regionach produkcyjnych coraz trudniej jest pozyskać i zatrzymać wykwalifikowanych pracowników zajmujących się polerowaniem. Szkolenie nowego operatora może zająć miesiące, a nawet lata, szczególnie w przypadku części o skomplikowanych krzywiznach lub rygorystycznych wymaganiach dotyczących wyglądu.
Wreszcie, produkcję ręczną trudno zmierzyć. Fabryki mogą wiedzieć, ile części zostało ukończonych, ale często mają ograniczone informacje na temat ciśnienia polerowania, zużycia narzędzi, czasu cyklu lub stabilności procesu.
Polerowanie robotyczne może rozwiązać wiele z tych problemów. Wyzwaniem jest zapewnienie robotowi wystarczającej elastyczności, aby radził sobie ze zmieniającymi się produktami.
Główne wyzwanie: szybka zmiana produktu
W przypadku produkcji wielkoseryjnej poświęcenie kilku godzin na skonfigurowanie programu zrobotyzowanego może być akceptowalne, ponieważ system wyprodukuje później tysiące identycznych części.
Inaczej jest w przypadku produkcji niskoseryjnej. Jeśli fabryka musi wypolerować tylko 50 sztuk, długi czas konfiguracji może wyeliminować ekonomiczną wartość automatyzacji.
Z tego powodu czas przezbrajania jest jednym z najważniejszych parametrów w przypadku zrobotyzowanego systemu polerskiego o dużym stopniu mieszania.
Całkowita zmiana może obejmować:
- Ładowanie nowego programu robota.
- Wymiana lub regulacja oprawy.
- Wybór odpowiedniego narzędzia ściernego.
- Ustawianie prędkości polerowania i docisku.
- Sprawdzanie położenia przedmiotu obrabianego.
- Uruchomienie części próbnej.
- Kontrola jakości powierzchni.
- Dokonywanie ostatecznych korekt procesu.
Elastyczny system powinien skrócić czas wymagany na każdym z tych etapów. W idealnym przypadku operatorzy powinni mieć możliwość wyboru przechowywanej receptury produktu, zainstalowania odpowiedniego osprzętu, sprawdzenia narzędzia i rozpoczęcia produkcji z ograniczoną ręczną regulacją.
Im łatwiejszy staje się proces przezbrajania, tym mniejszy rozmiar partii można ekonomicznie zautomatyzować.
Cyfrowe przepisy ułatwiają produkcję małych partii
Jedną z najbardziej przydatnych cech współczesnego polerowania robotycznego jest cyfrowa receptura procesu.
Receptura przechowuje ustawienia produkcyjne dla określonej części. Może obejmować:
- Ścieżki ruchu robota.
- Polerowanie kątów.
- Nacisk kontaktowy.
- Prędkość obrotowa narzędzia.
- Prędkość poruszania się robota.
- Liczba przejść polerskich.
- Typ ścierny.
- Wartości kompensacji.
- Pozycja ładowania przedmiotu obrabianego.
- Wymagania inspekcyjne.
Po przetestowaniu i zatwierdzeniu procesu recepturę można zapisać w systemie. Gdy ten sam produkt wraca kilka tygodni lub miesięcy później, operator może ponownie załadować recepturę, zamiast ponownie opracowywać proces.
Jest to szczególnie cenne dla producentów, którzy otrzymują powtarzające się zamówienia w małych ilościach.
Na przykład producent baterii może wyprodukować w tym miesiącu 300 sztuk jednego modelu i trzy miesiące później otrzymać kolejne zamówienie na 150 sztuk. Jeśli receptura polerowania zostanie prawidłowo zapisana, fabryka może szybko wznowić produkcję, zachowując podobną jakość powierzchni.
Cyfrowe przepisy chronią także wiedzę procesową. Zamiast polegać wyłącznie na pamięci doświadczonego pracownika, fabryka może przechowywać w maszynie ważne parametry produkcyjne.
Wiedza pracownika nie jest usuwana z procesu. Jest to przekształcane w powtarzalną i łatwą w zarządzaniu metodę produkcji.
Kontrola siły jest niezbędna do elastycznego polerowania
Polerowanie różni się od zwykłej automatyzacji typu pick-and-place. Robot musi pozostać w kontakcie z obrabianym przedmiotem, wywierając odpowiedni nacisk.
Jeśli ciśnienie jest zbyt niskie, narzędzie może nie usunąć wystarczającej ilości materiału. Jeśli ciśnienie będzie zbyt wysokie, system może uszkodzić powierzchnię, pozostawić ślady po polerowaniu, zmienić geometrię części lub zbyt szybko zużyć materiał ścierny.
Staje się to większym wyzwaniem w przypadku obróbki części z krzywiznami, krawędziami, odmianami odlewu, szwami spawalniczymi lub małymi różnicami wymiarowymi.
Nowoczesne zrobotyzowane systemy polerskie często wykorzystują urządzenia do kontroli siły lub zgodności, aby rozwiązać ten problem.
Kontrola siły pozwala systemowi utrzymać bardziej stabilną siłę docisku, nawet gdy położenie powierzchni nieznacznie się zmienia. Odpowiednia jednostka polerska może absorbować niewielkie różnice pomiędzy zaprogramowaną ścieżką a rzeczywistym przedmiotem obrabianym.
Jest to ważne w produkcji o dużym zróżnicowaniu, ponieważ nie każda rodzina części ma ten sam kształt i dokładność wymiarową.
Na przykład elementy odlewane mogą wykazywać niewielkie różnice w poszczególnych elementach. Całkowicie sztywny system może mieć trudności z utrzymaniem stałego kontaktu. System sterowany siłą może lepiej dostosować się do tych różnic.
Kontrola siły nie oznacza, że robot może automatycznie poradzić sobie z dowolną nieznaną częścią. Nadal konieczne jest programowanie i rozwój procesów. Zwiększa to jednak tolerancję systemu i zmniejsza potrzebę doskonałego pozycjonowania części.
Elastyczne oprawy skracają czas konfiguracji
Osprzęt jest często pomijany, gdy firmy oceniają polerowanie za pomocą robota. W rzeczywistości projekt osprzętu może zadecydować o powodzeniu lub niepowodzeniu automatyzacji o wysokim stopniu mieszania.
Uchwyt musi bezpiecznie przytrzymywać część podczas polerowania. Musi także dokładnie ustawić przedmiot obrabiany i umożliwić robotowi dotarcie do wymaganych powierzchni.
W przypadku fabryki wytwarzającej wiele produktów zbudowanie zupełnie innego mocowania dla każdej części może stać się kosztowne i niewygodne. Może to również powodować problemy z przechowywaniem i przezbrojeniami.
Elastyczne strategie dotyczące spotkań mogą obejmować:
- Regulowane punkty mocowania.
- Modułowe płyty mocujące.
- Wymienne bloki ustalające.
- Wspólne podstawy osprzętu.
- Mechanizmy szybkiego zamykania.
- Zaciski pneumatyczne lub hydrauliczne.
- Projekty opraw z rodziny produktów.
- Automatyczna identyfikacja osprzętu.
Zamiast tworzyć jedno mocowanie dla każdego pojedynczego produktu, producenci mogą czasami grupować podobne części w rodziny produktów.
Na przykład kilka korpusów kranów może mieć różne konstrukcje zewnętrzne, ale mieć tę samą pozycję połączenia lub wewnętrzny punkt mocowania. Wspólna platforma mocująca może pomieścić je wszystkie, zmieniając jedynie niewielki element ustalający.
Dobrze zaprojektowane urządzenie może skrócić czas przezbrajania, poprawić dokładność pozycjonowania i znacznie ułatwić pracę operatora.
Narzędzia szybkiej wymiany zwiększają elastyczność
Różne zadania polerskie wymagają różnych narzędzi.
Jedna część może wymagać grubego pasa ściernego do wstępnego szlifowania, a następnie drobniejszego pasa i tarczy polerskiej. Inna część może wymagać jedynie lekkiego wykończenia powierzchni. Złożone komponenty mogą wymagać kilku rozmiarów kół, aby dotrzeć do różnych obszarów.
Elastyczna cela robotyczna może wykorzystywać wiele stacji polerskich lub system automatycznej wymiany narzędzi.
W zależności od zastosowania robot może przenosić obrabiany przedmiot pomiędzy różnymi narzędziami. W innych systemach robot trzyma narzędzie polerskie i automatycznie zmienia wyposażenie końcowe ramienia.
Technologia szybkiej wymiany pomaga ograniczyć konieczność ręcznej interwencji i ułatwia przetwarzanie różnych produktów w tej samej komórce.
Równie ważne jest zarządzanie narzędziami. System powinien wiedzieć, które narzędzie jest zainstalowane, jak długo było używane i czy wymaga wymiany.
Zużyty materiał ścierny nie działa jak nowy. Jeśli parametry procesu pozostaną niezmienione, jakość powierzchni i czas cyklu mogą stać się niestabilne. Kompensacja zużycia narzędzia może pomóc robotowi dostosować jego ruch, gdy tarcza polerska staje się mniejsza lub pas ścierny traci wydajność cięcia.
W przypadku produkcji wysokomieszankowej, o ile to możliwe, informacja ta powinna zostać uwzględniona w recepturze produktu.
Programowanie offline może skrócić czas przygotowań
Tradycyjne programowanie robotów często wymaga od inżyniera przesuwania robota punkt po punkcie w celi produkcyjnej. Ta metoda może być skuteczna, ale w przypadku skomplikowanych części może zająć dużo czasu.
Oznacza to również, że może zaistnieć potrzeba zatrzymania maszyny na czas programowania nowego produktu.
Programowanie offline oferuje inne podejście.
Korzystając z modelu 3D części, osprzętu, robota i sprzętu do polerowania, inżynierowie mogą tworzyć i testować ścieżki robota na komputerze. Mogą sprawdzić dostępność, postawę robota, możliwe kolizje i szacowany czas cyklu przed przeniesieniem programu do rzeczywistego systemu.
Daje to kilka korzyści w przypadku produkcji o dużym mieszaniu:
- Nowe programy można przygotowywać, gdy robot kontynuuje produkcję.
- Złożone ścieżki można opracowywać wydajniej.
- Ryzyko kolizji można zidentyfikować wcześniej.
- Czasy cykli można oszacować przed badaniem fizycznym.
- Podobne programy można kopiować i dostosowywać do powiązanych produktów.
- Planowanie produkcji staje się łatwiejsze.
Programowanie offline nie eliminuje całkowicie potrzeby testowania w świecie rzeczywistym. Rzeczywiste wyniki polerowania zależą od ciśnienia, stanu ściernego, właściwości materiału i zmienności części. Zwykle wymagane są końcowe regulacje maszyny.
Może jednak znacznie skrócić czas poświęcony na opracowanie podstawowej ścieżki robota.
Jakość informacji cyfrowych klienta również ma znaczenie. Dokładne modele 3D, rysunki 2D, szczegóły materiałowe, wymagania dotyczące powierzchni i wyraźne zdjęcia produktów ułatwiają przygotowanie wstępnej koncepcji polerowania.
Systemy wizyjne mogą pomóc w przypadku różnic części
Systemy wizyjne stają się coraz bardziej powszechne w produkcji zrobotyzowanej. Kamery i czujniki 3D mogą pomóc w zlokalizowaniu części, identyfikacji modeli produktów i wykryciu różnic w położeniu przedmiotu obrabianego.
W niektórych zastosowaniach system wizyjny może sprawdzić sposób umieszczenia komponentu i odpowiednio dostosować ścieżkę robota. Może to zmniejszyć potrzebę bardzo precyzyjnego ręcznego ładowania.
Wizja może również pomóc w identyfikacji, który produkt trafił do celi robota. System może następnie automatycznie załadować prawidłowy przepis na polerowanie.
Bardziej zaawansowane systemy kontroli mogą sprawdzać powierzchnię przed lub po polerowaniu. Jednakże kontrola wypolerowanych powierzchni metalowych nie jest łatwa. Odbicia, różne warunki oświetleniowe, drobne zarysowania i zmieniające się kąty powierzchni mogą utrudniać automatyczną kontrolę.
W wielu fabrykach wizję należy wprowadzać krok po kroku. Podstawowa identyfikacja części i korekta położenia mogą zapewnić bardziej natychmiastową wartość niż próba automatyzacji każdego aspektu kontroli jakości na raz.
Grupowanie produktów w rodziny
Częstym błędem jest traktowanie każdego produktu jako zupełnie odrębnego projektu automatyzacji.
W wielu fabrykach produkty można pogrupować w rodziny na podstawie ich materiału, kształtu, rozmiaru, sposobu trzymania, wykończenia powierzchni lub procesu polerowania.
Na przykład fabryka wyrobów sanitarnych może utworzyć grupy takie jak:
- Korpusy kranów z mosiądzu.
- Uchwyty do kranów.
- Korpusy zaworów.
- Akcesoria łazienkowe.
- Okucia ze stali nierdzewnej.
Produkty z tej samej rodziny mogą wykorzystywać podobne mocowania, materiały ścierne, naciski polerskie i ruchy robotów. Często można utworzyć nowy model, kopiując istniejący program i modyfikując pewne punkty ścieżki.
Skraca to czas prac inżynieryjnych i ułatwia zarządzanie systemem.
Przed zakupem zrobotyzowanego systemu polerskiego producenci powinni zapoznać się ze swoimi historycznymi zamówieniami i stworzyć matrycę produktu. Macierz może pokazać:
- Nazwa i model produktu.
- Tworzywo.
- Wymiary i waga.
- Ilość roczna lub miesięczna.
- Rozmiar partii.
- Aktualny czas polerowania ręcznego.
- Wymagana jakość powierzchni.
- Aktualny wskaźnik usterek lub poprawek.
- Wymagane narzędzia i materiały ścierne.
- Podobne rodziny produktów.
- Oczekiwany przyszły popyt.
Ta analiza pomaga określić, które produkty powinny zostać zautomatyzowane w pierwszej kolejności.
Najlepsze produkty wyjściowe nie zawsze są produktami o największej objętości. Dobry kandydat może także pełnić funkcję trudną, niebezpieczną, powtarzalną lub w dużym stopniu zależną od wykwalifikowanej siły roboczej.
Czy jeden robot może obsłużyć każdy produkt?
Technicznie rzecz biorąc, robota można zaprogramować dla wielu różnych części. W praktyce oczekiwanie, że jeden system obsłuży każdy produkt w fabryce, może powodować niepotrzebną złożoność.
Bardzo duży asortyment produktów może obejmować różne materiały, rozmiary, standardy polerowania i sekwencje procesów. Niektóre części mogą wymagać szlifowania taśmowego, podczas gdy inne wymagają polerowania, usuwania zadziorów, satynowania lub polerowania na lustro.
Próba połączenia wszystkich tych procesów w jedno ogniwo może zwiększyć koszt sprzętu i utrudnić programowanie, oprzyrządowanie, odpylanie i konserwację.
Lepszą strategią jest często określenie realistycznego zakresu operacyjnego.
Na przykład cela robotyczna może być zaprojektowana do przetwarzania części o masie od 0,5 do 15 kilogramów, w określonym zakresie wielkości i należących do trzech powiązanych rodzin produktów. System może realizować dwa etapy szlifowania i jeden etap polerowania.
Produkty spoza tego asortymentu można w dalszym ciągu przetwarzać ręcznie lub przypisać do innej maszyny.
Skoncentrowany system jest często bardziej produktywny i łatwiejszy w obsłudze niż system zaprojektowany tak, aby poradzić sobie w każdej możliwej sytuacji.
Jaka wielkość partii jest odpowiednia do polerowania automatycznego?
Nie ma jednej minimalnej wielkości partii, która miałaby zastosowanie w każdej fabryce.
Odpowiednia ilość zależy od kilku czynników:
- Czas programowania produktu.
- Czas zmiany oprawy.
- Czas zmiany narzędzia.
- Czas cyklu polerowania ręcznego.
- Czas cyklu polerowania robota.
- Koszt pracy.
- Wymagania dotyczące jakości powierzchni.
- Wskaźniki przeróbek i odrzuceń.
- Częstotliwość powtarzania zamówień.
- Wartość poprawy bezpieczeństwa.
- Liczba zmian dziennie.
Jeśli nowa część wymaga ośmiu godzin programowania i nigdy więcej nie zostanie wyprodukowana, polerowanie z użyciem robota może nie być ekonomiczne.
Jeśli partia zawiera tylko 50 sztuk, ale co miesiąc powraca to samo zamówienie, automatyzacja może nadal mieć sens, ponieważ zatwierdzony program można ponownie wykorzystać.
Podobnie, jeśli każda część wymaga 30 minut trudnego ręcznego szlifowania, nawet stosunkowo mała partia może wymagać wielu godzin pracy. Automatyzacja procesu może zapewnić przydatny zwrot.
Fabryki powinny zatem oceniać całkowite roczne zapotrzebowanie i częstotliwość powtarzalności, a nie tylko wielkość pojedynczego zamówienia.
Rola operatorów ludzkich zmienia się
Zrobotyzowane polerowanie nie eliminuje zapotrzebowania na ludzi. Zmienia rodzaj pracy, jaką wykonują ludzie.
Zamiast trzymać ciężką część przy tarczy polerskiej przez całą zmianę, operator może ładować i rozładowywać osprzęt, wybierać receptury, sprawdzać gotowe części, wymieniać materiały ścierne i monitorować produkcję.
Doświadczeni pracownicy zajmujący się polerowaniem są szczególnie cenni podczas opracowywania procesu. Rozumieją, które obszary wymagają większego nacisku, które powierzchnie są wrażliwe i jak różne materiały reagują na materiały ścierne.
Ich doświadczenie może pomóc inżynierom w tworzeniu lepszych ścieżek robota i ustawień procesu.
W udanym projekcie automatyzacji wiedza produkcyjna i technologia robotyki współpracują ze sobą. Celem jest uchwycenie doświadczenia ludzkiego procesu i przekształcenie go w powtarzalną recepturę produkcyjną.
Podstawowe szkolenie operatorów powinno obejmować:
- Bezpieczna praca maszyny.
- Wybór receptury produktu.
- Zmiana oprawy.
- Wymiana narzędzi i materiałów ściernych.
- Kontrola jakości.
- Wspólna obsługa alarmów.
- Podstawowa regulacja parametrów.
- Codzienna konserwacja i czyszczenie.
Interfejs użytkownika powinien być na tyle prosty, aby pracownicy produkcyjni mogli go obsługiwać bez konieczności posiadania zaawansowanej wiedzy w zakresie programowania robotów.
Kontrola jakości w produkcji wysokomiksowej
Utrzymanie stałej jakości wielu produktów jest jednym z najważniejszych powodów, dla których warto rozważyć polerowanie zrobotyzowane.
Po prawidłowym opracowaniu procesu robot może powtarzać tę samą ścieżkę, prędkość, kąt, ciśnienie i liczbę przejść. Zmniejsza to różnice spowodowane zmęczeniem lub różnicami między pracownikami.
Jednak samo powtarzanie za pomocą robota nie gwarantuje dobrej jakości. Jeśli dostarczane części znacznie się różnią lub materiał ścierny jest zużyty, robot może bardzo konsekwentnie powtarzać niewłaściwy proces.
Kompletna strategia jakości powinna obejmować:
- Kontrola części przychodzących.
- Weryfikacja pozycji mocowania.
- Monitorowanie stanu narzędzia.
- Kontrola pierwszej sztuki po zmianie.
- Jasne standardy jakości powierzchni.
- Regularna kontrola próbek.
- Kontrola wersji receptur.
- Zapisy konserwacji.
- Identyfikowalne dane produkcyjne.
Szczególnie ważna jest kontrola pierwszej sztuki. Po załadowaniu nowej receptury lub zmianie osprzętu operator powinien sprawdzić pierwszą ukończoną część przed zwolnieniem partii do pełnej produkcji.
Jeśli potrzebne są drobne poprawki, należy je poprawnie zapisać, aby następnym razem użyć najnowszego zatwierdzonego przepisu.
Obliczanie zwrotu z inwestycji
Wartości robotycznego polerowania nie należy mierzyć jedynie poprzez porównanie czasu cyklu robota z czasem cyklu pracownika.
W obliczeniach należy również wziąć pod uwagę:
- Oszczędności pracy.
- Niższe koszty przeróbek i odrzutów.
- Mniej obrażeń w miejscu pracy.
- Poprawiona spójność produkcji.
- Dłuższe godziny pracy.
- Większa niezawodność dostaw.
- Zmniejszona zależność od niedoborów wykwalifikowanej siły roboczej.
- Niższe wymagania szkoleniowe.
- Poprawione dane produkcyjne.
- Lepsze wykorzystanie przestrzeni fabrycznej.
- Szybsza konfiguracja ponownego zamówienia.
W przypadku produkcji o dużym zróżnicowaniu należy uwzględnić również koszty inżynieryjne i zmiany.
System może szybko dopracować każdą część, ale jeśli operatorzy spędzą zbyt dużo czasu na przygotowaniu każdej partii, rzeczywisty stopień wykorzystania pozostanie niski.
Producenci powinni obliczyć, ile czasu robot spędzi na wytwarzaniu zatwierdzonych części w porównaniu z programowaniem, testowaniem, wymianą osprzętu, wymianą narzędzi i oczekiwaniem na materiały.
Celem niekoniecznie jest osiągnięcie 100% wykorzystania robota. W elastycznym środowisku produkcyjnym oczekuje się pewnego czasu na przygotowanie. Celem jest zapewnienie, że cały system zapewnia lepszy koszt, jakość, bezpieczeństwo i wydajność dostaw niż obecna metoda.
Praktyczny sposób na rozpoczęcie
Fabryki nie muszą od razu automatyzować całego asortymentu produktów.
Podejście charakteryzujące się niższym ryzykiem polega na rozpoczęciu od wybranej grupy reprezentatywnych produktów. Części te powinny zapewniać wystarczającą różnorodność, aby przetestować elastyczność systemu, zachowując jednocześnie pewne wspólne cechy.
Praktyczny proces wdrożenia może obejmować następujące etapy:
1. Zbierz informacje o produkcie
Przygotuj rysunki 2D, modele 3D, zdjęcia, materiały, wymiary, wagi, wielkości produkcyjne, czasy obróbki ręcznej i wymagania dotyczące jakości powierzchni.
2. Klasyfikuj produkty
Pogrupuj części według kształtu, materiału, procesu, metody mocowania i wymaganego wykończenia.
3. Wybierz Części próbne
Wybierz kilka reprezentatywnych produktów, w tym część prostą, część typową i część trudniejszą.
4. Opracuj wstępną koncepcję
Zdefiniuj rozmiar robota, stacje polerskie, strategię mocowania, metodę ładowania, metodę kontroli siły, system bezpieczeństwa i wymagania dotyczące zbierania pyłu.
5. Przeprowadź testowanie procesu
Przed zatwierdzeniem końcowego procesu wymagane jest zwykle badanie próbek fizycznych. Potwierdza wybór materiału ściernego, czas cyklu, osiągalną jakość, trwałość narzędzia i konstrukcję mocowania.
6. Buduj i przechowuj przepisy
Utwórz zatwierdzoną cyfrową recepturę dla każdego produktu i ustal jasne zasady nazewnictwa i kontroli wersji.
7. Operatorzy pociągów
Naucz pracowników, jak zmieniać produkty, wybierać przepisy, sprawdzać jakość i przeprowadzać rutynową konserwację.
8. Rozwijaj stopniowo
Gdy pierwsza rodzina produktów będzie stabilna, dodaj więcej produktów w oparciu o rzeczywiste potrzeby produkcyjne.
To etapowe podejście pozwala fabryce uczyć się na podstawie rzeczywistej produkcji, bez niepotrzebnego komplikowania początkowego projektu.
Kiedy polerowanie robotem może nie być najlepszym wyborem
Chociaż polerowanie zrobotyzowane staje się coraz bardziej elastyczne, nie nadaje się ono do wszystkich zastosowań wymagających dużej mieszalności i małych objętościach.
Ręczne polerowanie może pozostać bardziej praktyczne, gdy:
- Każda część jest wyjątkowa.
- Informacje o produkcie w wersji cyfrowej są niedostępne.
- Wymagany obszar polerowania zmienia się w sposób nieprzewidywalny.
- Ilości produkcyjne są niezwykle małe.
- Części nie można trzymać bezpiecznie i stale.
- Wymagania dotyczące powierzchni zależą głównie od subiektywnej oceny artystycznej.
- Projekt produktu zmienia się, zanim będzie można ponownie wykorzystać program.
- Koszt wyposażenia i programowania jest wyższy niż potencjalne korzyści.
W niektórych przypadkach lepszym pierwszym krokiem może być rozwiązanie półautomatyczne. Fabryka może używać zgodnej szlifierki, programowalnej maszyny do polerowania lub robota tylko na najbardziej powtarzalnym etapie procesu.
Automatyzacja nie musi obejmować całego procesu, aby tworzyć wartość.
Na przykład robot może wykonać ciężkie wstępne szlifowanie, podczas gdy wykwalifikowani pracownicy dokończą końcowe polerowanie kosmetyczne. Zmniejsza to pracę fizyczną, zachowując jednocześnie elastyczność człowieka tam, gdzie jest ona najbardziej użyteczna.
Przyszłość elastycznego polerowania robotycznego
Technologia polerowania zrobotyzowanego będzie w dalszym ciągu łatwiejsza do zaprogramowania i łatwiejsza do dostosowania.
Oczekuje się, że udoskonalenia w zakresie widzenia 3D, automatycznego generowania ścieżki, wykrywania siły, kontroli powierzchni, symulacji i sztucznej inteligencji jeszcze bardziej skrócą czas konfiguracji.
Przyszłe systemy mogą być w stanie importować model 3D, identyfikować powierzchnie wymagające polerowania, rekomendować typy narzędzi, generować wstępną ścieżkę robota i dostosowywać parametry procesu w oparciu o informacje zwrotne z czujników.
Inżynierowie nadal będą definiować cele jakościowe i zatwierdzać proces, ale większość powtarzalnych prac programistycznych może przebiegać szybciej.
Rozwój ten jest ważny, ponieważ produkcja zmierza w kierunku większej różnorodności produktów. Firmy potrzebują automatyzacji, która będzie w stanie reagować na zmiany w zapotrzebowaniu klientów, a nie automatyzacji, która działa tylko wtedy, gdy produkty pozostają niezmienione przez lata.
Dlatego najskuteczniejsze zrobotyzowane systemy polerskie będą te zaprojektowane jako elastyczne platformy produkcyjne.
Wniosek
Zrobotyzowane polerowanie może obsłużyć produkcję o dużym zróżnicowaniu i małych nakładach, ale w cały system musi być wbudowana elastyczność.
Sam robot to tylko część rozwiązania. Równie ważna jest szybka zmiana produktu, cyfrowe receptury, kontrola siły, osprzęt modułowy, odpowiednie oprzyrządowanie, programowanie offline, przeszkoleni operatorzy i przejrzysta klasyfikacja produktów.
Producenci nie powinni zaczynać od pytania, czy każdy produkt można zautomatyzować. Bardziej przydatnym pytaniem jest: które rodziny produktów mogą mieć wspólny proces zrobotyzowany i jak szybko system może zmieniać się z jednego na drugi?
Kiedy rodziny produktów zostaną starannie wybrane, a proces polerowania ujednolicony, nawet stosunkowo małe partie mogą nadawać się do automatyzacji. Powtarzające się zamówienia można szybko wznowić, jakość powierzchni może stać się bardziej spójna, a fabryka może zmniejszyć swoją zależność od trudnej pracy ręcznej.
Zrobotyzowane polerowanie nie ogranicza się już do fabryk produkujących jeden model w bardzo dużych ilościach. Staje się coraz bardziej elastycznym narzędziem produkcyjnym dla firm, które muszą produkować więcej odmian, szybciej reagować na zamówienia klientów i utrzymywać stabilną jakość na zmieniającym się rynku.
W przypadku producentów zajmujących się produkcją dużych ilości produktów w małych seriach pytanie nie dotyczy już tylko tego, czy możliwe jest polerowanie z użyciem robota. Prawdziwe pytanie brzmi: jak zaprojektować system, osprzęt, oprzyrządowanie i dane produkcyjne, aby elastyczność stała się częścią codziennego funkcjonowania fabryki.
