Inwestycje w nowe systemy automatyki przemysłowej powinny wykorzystywać najnowocześniejsze technologie oraz zapewniać szybki zwrot z inwestycji i łatwość obsługi przez pracowników zakładów. W artykule opisujemy system transportu stanowiskowego XPlanar firmy Beckhoff oraz korzyści z jego wdrożenia w zakładzie produkcyjnym.
Technologie automatyki cały czas stają się coraz bardziej różnorodne i jednocześnie dostępne. Jest to dobra wiadomość zarówno dla naszej planety, gdyż automatyka w sposób ekologiczny spełnia potrzeby rosnącej populacji, jak i inżynierów wdrażających automatykę w przemyśle. Coraz więcej aplikacji i procesów w zakładach staje się kandydatami do przeprowadzenia modernizacji. Jednak odpowiedź na pytanie ?automatyzować czy nie automatyzować?? może okazać się trudna. Dlatego warto przeanalizować podane poniżej cztery kwestie, co pomoże nam w uzyskaniu większego sukcesu w automatyzacji naszego zakładu.
- Czy obecny system automatyki wystarczy do realizacji głównych celów działalności firmy przemysłowej?
Pytanie to jest nieco głębsze, niż mogłoby się wydawać. Producenci platform automatyki dogonili pod względem technologicznym wyższe uczelnie oraz producentów układów scalonych, takich jak procesory. Cechą większości nowoczesnych maszyn jest możliwość podłączenia do Internetu w celu wysyłania danych, takich jak te dotyczące położenia geograficznego, temperatur oraz cen energii, dzięki czemu personel kierowniczy firm przemysłowych wie, kiedy maszyny te powinny pracować, aby wydajność produkcji była maksymalna. Przy automatyzowaniu specyficznych, niestandardowych procesów konieczne jest uzyskanie odpowiedzi na wszystkie pytania dotyczące zarówno tych procesów, jak i dostępnej automatyki. Rozważmy tu dla przykładu montaż produktu konsumenckiego, takiego jak elektryczna maszynka do golenia. Być może analiza tej produkcji nie jest niczym niezwykłym, chyba że celem firmy jest podwojenie produkcji, opracowanie nieskończonej ilości wariantów i zmniejszenie gabarytów maszyn. Wtedy powstaje potrzeba zapoznania się z najnowszymi technologiami transportu stanowiskowego i międzystanowiskowego w zakładach. Można zastosować przenośniki taśmowe, jednak systemy ruchu liniowego będą lepsze, natomiast najlepsze okażą się systemy ruchu płaskiego.
Opiszemy teraz ten przykładowy system transportowy ruchu płaskiego (ang. planar motion system). Składa się on z dwóch części ? ?stołu? wykonanego z płaskich płytek oraz karetek (ang. movers). Karetki te poruszają się podobnie jak poduszkowce ? unoszą się nad stołem, utrzymywane przez siły magnetyczne. Można nimi sterować tak, aby jeździły swobodnie po całym obszarze stołu, przenosząc całkiem spore ładunki. Konfiguracje ścieżek ruchu pozwalają na montaż szeregowy lub równoległy w zależności od czasu taktu oraz cech montowanych produktów. Te systemy ruchu płaskiego umożliwiają przenoszenie detali do stanowisk obróbczych zamiast przemieszczania tych stanowisk do detali.
System latających karetek o w pełni zintegrowanej architekturze może umieć jeszcze więcej. Wykorzystanie technologii uczenia maszynowego (ML) oraz sztucznej inteligencji (AI) często prowadzi do większej wydajności produkcji, stabilności pracy maszyn oraz oszczędności energii. Takie wyniki można uzyskać jeszcze szybciej i w większym stopniu, gdy technologia ML jest wdrożona w standardowym układzie sterowania maszyny.
Dlatego powinniśmy wybrać firmę partnerską, specjalizującą się w technologiach automatyki, która oferuje gotowe pakiety umożliwiające zintegrowanie ML z maszyną. Rozeznanie się w rynku producentów i dostawców automatyki pomoże w ocenie możliwości naszej aplikacji przemysłowej w zestawieniu z celami tej aplikacji.
- Czy pracownicy zakładu przemysłowego potrafią wspierać tę technologię?
Jeśli na przykład wybrano technologię ruchu płaskiego jako najlepszy sposób transportowania podzespołów do montażu w procesie produkcji, to czy technologia wbudowana w maszynę umożliwi jej pracę przy minimalnych czasach przestojów oraz wsparciu przez 24 godziny na dobę? Podczas gdy inżynierowie aplikacji mogą na to pytanie odpowiedzieć ?tak?, użytkownicy końcowi często nalegają na wykorzystywanie języka drabinkowego do programowania maszyny. Często czas i energia, poświęcone przez projektantów systemu sterowania na napisanie kodu dla sterownika maszyny i systemu ruchu płaskiego, nie mogą być zrozumiane przez użytkowników i operatorów maszyn. Remedium na to nie jest zaprogramowanie ruchu płaskiego w kodzie drabinkowym czy umieszczenie komentarzy w tym kodzie, chociaż mogłoby to pomóc. Remedium będzie tu interfejs operatorski (HMI) zaprojektowany przy założeniu, że operator będzie miał zerowe doświadczenie w pracy maszyny, podobnie jak na przykład dyrektor fabryki. To podobnie jak w przypadku drukarki biurowej, z której korzysta dyrektor. Gdy drukarka przestanie działać, dyrektor nie edytuje otwartego kodu sterownika urządzenia, aby zobaczyć, co jest przyczyną awarii. Wykorzystuje natomiast, podobnie jak inni pracownicy biura, wyświetlacz drukarki, który podaje instrukcje do wykonania, aby rozwiązać problem.
To podejście do rozwiązywania problemów jest nawet ważniejsze dla złożonych systemów mechatronicznych. W miarę, jak przemysł przenosi się w przyszłość i staje w obliczu coraz większych braków wykwalifikowanych pracowników, staje się jasne, że firmy chcą płacić więcej za współpracę partnerską z oryginalnymi producentami wyposażenia (OEM), którzy mogą dostarczać im sprzęt umożliwiający intuicyjną obsługę, co pozwala na utrzymywanie produkcji bez przestojów. Operatorzy pracujący w hali fabrycznej lubią, gdy sami potrafią utrzymywać ciągłość produkcji bez konieczności wzywania serwisantów z laptopami, którzy wprowadzają zmiany w kodzie sterującym maszyn.
- Gdzie jest zwrot z inwestycji?
Po ustaleniu celów oraz metod wspierania koncepcji wprowadzenia nowej automatyki przychodzi czas na pytanie, czy koszty inwestycji uzasadniają uzyskane korzyści. Jest to tradycyjne pytanie dyrekcji firm. Spójrzmy na przykład na wspomniany system transportowy ruchu płaskiego. Każda z płyt tworzących stół w tym systemie jest zasadniczo napędem, dlatego koszty zbudowania takiego stołu mogą stać się wysokie, co sprawi, że koszty całej inwestycji będą odstraszające. Taki sam model ma zastosowanie dla systemów transportu liniowego oraz sterowania ruchem robotów. Ponieważ karetki w systemie płaskim posiadają 6 stopni swobody (ruchy wzdłuż osi: x, y, z oraz orientacja ?, ?, ?) i mogą mieć rozmiary takie jak transportowane podzespoły, to koszty inwestycji są w znacznym stopniu zrekompensowane. Systemy ruchu płaskiego wykorzystują karetki do wykonywania tych zadań, które wykonują roboty. Oznacza to, że w zakładzie produkcyjnym można wymienić duże gniazda, wymagane dla robotów wykonujących prace montażowe, na proste, oszczędzające przestrzeń urządzenia o ruchu wzdłuż jednej osi. Dzięki temu zakład może zwiększyć moce produkcyjne (zwiększyć gęstość ustawienia sprzętu na hali) i dodać opcje nowych cech produktów w maszynie, która ma bardzo małe gabaryty. Ponadto umożliwia to skrócenie czasu przezbrajania maszyn, co ma dużą wartość dla większości użytkowników końcowych, czyli zakładów produkcyjnych.
Warto rozważyć zastąpienie przenośników belkowych systemami z silnikami liniowymi. Korzyści z tych nowych systemów obejmują elastyczny transport równoległy, sortowanie produktów i sterowanie czasem taktu oraz mniejsze gabaryty maszyn. Istnieją kompromisy kosztowe. Wartość większa niż wystarczająca uzasadnia wszelkie różnice w kosztach.
- Mniej przezbrojeń w produkcji lub modułach maszyn niż przedtem?
Ograniczanie przezbrojeń pomiędzy procesami czy modułami maszyn już na etapie projektowania maszyn ułatwia życie firmom przemysłowym. Wiele problemów z produkcją wynika z zakleszczeń w przenośnikach, zużytych lub zbyt luźnych pasów albo niewłaściwej obsługi, gdy produkt znajduje się w niewłaściwym położeniu. Nieprecyzyjny ruch przenośnika lub jego nagłe zatrzymanie negatywnie wpływają na jakość produktów ? wymagają one poprawy lub nadają się tylko do wyrzucenia. Ponadto wymagana jest praca wielu osób z personelu zakładu, które muszą odnaleźć przyczyny awarii i je usunąć. Roboty mogą skrócić czasy wymiany pomiędzy modułami maszyn, jednak są one kosztowne, złożone i duże.
Celem zaprojektowania systemów transportu wykorzystującego silniki liniowe oraz koncepcje ruchu płaskiego jest realizowanie wszystkich operacji związanych z montażem w taki sposób, że obrabiany detal pozostaje cały czas na karetce systemowej. W tej nieliniowej technologii produkcji montowany produkt nie musi podróżować pomiędzy modułami maszyny. Zamiast tego karetki wożą go pomiędzy wieloma różnymi stanowiskami obróbczymi, co eliminuje przezbrajanie, które zwykle było konieczne. System ten poprawia ogólny zwrot z inwestycji oraz wydłuża czas pracy maszyn, ponieważ operatorzy unikają dostosowywania przenośników i układów czasowych oraz dokonywania przezbrojeń.
Na przykładach systemów ruchu liniowego i płaskiego możemy zrozumieć, że lepiej jest przenosić detal pomiędzy różnymi stanowiskami obróbczymi zamiast przenosić stanowiska obróbcze do tego detalu. Wykorzystując nowe technologie automatyki, producenci maszyn przemysłowych mogą ponownie pomyśleć o tym, jakie mają teraz możliwości, porzucić konwencjonalne ograniczenia w projektowaniu i konstrukcjach maszyn oraz stworzyć nową klasę maszyn zaprojektowanych do wychodzenia naprzeciw wielu nowym wyzwaniom.
Tom Jensen, menedżer produktów dla przemysłu z branży montażu w firmie Beckhoff Automation LLC.