Spawanie jest procesem wymagającym dużych zdolności manualnych i doświadczenia. Do tego odbywa się w trudnych i niebezpiecznych warunkach, co w efekcie powoduje spadek wydajności i jakości z każdą kolejną godziną pracy. Jak pokazują praktyczne doświadczenia efektywny czas jarzenia łuku przez spawacza, to tylko 22-27%. Reszta to prace towarzyszące samemu spawaniu.
W ostatnich latach polscy Przedsiębiorcy borykają się z wysokimi kosztami płac Spawaczy, jak również ich niedoborem, który wynika z jednej strony ze zmian demograficznych i starzenia się społeczeństw, a z drugiej strony z braku chęci osób wchodzących na rynek pracy do wykonywania pracy w trudnych i niebezpiecznych warunkach. To doskonałe miejsce dla robotów przemysłowych, o czym duże firmy z branży automotive wiedzą już od wielu lat. Roboty przemysłowe to jednak kosztowne cele spawalnicze i trudne w programowaniu roboty. Nie rozwiązują zatem potrzeby automatyzacji w przypadku krótkich i średnich seriach produkcyjnych.
Doskonałym rozwiązaniem okazują się Coboty, choć nie wszystkie były konstruowane z myślą o spawaniu i pracy w trudnych warunkach. Są jednak wśród nich rozwiązania o wytrzymałych ramionach, gdzie obudowy i napędy wykonane są ze wytrzymałych stopów metalu, pozwalających na pracę ciągłą w wysokich temperaturach.
W celu przybliżenia problematyki wdrażania cobotów do spawania, pozwolę sobie na opisanie studium przypadku, jaki było wdrożenie Cobotów w firmie HAMECH, posiadającej kilkanaście stanowisk spawalniczych. Firma ta dostrzegła potrzebę podniesienia efektywności i konkurencyjności poprzez robotyzację spawania krótkich i średnich serii. Zakłady Maszynowe “Hamech” to firma z 70-letnim doświadczeniem w produkcji maszyn i urządzeń dla przemysłu drzewnego. W 2013 roku w wyniku restrukturyzacji spółka wchodzi w skład Grupy Kapitałowej KZN Bieżanów. Dzięki nowym inwestycjom w ramach holdingu, od 2017 roku poszerzona zastała gama produkowanych wyrobów o segment nawierzchni szynowych (kolejowych i tramwajowych).
W Zakładach Maszynowych HAMECH produkuje się kompleksowe wyposażenie ekologicznych kotłowni opalanych biomasą (urządzenia grzewcze, transportujące i magazynujące biomasę, elementy instalacji technologicznych i odprowadzenia spalin), suszarnie i parzelnie do drewna, suszarnie do warzyw, owoców oraz pieczywa oraz elementy rozjazdów kolejowych i tramwajowych. Produkty te wymagają dużej ilości spoin wykonywanych w technologii MIG/MAG. Wobec trudności w znalezieniu odpowiedniej ilości spawaczy, podjęto decyzję o wdrożeniu robotyzacji spawania.
Początkowo zdecydowano o wdrożeniu cobota, mając na uwadze jego łatwe programowanie i szybkość wdrożenia do spawania nowych elementów. Wybór padł na południowo koreańską firmą HANWHA, która produkuje coboty HCR o całkowicie metalowej obudowie, dzięki czemu są odporne na pracę w trudnych warunkach, a metalowa obudowa doskonale odprowadza ciepło, którego duże ilości wytwarzane są przy spawaniu.
Firma skontaktowała się z Dystrybutorem firmą CoRobotics, który przygotował kompletne rozwiązanie w postaci dostawy Cobota HCR-5A, źródła MIG/MAG z chłodzeniem i podajnikiem drutu oraz panelu z przyciskami dla Operatora. Panel ten wyposażony jest w przyciski START/STOP/START BEZ ŁUKU/EMERGENCY STOP, by Operator nie musiał korzystać z ekranu dotykowego pilota do uczenia cobota, ale żeby miał możliwość wystartowania programu, zatrzymania go, zasymulowania ruchów bez jarzenia łuku i zatrzymania procesu w razie awarii. Do tego firma zaproponowała kompletny pakiet wdrożeniowy, na który składała się 3 dniowa wizyta Inżyniera wdrożeniowego z CoRobotics i Inżyniera wdrożeniowego od dostawcy źródeł spawalniczych. Firma HAMECH wyznaczyła ze swojej strony osobę odpowiedzialną za zrobotyzowane stanowisko do spawania i jego programowanie, która dotychczas nie zajmowała się programowaniem robotów, ale programowała i ustawiał maszyny CNC.
Po przyjeździe zespołu wdrożeniowego rozpakowano sprzęt, zainstalowano ramię robota na stole spawalniczym, zainstalowano uchwyt spawalniczy i palnik na końcu ramienia robota, podłączono kontroler, pilot uczenia [teach pendant], panel operatorski i źródło spawalnicze. Operacje te zajęły około 3-4 godziny. Następnie rozpoczęło się szkolenie z programowania cobota HCR i źródła do spawania zrobotyzowanego w czasie którego programowano detale firmy HAMECH, dobierając jednocześnie technologię pod kątem spawania robotem. Kolejne dwa dni, to nauka optymalizacji programowania i samodzielne programowanie ścieżek przez specjalistę z HAMECH, pod okiem doświadczonej kadry wdrożeniowej z CoRobotics.
Po 3 dniach zakończono wdrożenie, a robot rozpoczął swoją pracę w HAMECH. Oczywiście 3 dni nie wystarczą do biegłego posługiwania się robotem, więc firma HAMECH korzystała kilkukrotnie ze zdalnego wsparcia technicznego, by opanować wszystkie niuanse programowania, które nie sposób opanować biegle w ciągu 3 dni. Jednak te 3 dni pozwoliły na strat produkcyjny stanowiska i rozpoczęcie spawania cobotem zaprogramowanych detali. Jako pierwszy detal postanowiono spawać elementy dla branży trakcji kolejowej i tramwajowej, które dotychczas spawane były manualnie. W czasie jednej zmiany, spawacz osiągał wydajność na poziomie 30-35 sztuk. Z racji zasięgu cobota i wymiarów stołu zdecydowano się na ułożenie 8 elementów jednocześnie w strukturze wskazówek zegara rozmieszczonych, co 45 stopni. Czas spawania jednego elementu wynosi 1:52 minuty, a do tego wyeliminowane wcześniejszą operację szczepiania, co dodatkowo przyśpieszyło proces. Robot do pospawania 36 elementów [4 serie po 8 sztuk] potrzebuje około 49 minut na spawanie i około 24 minuty na załadunek 4 serii po 8 sztuk. Sumarycznie więc to co spawacz robił przez 8 godzin, robot wykonuje w 73 minuty, a do tego do obsługi spawania nie potrzeba spawacza, a jedynie niewykwalifikowanego operatora.
Po kilku miesiącach eksploatacji i pracy cobota HCR w HAMECH, karda techniczna osiągnęła dużą biegłość w programowaniu i spawaniu cobotem, dzięki czemu szybko i sprawnie programuje się nowe elementy i wczytuje napisane wcześniej programy, gdy dane elementy wracają na produkcję. Po praktycznym kilkumiesięcznym sprawdzeniu spawania cobotem, zaczęto zastanawiać się nad wdrożeniem spawania dużych elementów o wymiarach dochodzących do 4000 mm. W tym celu nawiązany został dialog techniczny z dostawcą technologii, firmą CoRobotics. Przeprowadzono symulacje spawania w oprogramowaniu RoboDK, gdzie wprowadzony został model 3D stanowiska, detalu, robota z uchwytem i palnikiem, by zasymulować wszystkie ścieżki spawania, a zarazem uzyskać dane do zaprojektowania docelowego modelu stanowiska w środowisku do projektowania 3D SolidWorks. W wyniku symulacji zdecydowano się na stanowisko z dwoma robotami HCR-12A podwieszonymi do konstrukcji nad stołem spawalniczym, co pozwala spawać elementy o długościach nawet przekraczających 4000 mm, a z drugiej strony daje to możliwość spawania równoległego dwóch mniejszych elementów jak na dwóch stanowiskach. Stanowisko pracuje z powodzeniem od kilku miesięcy, dzięki czemu uzyskano wysoką powtarzalność spoin, zwiększono wydajność procesu i zminimalizowano problem niedoboru spawaczy w Zakładzie.
„W dzisiejszych realiach rynkowych potrzeba wytworzenia produktów, które spełniają wymogi jakościowe w sposób sprawny i nie wymagający dużego nakładu zasobów ludzkich to znaczący czynnik w optymalizacji procesów produkcyjnych w każdym przedsiębiorstwie. Automatyzacja i robotyzacja procesów jest idealnym rozwiązaniem dla firm, które poszukują wydajnego rozwiązania eliminującego błąd ludzki. Dzięki współpracy z firmą CoRobotics udało się wdrożyć rozwiązania spełniające oczekiwania naszych klientów.” – Marcin Szymańczuk, Dyrektor Zarządzający HAMECH.
Po doświadczeniach firmy HAMECH należy wskazać, że spawanie cobotem jest efektywne nawet w krótkich i średnich seriach, a co szczególnie ważne możliwe jest w zakładach, które dotychczas nie miały doświadczeń z robotami. Oczywiście istotny jest tu otwarty dialog techniczny oraz dobór właściwego i doświadczonego dostawcy technologii. Warto również wspomnieć o dużym zaangażowaniu kadry zarządzającej i technicznej, co jest równie kluczowe dla sukcesu wdrażania rozwiązań zrobotyzowanych. Z naszych wieloletnich doświadczeń wynika, że brak zaangażowania załogi potrafi znacząco utrudnić i wydłużyć proces wdrożenia. Przy wdrożeniu w HAMECH udało się osiągnąć założone cele, współpraca ze specjalistami była oparta o otwartość i partnerskie podejście do pojawiających się kwestii technicznych. Podsumowując wdrożenia należy uznać, że coboty są doskonałym rozwiązaniem do robotyzacji spawania, ale nie tylko. Takie procesy jak malowanie, klejenie, pick&place, montaż doskonale nadają się do robotyzacji przy użyciu robotów współpracujących. Nie mniej istotnym czynnikiem jest przekazanie kompetencji kadrze technicznej Klienta, bo to właśnie Klient najlepiej wie jak wykorzystać cobota w swoich procesach produkcyjnych. Reasumując, życzymy wszystkim firmom planującym wdrażać spawanie cobotem, jak również przy robotyzacji innych procesów, dobrych partnerów technologicznych, dobrze przygotowanego procesu wdrożeniowego i partnerskiej współpracy prowadzącej do efektywnego i zgodnego z założeniami wdrożenia.
Radosław Matiakowski – CoRobotics
