Cercetări privind reducerea timpului de producție a liniei de sudare automatizată FS41_ST050 montare bară spate Mercedes-Benz C-Klasse [309590]
Cercetări privind reducerea timpului de producție a liniei de sudare automatizată FS41_ST050 – [anonimizat] C-Klasse
Autor: ing. Szabolcs Szegedi
Conducător științific: S.L.ing. Adrian Popescu
Autor: Szabolcs Szegedi
Cercetări privind reducerea timpului de producție a liniei de sudare automatizată FS41_ST050 – [anonimizat] C-Klasse
Enunțul temei: În lucrarea de disertație se va cerceta reducerea timpului de producție a liniei de sudare automatizată FS41, în vederea creșterii productivității.
Conținutul lucrării: [anonimizat], Rezumat, Introducere, Cuprins, Titlul capitolului 1, Titlul capitolului 2,… Titlul capitolului n, Concluzii, Bibliografie, Opis.
Locul documentației: MPL – Engineering SRL.
Consultanți: –
Data emiterii temei: 20.10.2018
Data predării: 10.07.2020.
Semnătura autorului
Semnătura conducătorului științific
Departamentul INGINERIA FABRICAȚIEI
FIȘA DE APRECIERE
a lucrării de disertație
Absolvent: [anonimizat]: IMRTI
Promotia: 2020
Forma de învatamânt: zi
Tema abordata:
Cercetări privind reducerea timpului de producție a liniei de sudare automatizată FS41_ST050 – [anonimizat] C-Klasse
Concordanța între conținutul lucrării și titlu: a) Foarte Buna; b) Buna; c) Medie;
d)Slaba e) Foarte Slaba;
Corectitudinea soluțiilor: a) Foarte Buna; b) Buna; c) Medie; d) Slaba e) Foarte
Slaba;
Corectitudinea utilizării bibliografiei: a) Foarte Buna; b) Buna; c) Medie; d) Slaba
e) Foarte Slaba;
Ritmicitatea în elaborarea lucrarii: a) Foarte Buna; b) Buna; c) Medie; d) Slaba
e) Foarte Slaba;
Nivelul stiintific al lucrarii: a) Înalt; b) Mediu; c) Slab;
Calitatea documentatiei întocmite: a) Foarte Buna; b) Buna; c) Medie; d) Slaba
e) Foarte Slaba;
Executie practica/sau dezvoltare software: a) Da; b) Nu.
Originalitatea solutiilor propuse (scurta descriere de cca 30…50 cuvinte)
[anonimizat]. Logica zonelor și a semnalelor, ordinea punctelor de sudare a [anonimizat].
[anonimizat]: a) redactare; b) proiectare; c) total d) alte situații_____________________________________________________________________________________
Aplicabilitatea lucrării în: a) societăți comerciale; b) universitati/institute de cercetare; c) nu are aplicabilitate imediată; d) alte situații____________________________
Contribuția absolvent: [anonimizat]: a) 0 – 25 %; b) 25 – 50%;
c) 50 – 75%; d) 75-100%.
Decizia conducatorului știintific care a [anonimizat]: a) Acceptare;
b) Refacere; c) Respingere.
Conducator stiintific: S.L. ing. Adrian Popescu Absolvent: [anonimizat]. Szabolcs Szegedi
Data: 06.07.2020. Data: 06.07.2020
[anonimizat],
DIRECTOR DEPARTAMENT
LUCRARE DE DISERTATIE
Absolvent: [anonimizat]: IMRTI
Promoția: 2020
Tema propusă: Cercetări privind reducerea timpului de producție a liniei de sudare automatizată FS41_ST050- montare bară spate Mercedes-Benz C-Klasse
Tema a fost propusă de: a) facultate;
b) societate comercială;
c) institut de cercetare-proiectare.
d) alte situații
Scurtă descriere a stadiului actual al temei (cca 50…60 cuvinte): În urma cercetărilor și optimizărilor am reușit să reduc timpul de producție la 91 de secunde, adică cu 6 secunde mai puțin decât cel propus de Daimler AG, rezultând cresterea productivității cu 60 de mașini/zi. Testări s-au făcut în programul de simulare Delmia, toate mișcările și toate operațiile au fost testate, au fost introduse semnale de intrare și ieșire, zone de anticoliziune pentru evitarea coliziunii roboților și s-au respectat standardele și timpul de ciclu impuse de Daimler. Verificări s-au făcut la fața locului, în Bremen, Germania, unde am instalat programele pe roboți cu ajutorul unui Pendrive, am rulat programele și am pornit linia pentru producție.
Originalitatea temei: a) la prima abordare;
b) îmbunătățirea soluției existente;
c) a mai fost dată la examenul de disertatie;
d) brevet de invenție;
e) alte situații, care_______________________
Oportunitatea rezolvării temei (cca 20…30 cuvinte)
Tot procesul a fost testat și verificat cu ajutorul programului de simulare Delmia, pozele din simulare au fost făcute de mine. Am avut posibilitatea și în același timp sarcina de a rula programele și punerea în funcțiune a liniei de producție, pozele din fabrică și ele realizate de mine.
Data primirii temei: 15.10.2018
Locul de documentare: MPL – Engineering
Conducător științific: S.L.ing. Adrian Popescu
Data susținerii lucrării: 18.07.2020
Notă: Absolventul trebuie să justifice ponderea contribuției proprii în lucrare.
Conducător științific, Absolvent,
Declarație pe proprie răspundere privind
autenticitatea lucrării de disertație
Subsemnatul(a) Szabolcs Szegedi , legitimat(ă) cu CI seria SM nr. 704112 , CNP 1930427303956 ,
autorul lucrării:
Cercetări privind reducerea timpului de producție a liniei de sudare automatizată FS41_ST050- montare bară spate Mercedes-Benz C-Klasse
elaborată în vederea susținerii examenului de finalizare a studiilor de master la Facultatea de CONSTRUCȚII de MAȘINI, specializarea____IMRTI____________, din cadrul Universității Tehnice din Cluj-Napoca, sesiunea ____Iulie______________ a anului universitar 2019-2020, declar pe proprie răspundere, că această lucrare este rezultatul propriei activități intelectuale, pe baza cercetărilor mele și pe baza informațiilor obținute din surse care au fost citate, în textul lucrării, și în bibliografie.
Declar, că această lucrare nu conține porțiuni plagiate, iar sursele bibliografice au fost folosite cu respectarea legislației române și a convențiilor internaționale privind drepturile de autor.
Declar, de asemenea, că această lucrare nu a mai fost prezentată în fața unei alte comisii de examen de disertație.
In cazul constatării ulterioare a unor declarații false, voi suporta sancțiunile administrative, respectiv, anularea examenului de disertație.
Data Prenume NUME
06.07.2020. Szabolcs Szegedi
(semnătura)
Declarație de conformitate
Subsemnatul(a) Szabolcs Szegedi absolvent al Facultatății de CONSTRUCȚII de MAȘINI, specializarea____IMRTI____________, din cadrul Universității Tehnice din Cluj-Napoca, sesiunea ____Iulie______________ a anului universitar 2019-2020, programul de studii zi, declar pe proprie răspundere, că exemplarul digital al lucrării de finalizare a studiilor de disertație predate secretarului comisiei de finalizare a studiilor de master în vederea verificării antiplagiat este identic cu exemplarul tipărit.
Data Prenume NUME
06.07.2020. Szabolcs Szegedi
(semnătura)
SINTEZA
lucrării de disertație cu titlul:
Cercetări privind reducerea timpului de producție a liniei de sudare automatizată FS41_ST050 – montare bară spate Mercedes-Benz C-Klasse
Autor: ing. Szabolcs Szegedi
Conducător științific: S.L.ing. Adrian Popescu
1. Cerințele temei: Reducerea timpului de producție în vederea creșterii productivității.
2. Soluții alese: Modificarea ordinii operațiilor, eliminarea situațiilor în care roboții se blochează între ei, permiterea roboților de sudare de a pătrunde mai repede în zona de lucru, optimizarea deschiderii cleștilor etc.
3. Rezultate obținute: În urma cercetărilor și optimizărilor am reușit să reduc timpul de producție la 91 de secunde, adică cu 6 secunde mai puțin decât cel propus de Daimler AG, rezultând crețterea productivității cu 60 de mașini/zi.
4. Testări și verificări: Testări s-au făcut în programul de simulare Delmia, toate mișcările și toate operațiile au fost testate, au fost introduse semnale de intrare și ieșire, zone de anticoliziune pentru evitarea coliziunii roboților și s-au respectat standardele și timpul de ciclu impuse de Daimler. Verificări s-au făcut la fața locului, în Bremen, Germania, unde am instalat programele pe roboți cu ajutorul unui Pendrive, am rulat programele și am pornit linia pentru producție.
5. Contribuții personale: Tot procesul a fost testat și verificat cu ajutorul programului de simulare Delmia. Toate pozele atât în simulare cât și la fața locului au fost făcute de mine.
6. Surse de documentare: MPL-Engineering.
Semnătura autorului
Semnătura conducătorului științific
Cuprins
Rezumat…………………………………………………………………………………………………………………………………… 3
Rezumat Engleza……………………………………………………………………………………………………………………. 4
Introducere……………………………………………………………………………………………………………………………… 5
MPL-Engineering………………………………………………………………………………………………………………. 7
Realizarea comună a obiectivelor…………………………………………………………………… 7
Calitate………………………………………………………………………………………………………………….. 8
Know-how-ul MPL este avantajul clientului………………………………………………… 8
Sisteme CAD / Softuri de construcție……………………………………………………………. 9
Softul Delmia………………………………………………………………………………………………………. 9
Provocări în industria automobilelor………………………………………………………………………….. 13
Soluții pentru industria automobilistică……………………………………………………… 13
Roboți și software ……………………………………………………………………………………………. 14
Componența importantă a conceptului de succes: Asamblare și testare.. 16
Kuka Robotics, sediu nou in Timișoara…………………………………………………………. 18
Mercedes-Benz și Daimler AG……………………………………………………………………………………….. 21
Industria 4.0 la Mercedes-Benz……………………………………………………………………… 21
Fabrica inteligentă – lanțul de valori complet conectate la rețea……………. 22
Mercedes-Benz urmărește cinci obiective majore cu fabrica inteligentă. 23
Proiecte Daimler………………………………………………………………………………………………………………. 25
Proiectul BR206/236 – C-Klasse …………………………………………………………………… 25
Noua clasă Mercedes C cu afișaj plutitor……………………………………………………… 27
Trei kituri de construcție vor deveni una……………………………………………………. 28
Utilizarea roboților industriali în operații de sudare……………………………………………… 33
Sudarea în puncte la cald………………………………………………………………………………… 33
Particularități ale operațiilor de sudare executate cu ajutorul roboților industriali…………………………………………………………………………………………………………… 35
Linia de sudare bară spate – FS41…………………………………………………………………………….. 41
Elemente de referință în construcția unei stații……………………………………….. 42
Dispozitive și tehnologii utilizate în stația FS41……………………………………….. 43
Semnale digitale de intrare și de ieșire……………………………………………………….. 48
Apariția uzării extremităților electrozilor………………………………………………….. 49
Cercetarea operațiilor în vederea reducerii timpului de ciclu……………………………. 51
Numărul de puncte de sudură și calcularea duratei unui ciclu……………… 53
Reducerea timpului de ciclu al statiei FS41_ST050-ST060 – Montare bara spate……… 61
Modificarea ordinii operațiilor……………………………………………………………………… 61
Eliminarea situațiilor în care roboții se blochează între ei…………………….. 63
Permiterea roboților de sudare de a pătrunde mai repede în zona de lucru……………………………………………………………………………………………………………………. 64
Permiterea roboților să sudeze puncte care nu sunt GEO înainte ca 050RB_100 să ajungă în poziția „Acasă” …………………………………………………………………………… 65
Optimizarea deschiderii cleștilor la -30 mm……………………………………………… 66
Optimizarea timpului atunci când 050RB_100 își schimbă greiferul…… 66
Beneficiile reducerii timpului de producție……………………………………………….. 68
Concluzii…………………………………………………………………………………………………………………………………. 69
Bibliografie…………………………………………………………………………………………………………………………….. 70
Opis………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 72
Rezumat
În prima parte a lucrării de disertație am prezentat firma la care lucrez, MPL-Engineering. Între timp și-a schimbat numele în Kirchner – Design RO, deoarece firma a fost cumpărată de Kirchner Konstruktionen GMBH din Germania. Această firmă se ocupă cu proiectare, simulare, programare roboți industriali. Cele mai multe proiecte sunt câștigate de la Daimler, softul utilizat pentru simulare fiind Delmia, iar cel pentru proiectare Catia respectiv NX.
Daimler este una dintre cele mai renumite firme din lume pentru calitatea pe care o oferă, mottoul lor fiind „Cel mai bun sau nimic”. Daimler testează și implementează de la an la an tehnologii noi, concepții noi pentru a automatiza întregul proces de producție. Mașinile se fabrică pe linii automatizate, acestea fiind asamblate de roboți KUKA.
În lucrare am cercetat timpul unui ciclu al liniei FS41 stația ST050, montarea barei din spate. Am avut ca obiectiv reducerea timpului pentru creșterea producției. Am prezentat tehnologiile care se folosesc în proces, tipul de roboți, de clești, punctele în care se sudează bara spate a mașinii, layoutul fabricii, cum sunt amplasați roboții și restul elementelor ce aparțin statiei FS41.
Prin urmare, ținând cont de toate fenomenele ce pot apărea pe durata procesului și respectând standardele, am reușit să reduc timpul cu 6 secunde, ceea ce ar însemna in 24 de ore fabricarea cu 60 de mașini mai mult decât înainte.
Rezumat engleză
In the first part of my dissertation I presented the company I work for, MPL-Engineering. In the meantime, it changed its name to Kirchner-Design Ro, because the company was bought by Kirchner-Konstruktionen GMBH from Germany. This company deals with the design, simulation of processes and robot programming. Most of the projects are won from the Daimler. The software used for simulation is Delmia and the one for designing Catia and NX.
Daimler is one of the most famous companies in the world for the quality it offers, their motto being „The best or nothing”. Daimler tests and implements new technologies every year, they spend a lot of money for new concepts to automate the entire production. The cars are manufactured on automated lines, which are built by Kuka robots.
In my dissertation I researched the time of a cycle and I aimed to reduce it to increase the production. I presented the technologies I used in the cell, the type of the robots, the type of the welding guns, the welding points where should the robots weld to have a good quality, I also presented the layout of the factory, how the robots are located and the rest of the elements belonging to the FS41 station.
Therefore, seeing every phenomena and counting every single possibility and situation what can appear during the process, and of course by respecting every standard of Daimler, I managed to reduce the cycle time by 6 seconds, which would mean that in 24 hours of work, they can build with round about 60 cars more than before.
Introducere
În această lucrare se va prezenta linia de sudare automatizata FS41 statia ST050 în care se folosesc tehnologii de ultimă generație pentru fabricarea autoturismelor, precum: operații de sudare în puncte, operații de lipire, sudarea de șuruburi, transportul piesei din stațiile de stocare până la montarea ei pe mașina.
Voi cerceta reducerea timpului de producție al unui ciclu, în vederea creșterii productivității. Producătorii de automobile constată tot mai mult că trebuie să își redefinească concepțiile, deoarece industria automobilelor este în plină dezvoltare. Aceștia pot rămâne pe piață numai dacă pot face față progreselor din Industria 4.0, modificărilor demografice și producției pe bază pe date. Este foarte important să poți face față cererii și să rămâi competitiv pe piața mondială.
Am ales această temă, deoarece lucrez în domeniul acesta, sunt Programator Roboți Online/Offline și această stație a fost construită de mine. Fiecare robot, clește, masă, stație de stocare a pieselor, suport de clește și tot ce aparține de stație a fost amplasată de mine în așa fel încât să nu existe coliziuni în timpul mișcărilor roboților.
Logica semnalelor, a zonelor de anticoliziune, ordinea și împărțirea punctelor de sudură a fost gândită de mine, desigur respectând standardele impuse de Daimler, respectiv indicațiile legate de date tehnice, mă refer aici la timpii pentru deschiderea greiferelor, a cleștilor de sudare, durata operațiilor etc.
Obiectivul principal în primă fază a fost ca durata unui ciclu să nu fie mai mult de 97 de secunde, timpul de ciclu stabilit de Daimler. După realizarea primului obiectiv, în urma cercetărilor am reușit să optimizez procesul, acesta având acum un timp de ciclu de 91 de secunde. Cu ajutorul optimizărilor se pot fabrica cu aproximativ 60 de mașini mai mult decât înainte. Am optimizat deschiderea cleștilor, am depistat că există posibilitatea roboților de a intra mai repede în zona de lucru. Cu ajutorul zonelor de anticoliziune am evitat coliziunile dintre roboți și posibilitatea de a se bloca între ei, în timpul în care greiferul inchide, acesta permite roboților să pătrundă în zona de lucru câștigând din nou timp.
Este foarte importantă fiecare optimizare, deoarece roboții lucrează 24 de ore din 24, cu excepția weekendului când de sâmătă seara liniile sunt oprite până duminică după masa, aproximativ 12 ore, pentru mentenanță și verificarea parametrilor pentru evitarea unor defecțiuni mai grave.
Toate procesele sunt automatizate în fabricile Daimler, operatorul uman având doar sarcina de a alimenta stațiile cu piese. Deoarece totul este automatizat și există riscul de accidente la locul de muncă, Daimler ține foarte mult la siguranța operatorului uman, cât și la siguranța muncitorilor ce contribuie la derularea unui proiect. Fiecare trebuie să poarte cască de protecție, mănuși, ochelari, pantofi de protecție, haine cu mânecă lungă pentru evitarea oricărei accidente la locul de muncă.
Această industrie a automobilelor a progresat foarte mult în ultimii ani și se va dezvolta și mai mult în următorii ani prin simularea proceselor, utilizarea roboților industriali, automatizarea proceselor.
Daimler a fost și va fi întotdeauna o firmă renumită pentru calitatea pe care o oferă clienților.
MPL – Engineering
Societatea MPL – Engineering GmbH este o întreprindere filială a Societății pe acțiuni MPL Kompentenz Center AG și a fost înființată în anul 2005 ca prestatoare centrală pentru tehnici CAE. Evoluția societății le-a permis deja în 2006 să înființeze și în Satu Mare, România o alta reprezentanță, Societatea MPL – Engineering S.R.L, ca perspectivă pentru viitoarele comenzi.
Societatea MPL – Engineering dispune de un număr de 30-35 de angajați înalt calificați și motivați, personalul este instruit permanent și sistematic cu cele mai noi cunoștințe. Numai prin calitate ridicată, timpi reduși de reacție, prin respectarea strictă a termenelor și printr-o muncă eficientă, mereu conștientizând costurile, a reușit să satisfacă permanent beneficiarii, asigurându-le astfel și pe viitor succesul firmei. Strategia firmei în vederea succesului este să combine optim experiențele vârstnicilor cu energia și curajul tinerilor.
Realizarea comună a obiectivului[7]
Ca un partener independent de sistem, pe baza cerințelor, firma stă la dispoziția clientului pentru alcătuirea conceptului, definirea sarcinii sau în pregătirea unui caiet de sarcini, pentru alcătuirea cerințelor de profil, studii de concept și analize de valoare pentru selectarea unor proceduri adecvate și a proceselor ulterioare contribuind astfel la succesul produsului.
Folosind analiza cu element finit, se optimizează toate componentele și produsele în termeni de rezistență, rigiditate și greutate.
Cu ajutorul simulărilor cinematice se pot examina și îmbunătăți procesele mecanice. După deciderea unui concept, într-un timp scurt, pot fi fabricate piese reale folosind tehnica Rapid Prototyping.
Aceste piese pot fi folosite pentru analiza constructivă și de design, precum pot reprezenta și baza pentru producția de piese funcționale. Implementarea cu succes a ideilor și a soluțiilor valoroase necesită o documentație tehnică cuprinzătoare. În baza prescripțiilor specifice beneficiarilor, se elaborează elemente componente, respectiv documentații de execuție.
Calitate[7]
Cresterea continuă a calității reprezintă un obiectiv central al întreprinderii și este implementat în mod consecvent în practică.
Conștientizarea costurilor la toate nivelele
Reducerea costurilor fixe prin divizarea muncii
Motivarea angajaților prin intermediul informațiilor deschise și implicarea lor în procesul luării deciziilor
Creșterea calității prin calificarea și perfecționarea personalului
Evitarea dependenței față de organizații, clienți și ramuri
Consolidarea încrederii beneficiarilor prin continuitatea și stabilitatea politicii firmei.
Dezvoltarea cu succes a grupului de firme este sustinuta de pretentiile ridicate de performanta ale personalului, care instruit si motiv, se identifica puternic cu intreprinderea si se ocupa personal de beneficiari.
Pe această bază este posibilă reducerea costurilor și colaborarea cu beneficiarii la toate nivelurile. Creșterea continuă a afacerilor reflectă dinamica și punerea în aplicare cu succes a obiectivelor firmei.
Know-how-ul MPL este avantajul clientului[7]
Elaborarea si dezvoltarea concepției
Construcția
Calculația
Simularea roboților
Proiectarea
Punerea în funcțiune
Instruirea
Documentația tehnică conform directivelor în vigoare
Marcajul de conformitate CE
Sisteme CAD / Softuri de construcție[7]
Pentru rezolvarea unor sarcini multiple și pretențioase, pe lângă un spectru larg de cunoștințe de specialitate sunt necesare și cele mai moderne instrumente. Cu ajutorul instrumentelor CAD, MPL – Engineering sunt mereu actuali și adaptabili la cerințele beneficiarilor.
CATIA
SolidWorks
Siemens NX
Inventor
ANSYS
DELMIA
Process Simulate
Softul DELMIA[7]
O parte integrată a platformei Dassault Systems 3DEXPERIENCE este legătura între lumea virtuală și cea reală.
DELMIA, alimentată de platforma 3DEXPERIENCE, ajută la crearea unei rețele globale de colaboratori, modele, optimizare și performanță.
Excelența operațională necesită armonie în întreaga rețea de valori. DELMIA oferă soluții pentru a mobiliza lumea virtuală de modelare și simulare. Oferă o întreprindere de producție obișnuită, modernă, care facilitează rezolvarea problemelor și analiza eficientă a cauzelor rădăcinilor.
Prin conectarea digitală a acestor utilizatori, companiile pot avea un control asupra întreprinderii lor.
Fig. 1.1. Simulare 3D – Delmia[15]
Gama de soluții DELMIA, alimentată de platforma 3DEXPERIENCE®, este proiectată pentru a maximiza agilitatea și flexibilitatea în planificare. Inginerii din industria prelucrătoare pot beneficia de soluții și planuri de inginerie industrială DELMIA în spațiul virtual 3D pentru a ajuta la accelerarea planurilor de lansare a introducerii de noi produse.
Acestea sunt responsabile pentru fabricarea și realizarea operațională a sistemelor globale de producție și de control al calității.
Soluțiile pentru planificare și optimizare oferite de DELMIA oferă utilizatorilor o planificare cuprinzătoare a lanțului de aprovizionare și a operațiunilor, capacități de optimizare la toate nivelurile. Realizat de platforma 3DEXPERIENCE®, soluțiile DELMIA oferă managerilor, planificatorilor și dispecerilor o vizibilitate completă și control asupra oricărui orizont de planificare – de la planificarea strategiei de rețea la distanță până la planificarea zilnică a forței de muncă și planificarea rutei. Cu DELMIA, vă puteți mări performanța vânzărilor.
Acest soft este utilizat de Daimler pentru simularea proceselor, mișcarea roboților, optimizarea timpilor de producție. Practic cu ajutorul acestui soft, putem să determinăm orice fenomen ce poate apărea pe parcursul proiectului, minimizând erorile eventuale, se pot pozitiona toate elementele unei stații în așa fel încât să nu apară coliziuni între roboți.
Interfața softului seamănă foarte mult cu programul de proiectare CATIA. De fapt aceste doua softuri sunt compatibile, deoarece producătorul este același, Dassault Systems. Tot ce se proiectează în CATIA, se va importa in Delmia.
Fig.1.2. Exemplu de program in Delmia.[15]
Provocări în industria automobilelor [1]
KUKA este principalul furnizor mondial de echipamente de producție din industria automobilelor. Datorită experienței sale îndelungate, sunt maiștri în elaborarea de procese de producție flexibile și eficiente. Echipa KUKA poate ghida clienții spre soluții orientate spre viitor, în direcția Industrie 4.0.
Industria automobilelor este foarte dinamică și necesită flexibilitate extremă din partea producătorilor de automobile. Creșterea concurenței la nivel mondial necesită un echipament de producție inteligent, combinat cu sisteme logistice flexibile. Acestea pot fi adaptate rapid și, astfel, pot servi și cererii în continuă creștere pentru varietatea de modele. Pe lângă instalare, are un rol important funcționarea cât mai simplă posibilă a sistemului.
Producătorii de automobile constată tot mai mult că trebuie să își extindă sau chiar să își redefinească competențele-cheie de la automobil la mobilitate. Aceștia pot rămâne competitivi numai dacă pot face față progreselor din Industrie 4.0, modificărilor demografice și producției pe bază pe date.
2.1.Soluții pentru industria automobilistică
KUKA pune la dispoziție opțiunile de configurare necesare pentru a stăpâni în mod eficient toate provocările din industria automobilelor: Procesele de fabricație și logistică personalizate, modulare și automatizate deschid calea către un succes de durată în industria automobilelor.
Soluțiile KUKA înseamnă servicii complete. Conceptele de automatizare sunt create individual pentru sistemul ales. Datorită expertizei vaste, robotizarea ajută la toate etapele procesului. KUKA este singurul furnizor unde se regăsește parte de producție, logistică și componente dintr-o singură sursă:
Inginerie:
Experiență vastă în dezvoltarea de soluții de producție eficiente pentru industria automobilelor.
Testarea și cunoașterea proceselor:
Unitatea TechCenter de 2 500 de metri pătrați oferă spațiu pentru configurații de testare realiste, care furnizează întotdeauna date fiabile despre proiect. Pe baza cunoașterii complete a domeniului, vor găsi soluția optimă pentru cerere.
Pentru a dezvolta permanent soluțiile de automatizare robotizate, KUKA colaborează cu toți cei mai importanți producători. De exemplu, o combinație inovatoare de hardware și software creează o colaborare productivă unică între om și robot, care este sinonimă cu locuri de muncă de viitor.
2.2. Roboți și software[1]
Fie că planificați noi instalații, fie că doriți să optimizați sistemele existente, KUKA are software-ul potrivit. Spectrul variază de la software-ul de sistem extensibil la aplicațiile robotizate gata de utilizare, comenzile pe bază de software și vizualizare și simularea 3D.
Astfel, compania susține rețelele inteligente de roboți și interacțiunea sigură între om și mașină. Oferă întotdeauna o interfață ușor de utilizat și garantează o compatibilitate de 100 %. Cu software-ul KUKA, roboții și sistemele dumneavoastră sunt întotdeauna programate pe productivitate. Software-ul sistemului KUKA este inima întregului control. În acestea toate funcțiile de bază sunt stocate care sunt necesare pentru implementarea sistemului robot.
Fig. 2.1. Robot Kuka KRC4, cu un cleste de sudare tip C[6]
Roboții sunt livrați împreună cu un panou de control „KCP” (Kuka Control Panel), care are un afișaj și un șoarece 6D integrat, cu care se mișcă manipulatorul. Pentru a controla manual axele, comutatorul de activare de pe spatele panoului de comandă trebuie activat.
Apăsând mai puternic acest buton ajută și la „Emergency Stop”. De asemenea se regăsește și un buton roșu care servește la „Emergency Stop”. Roboții de ultimă generație, KRC 4.0, au KCP-ul cu touch screen, ușurând astfel navigarea pe acesta, roboții KRC 2.0 au panou cu butoane.
Un computer robust amplasat în dulapul de comandă comunică cu sistemul robot printr-o cartelă MFC. Semnalele de control între manipulator și comenzile sunt transferate utilizând așa-numita conexiune DSE-RDW. Cardul DSE se află în dulapul de comandă, cardul RDW în soclul robotului. Controalele pentru tipurile vechi KRC1 au folosit Windows 95 pentru a rula software-ul bazat pe VxWorks. Echipamentul periferic include un CD-ROM și o unitate de disc. Sunt disponibile, de asemenea, prize Ethernet, Profibus, Interbus, Devicenet și ASI.
Controalele pentru tipul KRC2 utilizează sistemul de operare Windows XP. Sistemele conțin o unitate CD-ROM și porturi USB, conexiune Ethernet și oferă conexiuni opționale pentru Profibus, Interbus, DeviceNet și Profinet.
La cei mai noi roboti, KRC4, sistemul de operare este deja Windows 10, KCP-ul avand un ecran mare cu touch screen cu ajutorul căruia navigarea și controlul robotului este mult mai ușoară. Avem nevoie doar de un USB stick pentru a încărca programele din offline.
Fig. 2.2. Kuka Control Panel (KCP)[8]
Componența importantă a conceptului de succes: Asamblare și testare[1]
Cu sediul în Bremen, divizia de Asamblare și testare a furnizat încă din 1982 instalații de asamblare și instalații de testare către numeroși clienți și parteneri din industria automobilelor. Pe mai mult de 18.000 de metri pătrați, se planifică, se proiectează și se fabrică echipamente de automatizare computerizate pentru asamblarea rațională a unor produse de serie, cum ar fi motoarele, chiulasele, axele, frânele și sistemele de direcție.
Fig. 2.3. Robot Kuka KRC4 cu 7 axe.[5]
De asemenea, experții KUKA din domeniul automobilelor stau întotdeauna la dispoziția dumneavoastră pentru a vă sfătui, de exemplu, în ceea ce privește planificarea proceselor, școlarizarea pentru clienți sau serviciile post-vânzare.
Fig. 2.4. Linie de producție – Construirea părții laterale a mașinii[16]
Roboții din seria KR QUANTEC sunt ideali pentru numeroasele exigențe din industria automobilistică. Prin urmare, portofoliul include printre altele robotul de spălare KR QUANTEC nano F exclusive, roboții preciși din familia KR QUANTEC extra sau roboții industriali de putere din familia KR QUANTEC ultra.
Potrivit raportului Harbour, fabrica de producție din Toledo, Ohio, unde se folosesc doar propriile tehnologii, este una dintre cele mai eficiente fabrici de construcție de caroserii din America de Nord.
Datorită competențelor celor de la Swisslog, se pot garanta soluții inovatoare de intralogistică cu livrare „just-in-time” (exact la momentul potrivit). Acest lucru asigură un proces de producție fără sudură.
KUKA colaborează la numeroase proiecte de cercetare cu instituții precum Arena 2036 sau Institutul Fraunhofer al fabricii de cercetare E3, Universitatea Tehnică din München și Centrul Aerospațial German. Pe durata proiectelor, s-au implementat deja mai multe aplicații în software-ul propriu – de exemplu KUKA.UserTech – pentru a asigura o transmisie optimă a datelor și o programare ușoară.
Se lucrează cu clienți din întreaga lume pentru a ajuta elaborarea și promovarea de modele de afaceri și forme de contract orientate spre viitor, precum modelele de afaceri și Pay-Per-use (plata per utilizare).
Kuka Robotics, sediu nou în Timișoara[2]
Automatizările și roboții sunt vedetele proceselor discrete sau de flux de producție ale momentului. Ele pot fi, nu doar motiv de laudă pentru moment, dar și o garanție a stabilității și viitorului unei afaceri în industrie.
Încercând să sprijine cât mai bine companiile românești interesate din ce în ce mai mult de robotizare, Kuka Robotics a construit și inaugurat la Timișoara, pe data 6 octombrie 2016, sediul diviziei locale a companiei. La deschidere au participat membri importanți ai conducerii Kuka Europe și Kuka Hungary, dintre care menționăm pe Harald Steininger – Director Robot & CS Sales East Europe și Daniel Rucandio – Sales Manager Europa, alături de reprezentanții locali, partenerii și o parte a clienților companiei.
Scopul deschiderii noului sediu este ca acesta să asigure o creștere stabilă a afacerii, o astfel de infrastructură fiind necesară, deoarece Timișoara reprezintă o zonă cu mare potențial pentru automatizare, fiind, de asemenea, și foarte bine poziționată, la răscrucea dinspre Europa de Vest către România, cu un acces bun la autostradă și la un aeroport cu zboruri directe convenabile, după cum au declarat reprezentanții companiei.
Sediul aparține Kuka Robotics Ungaria (filială KUKA) și va avea și funcția de centru de aplicații, de testare și demonstrații. De asemenea, tot aici se vor organiza cursuri de instruire. În Ungaria există 3 locații (Taksoni, Fuzesgyarmat, Budapesta) unde se produc controlere KUKA, se modernizează roboții vechi și se dezvoltă și testează software pentru roboți.
Echipamente – În locație se găsesc două celule de instruire, o celulă de testare AGILUS și robotul iiwa.
Echipa – În România, Kuka Robotics are 4 angajați, care au ca zonă de vânzări România si Bulgaria, atât pentru roboți noi, cât si refolosiți.
Instruire certificată – Specialiștii KUKA asigură cursuri cu pregătire practică personalului din întreaga lume, în decursul căreia se pot asimila cunoștințele necesare unui specialist, de la sursă. Seminariile modulare sunt concepute în funcție de cerințele practice curente din fiecare caz în parte. Rezultatul obținut îl reprezintă un personal bine școlarizat și cu înaltă calificare, în companie.
Serviciile oferite sunt:
Asistență tehnică:
KUKA oferă o gamă cuprinzătoare de servicii, incluzând planificarea în colaborare, pornirea și întreținerea, pentru a-și sprijini beneficiarii să utilizeze întregul potențial al echipamentelor KUKA. În caz de urgență, asistența tehnică de la KUKA este disponibilă 24 ore pe zi.
Consultanță în domeniul Roboticii:
Echipa de consultanță de la KUKA este alături de clienții săi, începând cu primul pas pe drumul spre o soluție optimă, de automatizare personalizată, cu servicii care acoperă activități de la proiectarea conceptuală, analiza și simularea aplicației, până la alegerea practică a robotului și integrarea acestuia. În viitor, se dorește extinderea echipei și creșterea know-how-ului, precum și creșterea spațiului zonei de instruire și a celei rezervată depozitării.
Mercedes-Benz și Daimler AG[9]
"Cel mai bun sau nimic"
Mercedes-Benz este o marcă germană de automobile la nivel mondial și o divizie a Daimler AG. Marca este cunoscută pentru vehicule de lux, autobuze, autocare și camioane. Sediul central este în Stuttgart, Baden-Württemberg. Numele a apărut pentru prima dată în 1926 sub Daimler-Benz.
Mercedes-Benz își are originea în automobilele Daimler-Motoren-Gesellschaft din 1901 Mercedes și Karl Benz 1886 Benz Patent-Motorwagen, care este considerat ca primul automobil pe benzină.
În afara Germaniei, vehiculele Mercedes-Benz sunt, de asemenea, fabricate sau asamblate în nu mai puțin de 30 de țări din întreaga lume.
De la înființare, Mercedes-Benz și-a menținut reputația pentru calitatea și durabilitatea sa. Astăzi este unul din cei mai mari producători de autovehicule, producând peste 20 de modele. Marca a planificat lansarea brandului electric EQ, cu SUV-ul EQC fiind stabilit pentru producție în anul 2019. În septembrie 2018, Mercedes a prezentat EQC, prima mașină electrică, la un eveniment desfășurat la Stockholm.
2022 va fi anul în care Daimler a declarat că societatea va investi 11 miliarde de dolari pentru a se asigura că fiecare Mercedes-Benz are o versiune complet electrică sau hibrid disponibilă pe piață.
Industria 4.0 la Mercedes-Benz[9]
Industria automobilelor se confruntă cu schimbări fundamentale. Alături de electrificarea sistemului de propulsie și de condusul autonom, este mai presus de toate digitalizarea care conduce acest proces de schimbare. Această combinație fizică și digitală este adesea menționată ca "Industrie 4.0". Realizarea întregului lanț de valori în timp real este deja mai mult decât o viziune pentru Mercedes-Benz. Și accentul aici este întotdeauna pe oameni – clienți și angajați.
Automatizarea producției în zilele noastre este un punct cheie pentru a rămâne pe piața mondială. Pentru a face față cererii și pentru a oferi o calitate cât mai bună, Daimler implementează de la an la an sute sau chiar mii de roboți și echipamente noi pentru producție.
Toate procesele sunt automatizate, mașina este transportată pe o masă, care și ea la rândul ei este programată și transportă mașina de la o linie la alta, operatorul uman având doar sarcina de a alimenta stațiile cu piese, monitorizarea și urmărirea proceselor pentru a putea reacționa la o eventuală defecțiune sau problemă apărută, care să oprească linia de producție.
Fig. 3.1. Linie de producție Daimler[10]
Fabrica inteligentă – lanțul de valori complet conectate la rețea[9]
"Fabrica inteligentă" este elementul central al digitalizării întregii companii. În fabrica inteligentă, produsele, mașinile și întregul mediu sunt conectate în rețea și conectate la internet. Integrarea lumii reale într-o lume digitală funcțională permite crearea unui așa-zis "gemene digitale", care permite reprezentarea în timp real a proceselor, a sistemelor și a magazinelor de producție întregi.
Digitalizarea ne permite să facem produsele mai individuale, iar producția mai eficientă și mai flexibilă. Provocarea este de a planifica pe termen lung, rămânând în același timp capabil să răspundă rapid dorințelor clienților și fluctuațiilor pieței.
3.3.Mercedes-Benz urmărește cinci obiective majore cu fabrica inteligentă[9]:
Flexibilitate mai mare: fabrica inteligentă permite producției să răspundă și mai rapid la fluctuațiile pieței mondiale și să schimbe cererea individuală a clienților. Producția digitală facilitează, de asemenea, producerea unor produse din ce în ce mai complexe.
Eficiență mai mare: utilizarea eficientă a resurselor, cum ar fi energia, clădirile sau stocurile de materiale, este un factor competitiv decisiv; un lanț de proces complet digital înseamnă, de asemenea, un control constant al stocurilor: componentele pot fi identificate în orice moment și oriunde. Unitățile de producție pot fi controlate de oriunde.
Viteză mai mare: procesele flexibile de producție, modificarea simplificată a instalațiilor de producție existente și instalarea de noi facilități permit procese de producție mai simple și mai eficiente. Aceasta, la rândul său, permite cicluri mai scurte de inovare, iar inovațiile de produs pot fi transferate în mai multe serii de modele într-un timp mai scurt (timp-la-piață).
Mediu de lucru atrăgător: interacțiunea activă între om și mașină, folosind și noi interfețe de operare, va schimba mediul de lucru în multe domenii, de ex. în formare și ergonomie. Luând în considerare schimbările demografice, acest lucru deschide noi perspective atunci când se creează noi modele de lucru și stil de viață.
Logistica inteligentă: de la configurarea vehiculului și comandarea de către client la definirea părților necesare și achiziționarea acestora, apoi la producție și livrare. Pentru a pune acest lucru în termeni vizionari: "Odată comandat, un vehicul își caută locul de producție și mașina de la sine".
Mercedes-Benz este acum capabil să simuleze digital procesul de producție de la uzina de presă până la asamblarea finală și, prin urmare, să stăpânească complexitatea automobilelor moderne și fabricarea acestora: pentru montaj, în jur de 4000 de procese individuale sunt examinate pentru fezabilitate tehnică cu mult înainte de seria producția începe.Etapă pe etapă, conceptul fabrică inteligentă se realizează în rețeaua mondială de producție a Mercedes-Benz.
Primele două etape au fost deja clar definite și realizate în mod substanțial:
Mercedes-Benz are acum standarde globale de componente, o arhitectură standardizată a sistemelor și o tehnologie standardizată de automatizare, reglare și control.
Ori de câte ori se fac investiții, modulele de tehnologie standardizate la nivel global sunt utilizate în robotică și procese de producție.
Următorii pași pe calea producerii viitorului sunt modulele de echipament aplicabile la nivel mondial adaptate modulelor de produs și strategii de lucru standardizate. Înainte de sfârșitul deceniului, această viziune specifică a fabricii inteligente se va reuni sub forma unei fabrici de referință concepute în întregime pentru metodele și procesele descrise mai sus.
Multe procese care au sunat ca science fiction doar cu puțin timp în urmă sunt deja sau vor fi utilizate în curând în producție:
Imprimare 3D / fabricarea aditivilor: utilizarea în prototipuri rapide (de exemplu, matrițe de turnare cu nisip pentru motoare), capace de protecție (de exemplu, pentru prelucrarea prin roboți om-robot), unelte (de exemplu elemente de prindere).
Dispozitive mobile în producție: Noi metode de calibrare a afișajelor (de la mijlocul anului 2016), utilizarea tabletelor pentru controlul roboților în interiorul vehiculelor ("InCarRob") prin Wi-Fi.
Calea urmată de roboți ușori poate fi generată de "demonstrație", adică muncitorul conduce roboții și mașina învață calea.
Date de producție Cloud / disponibilitate globală a datelor de producție: De exemplu, pentru modele compacte, Rastatt poate accesa datele de producție de la toate celelalte instalații din rețeaua de producție la nivel mondial, de ex. Kecskemét, și ar fi chiar capabil să reprogrameze roboții care funcționează acolo.
Asistența științifică pe drumul către fabrica digitală este asigurată de proiectul ARENA 2036 (mediul activ de cercetare pentru generația următoare de automobile): acesta este un campus de cercetare în care Daimler desfășoară cercetări privind viitorul producției și proiectarea ușoară cu parteneri din domeniul științific comunitate și industrie. Proiectul va continua până în anul 2036, când automobilul își sărbătorește cea de-a 150-a aniversare.
Proiecte Daimler
Firma MPL – Engineering prestează servicii de proiectare și de simulare pentru firma Daimler AG. În proporție de 80 % toate proiectele sunt primite de la Daimler. Firma noastră se ocupă atât cu partea de proiectare cât și cu partea de simulare, după care instalarea programelor pe roboți, punerea in funcțiune a liniilor de asamblare a autoturismelor și suport tehnic in cazul in care exista o defecțiune.
Cel mai recent proiect este BR206/236 noul model C-Klasse, care va fi fabricat în nu mai puțin de patru variante.
Proiectul BR206/236 – C-Klasse
Fig. 4.1. Mercedes – Benz C-Klasse
Acest proiect este în derulare, în momentul de față este în fază de construcție a stațiilor și a liniilor, se fixează roboții, gardul de protecție, mesele pe care sunt amplasate piesele, instalațiile electrice etc. Între timp se pot rula primele programe pentru testarea roboților. Aceștia trebuie reglați la parametri standarde pentru a nu suprasolicita oricare dintre axe de rotație și pentru buna funcționare. Se rulează un program care prin „pendulare” va cântări cleștele sau greiferul ce este montat pe robot, respectiv un program ce va testa frâna fiecărei axe de rotație.
După rularea primelor programe de autoinițializare, se vor rula service programurile si pe urma programele principale.
Proiectul va cuprinde 4 modele C-Klasse dupa cum urmeaza:
Sedan
Break
Coupe
Cabrio
Primele modele vor aparea pe piață la sfârșitul anului 2020, începutul anului 2021 cu o construcție nouă și un design aparte.
Nici o serie nu s-a vândut mai bine decât Mercedes C-Klasse (W205), modelul trebuie să se așeze pe noua generație (W206) din anul 2021. Prin urmare, gama este în creștere în special în segmentul SUV, iar noi modele electrice completează portofoliul. Aici sunt toate informațiile despre generația a cincea a clasei Mercedes C, pe care am prins exclusiv ca camuflaj Erlkönig.
Fig. 4.2. Mercedes – Benz C-Klasse Camuflaj[11]
De la sfârșitul anului 2020, noua clasă C se va naște în momente dificile. Trebuie ca sa dezvolte conceptele lor tehnice privind modulul MRA II ( „R“ din spate“, adică, platforma cu tractiune pe spate pentru a construi și E- si S-Class).
Dupa o lungă perioadă de timp, în care Apple, Google și Tesla, cu autovehiculele lor mai mult sau mai puțin autonome, ar putea câștiga din ce în ce mai multă putere.
Noua clasă Mercedes C cu afișaj plutitor
Fig. 4.3. Interior Mercedes – Benz C-Klasse
Același lucru se aplică la capitolul unitate – pe cale complexă: Noul motor pe benzină cu filtru de particule diesel și generarea OM 654 sunt de a extinde departe în viitor și se potrivesc pentru norma de poluare Euro 7. Deocamdată, Mercedes nu vrea să știe despre sfârșitul motorului diesel, deoarece noile centrale electrice au devorat trei miliarde de euro în dezvoltare.
În plus, cu toate acestea, un hibrid plug-in cu 75 de kilometri gama pur electric conform WLTP si EQ variante cu propria arhitectură tehnologie sunt pregătite inițial ca nume de SUV EQC (2019 până la 450 km interval) și mai târziu ca sedan EQ. La toate modelele, este disponibil un sistem electric de 48 V cu funcție de amplificare.
Fig. 4.4. Prima masina full electrica Mercedes – Benz EQC[12]
Plug-in-ul pentru celulele de combustibil din F-Cell GLC este rezervat pentru o serie mică. Deoarece tendința este încă puternică față de SUV, Mercedes se întărește și pe acest front.
După lansarea extrem de succes a GLC, GLC Coupe, Kombi, All-Terrain, E-Class vine în viitor. Caroserii mari, roți mari, tracțiune integrală și suspensie pneumatică cu reglare înălțime pentru a deschide noi oportunități și aplicații aici.
4.3. Trei kituri de construcție vor deveni una[9]
În plus, Mercedes continuă să dezvolte sistemul său modular flexibil. La un moment dat, clasa C ar trebui să poată conduce un hibrid plug-in chiar și la 150 de mile pur electrice. Baterie din trunchi și din podeaua mașinii. Dar aveți nevoie de o nouă bază tehnică. Și pentru că Mercedes are mottoul „Cel mai bun sau nimic“ se angajează să dezvolte cele trei kituri (AMF, MRA și EVA) pentru a face o singură. Acest lucru ar fi conceput pentru ambele motoare cu combustie internă și acționări electrice.
În orice caz, un arbore cardan nu are nevoie de el, deoarece axele sunt acționate electric. În plus, volumele rezervoarelor pot fi mai mici, pentru ca plug-in-hibrizi sunt, în principal, de energie electrică și necesită mai puțin combustibil la bord. Sunt înregistrate progrese suplimentare în domeniul sistemelor de asistență.
Noul C-Class oferă posibilitatea de intrare complet automatizat și lăsând un spațiu de parcare, în conformitate cu parcuri pre-echipate auto și un reflector digital care poate ilumina drumul în funcție de situație. Și este conceput pentru a putea conduce complet autonom pe secțiuni de autostradă mai lungi (Nivelul 3). În același timp, Mercedes avansează în rețea sistemele de siguranță activă și pasivă.
Acest lucru înseamnă că tehnologia senzorilor acum aproape de la sine înțeles pentru sisteme, cum ar fi de avertizare părăsirea benzii de circulație și schimbarea benzii asistent și de control al vitezei adaptiv și asistență de frânare urgentă contribuie la declanșarea airbag-urilor sau chiar amortizoarele și suspensiile pneumatice în șasiu pentru a întări rapid, împiedicând coborârea vehiculului într-un accident.
Fig. 4.5. Sudare cu laser[14]
Noile modele C-Klasse vor fi fabricate în linii automatizate, vor fi construite cu ajutorul roboților incepând cu cea mai mică bucată de caroserie, interiorul mașinii, parbrizul, vopsirea, toate procesele sunt automatizate.
Fiecare tehnologie este foarte costisitoare, dar se cheltuiesc cei mai mulți bani pentru a testa noi tehnologii și soluții noi pentru eficientizarea industria construcțiilor de masini.
Se folosesc trei tehnologii de sudare :
Prin puncte: toată caroseria este sudată prin puncte
MIG-MAG: se folosește la întărirea zonelor mai sensibile pentru o siguranță mai bună în caz de accident
Cu laser: este o tehnologie foarte avansată, se utilizează în zone unde este nevoie de o sudare foarte subțire, de ex: acoperis, portbagaj.
Se utilizează de altfel și tehnologii de înșurubare, de lipire, ștanțare, sudarea de șuruburi etc.
În figura 4.5 este reprezentată operația de sudare cu laser. Se sudează de regulă zonele exterioare care trebuie îmbinate și trebuie să fie perfecte ca să nu se observe sudarea. Se folosesc la acoperișul mașinilor, portbagaj, eventual capota mașinii etc.
Fig. 4.6. Efectuarea unui schimb de clește de sudare tip C [16]
În stația FS41 este un robot cu 7 axe, a 7-a axa fiind una liniară de 20000mm. Acest robot (052RB_100) va prelua tabla din stația de stocare și o va așeza pe masa 050ABS001 de pe care urmează s-o preia robotul 052RB_200. Acesta va prelua tabla de pe masa 052ABS001 și va urma procesul de sudarea șuruburilor, aplicarea lipiciului cu tehnologie externă și transferul piesei către 050RB_100. 052RB_200 respectiv 052RB_100 vor folosi combi greifere, acestea au denumirea aceasta pentru că se folosește la toate cele 4 modele.
Robotul 050RB_100 va folosi pentru fiecare model alt greifer. Acesta având GEO Greifer, deoarece va fixa tabla pe caroserie și va aștepta în poziție sudarea piesei în câteva puncte pentru fixarea corectă a acesteia.
Roboții care sudează au un singur clește, sudeaza și în timp ce greiferul se află pe caroserie cu bucata care vine sudată. După ce robotul cu greifer se îndepărtează, cei 4 roboți de sudare vor continua să sudeze câte 14-16 puncte.
Utilizarea roboților industriali în operații de sudare
5.1.Sudarea în puncte la cald[4]
Sudarea este procedeul cel mai răspândit în industria constructoare de mașini, prin care se obțin îmbinări nedemontabile, pentru executarea operațiilor de sudare fiind folosit un număr mic de operatori umani.
Sudura în puncte este un procedeu de îmbinare de rezistență, a două sau mai multe foi de tablă de metal, de regulă oțel, fără să se folosească material de adaos. În zona de sudat, cu ajutorul a doi electrozi din aliaje de cupru, se aplică o forță de comprimare și se transmite curent electric, care produce încălzirea pieselor la nivel local. Ca urmare, materialul dintre electrozi se topește iar după întreruperea curentului de sudură materialele se solidifică și are loc îmbinarea, realizându-se punctul de sudură.
Calitatea sudurilor executate de operatorul uman depinde, în foarte mare masură, de dexteritatea si conștiinciozitatea sudorului, care trebuie să execute mișcările necesare operației de sudare cu mare regularitate și precizie.
Fig. 5.1. Stație de sudare prin puncte cu 4 roboti[16]
Pe de altă parte, sudorii lucrează în condiții de mediu total neprielnic; ei sunt expuși la radiații calorice și luminoase, inhalează fum, lucrează de multe ori in poziții foarte dificile, pot fi stropiți cu metal topit și trebuie să aibă atenția concentrată la maximum în permanență.
Cele prezentate mai sus justifică interesul tot mai crescut al producătorilor de a trece la automatizarea operației de sudare, aceasta și pentru faptul că operațiile de sudare executate de operatorul uman sunt foarte scumpe. Operatorul uman nu este la fel de precis ca și robotul, care de fiecare dată sudează în aceleași coordonate XYZ cu aceeași putere oferind cea mai bună calitate al fiecărui punct.
În așa fel robotizarea este și perfecționalizarea proceselor din punct de vedere calitativ. Nu în ultimul rând roboții pot să ofere producție 24h/24h, producția oprindu-se doar în timpul efectuării controalelor periodice și de întreținere.
Fig. 5.2. Sudare cu arc (MIG-Welding)[13]
Dacă în cazul producției de serie mare sau masă se cunosc de mai mult timp sisteme pentru sudarea automată sau semiautomată, în producția de serie mică sau mijlocie executarea automată a operațiilor de sudare necesită mijloace flexibile, care să permită adaptarea rapidă la variabilitatea produselor. Acele mijloace sunt roboții industriali de sudare, instalații specifice de alimentare cu material, dispozitive speciale de poziționare, scule de lucru specifice. Pot fi automatizate cu ajutorul roboților industriali operațiile de sudare în puncte și de sudare continuă cu arc în mediu de gaz protector. În ambele cazuri, asamblarea prin sudură se realizează din două sau mai multe piese.
Sudarea prin presiune în puncte sau prin rulare asistată de roboți se regăsește, în special, în celulele si liniile flexibile pentru asamblarea caroseriilor de autovehicule, permițând trecerea ușoară de la fabricarea unui autovehicul la altul. De altfel, Corporația General Motors a realizat încă din anul 1969 o linie robotizată de sudare prin puncte, deservită de 38 de roboți industriali Unimate, pentru sudarea caroseriei autoturismului "Vega".
Celulele și liniile flexibile pentru sudare cu arc asistate de roboți s-au organizat în special în întreprinderi constructoare de vehicule feroviare, mașini de ridicat și transportat uzinal, miniere, șantiere navale, urmărindu-se automatizarea sudării unor subansambluri de tip grindă, traversă, cheson etc.
Robotizarea operațiilor de sudare prezintă urmatoarele avantaje:
ușurarea muncii sudorilor, prin protejarea lor de căldură, gazele/fumul și radiațiile emanate în timpul sudării;
intensificarea parametrilor procesului de sudare, operatorul uman fiind îndepărtat de zona de producere a noxelor;
suprapunerea timpului de mașină (de "arc") cu cel auxiliar;
îmbunătățirea calității sudurilor executate (puncte de sudură poziționate precis, cusături uniforme), reducerea volumului lucrărilor de remaniere.
Ca urmare a celor de mai sus, se poate obține o creștere a productivității muncii la instalațiile de sudare servite de roboți in medie cu 100%.
5.2. Particularități ale operațiilor de sudare executate cu ajutorul roboților industriali [4]
În cursul operațiilor de sudare în puncte, piesele metalice care urmează să fie îmbinate nedemontabil se încălzesc local datorită efectului Joule produs de curentul alternativ de intensitate mare și tensiune scăzută, care se scurge între electrozii cleștelui de sudare.
Fig. 5.3. Simulare 3D, punct de sudură[15]
Acești electrozi ating fețele opuse ale pachetului de piese de îmbinat și le presează, astfel încât să se obțină atingerea acestora în zona în care se va realiza îmbinarea. Fazele procesului de sudare prin puncte sunt (duratele fazelor sunt indicate în Hz, pentru curentul alternativ cu frecvența 50 Hz):
presarea inițială a electrozilor, realizându-se o presiune de contact de 55-70 bar(7 Hz);
sudarea (curentul de sudare străbate pachetul de piese de îmbinat, 8 Hz);
menținerea electrozilor in pozitia de presare, in decursul căreia piesele se răcesc și zonele topite se solidifică (1 Hz, durata ce poate fi redusă prin intensificarea răcirii cu apă a electrozilor);
deschiderea electrozilor, revenirea capului de sudare în poziția inițială și răcirea electrozilor.
Se poate aprecia, deci, că durata de execuție a unui punct de sudură e de cca. 16 Hz (0,32 s).
Fig. 5.4. Roz – electrod mobil, Albastru – electrod fix[15]
Scula cu care se execută sudarea prin puncte este un clește cu doi electrozi, dintre care unul este fix, iar celălalt este mobil, acționat de obicei hidraulic. Electrozii și jugul în care sunt montați aceștia sunt răciți cu apă care circulă prin canalele executate în interiorul lor.
Cleștele este alimentat cu energie electrică printr-un cablu de secțiune mare și cu apă de răcire prin intermediul a două furtunuri. O parte din greutatea cablului și a furtunurilor, cât și rigiditatea acestora, adaugă dificultăți suplimentare la manipularea cleștelui de sudare, care poate necesita exercitarea unor forțe de până la 1000 N, ceea ce explică dificultatea poziționării corecte a cleștelui de către operatorul uman.
Fig. 5.5. Clește tip C[16] Fig.5.6. Clește tip X[16]
Pentru a realiza îmbinarea prin sudare în puncte a două obiecte, cleștele de sudare trebuie să execute următoarele mișcări: poziționarea extremității unui electrod în dreptul unui punct de sudare, orientarea axei comune a celor doi electrozi pe o direcție normală pe suprafața pieselor de îmbinat, mutarea extremității unui electrod în punctul următor, reorientarea direcției axei comune a electrozilor la nevoie, repetarea de atâtea ori a acestor mișcări câte puncte de sudare există în grupul respectiv de puncte, eventual cu ocolirea unor obstacole locale, mutarea extremității unui electrod în dreptul primului punct dintr-un alt grup de puncte.
Două construcții tipice de clești utilizați la sudarea prin puncte folosind roboti industriali sunt prezentate in fig. 5.5. și fig. 5.6.
În vederea executării mișcărilor descrise mai sus, electrodul mobil al cleștelui se va realiza astfel încât, pe lângă o mișcare de translație cu cursa scurtă, în vederea executării operației de sudare în puncte, să poată executa și o mișcare de translație cu cursa lungă, necesară ocolirii obstacolelor locale și efectuării unor suduri în puncte așezate în fundul unor cavități.
Ca urmare a contactelor repetate ale electrozilor cu piesele care urmează a fi sudate, extremitățile lor se uzează, ceea ce conduce la înrăutățirea procesului. Din acest motiv, forma geometrică a acestor extremități trebuie corectată prin frezare. Robotul știe exact că după un număr X de puncte de sudare, pentru a nu pierde din calitate, trebuie corectată forma geometrică a extremităților.
După ce capul electrodului a fost uzat total și nu se mai poate freza, acesta se schimbă tot printr-un proces automatizat. Există un dispozitiv de stocare a acestor piese, iar robotul știe după măsurarea distanței dintre electrozi, că trebuie să schimbe capetele electrozilor.
6.Linia de sudare bară spate – FS41
După primirea unui Layout, unde este reprezentat concepția Daimler, cum și în ce fel să fie construite liniile, numărul de roboti și de clești de sudare, tehnologii, precum și unde să fie amplasați roboții și elementele dintr-o stație etc., cei de la proiectare proiectează mesele, stațiile de stocare a pieselor, greiferele, iar cei de la simulare construiesc și amplasează absolut totul in stație, începând de la roboți până la canalele pentru cablajul electric, gardul pentru protecție etc.
Se analizează orice situație ce poate să apară în timpul procesului și se respectă durata ciclului impusă de Daimler. Fiecare punct de sudură, înșurubare, contur pentru lipire, sunt bine definite într-un tabel excel, cu coordonate exacte date de Daimler.
Fig. 6.1. Greifer pentru modelul Cabrio[15]
Se va prezenta stația ST050 din linia FS41 ce conține 7 roboti, unde se montează bara din spate al mașinii. În această stație se utilizează 4 tehnologii:
Sudarea prin puncte
Lipirea
Sudarea de șuruburi
Handling : Robot cu greifer care are rolul de a scoate piesa din stația de stocare, aplicarea lipiciului cu o tehnologie externă (adică pistolul pentru lipit nu este montat pe robot), sudarea șuruburilor (tot cu tehnologie externă), poziționarea și fixarea tablei pe caroserie. (Fig.6.1.)
6.1. Elemente de referință în construcția unei stații
Se consideră un punct 0 al mașinii, un sistem de coordonate XYZ ce se află în partea din față a mașinii. Din acest punct se calculează poziția exactă al fiecărui punct de sudură ce trebuie respectat în vederea obținerii calității dorite. Aceste puncte sunt date într-o listă excel, unde găsim toate informațiile necesare, atât tipul de mașină pe care se va lucra, cu volan pe stânga sau pe dreapta, sedan, break, coupe sau cabrio respectiv cu acoperiș sau cu acoperiș din sticla. În funcție de aceste puncte de sudare ne alegem cleștele corect pentru sudare. Fiecare clește are o fișă unde sunt indicați datele tehnice ale acestuia, și în funcție de acesta se alege cleștele potrivit.
Fig. 6.2. Punctele de sudură reprezentate în fișier excel[15]
Punctele de sudură sunt într-o listă de excel(fig. 6.2.), unde sunt indicați cleștii necesari pentru sudare, forța de apăsare în momentul sudării în kN, piesele ce se sudează, grosimea lor, materialul etc. Acestea se exportă în format txt și se importă în simulație pe caroserie.
Fig. 6.3. Punctul 0 al masinii[15]
Fiecare element dintr-o stație, dar și fiecare punct de sudură este poziționat față de punctul 0 al mașinii. De aceea se știe cu exactitate unde trebuie poziționați roboții, ca să ajungă la fiecare punct la fiecare model de mașină, mesele pentru elementele de caroserie și restul tuturor elementelor ce aparțin unei stații.
6.2.Dispozitive și tehnologii utilizate în stația FS41 ST050
Figura 6.4. reprezintă celula unde se sudează bara din spate a mașinii pe caroserie. Această celulă este compusă din stația 050 și 052. Am avut nevoie de 7 roboți, aceștia folosind tehnologii diferite pe parcursul procesului.
Fig. 6.4. Stația FS41_ST050 – 7 roboți[15]
Robotul 052RB_100 este montat pe o unitate liniară ce reprezintă axa 7 pe care se poate deplasa liniar 21000mm. Acesta are sarcina de a scoate bucata de tablă din stația de stocare (052SLT001) și așezarea acestuia pe masa 050ABS001. Robotul 052RB_200 va prelua bucata de tablă pe care va suda în primă fază 6 șuruburi. Va urma aplicarea lipiciului cu grosime de 5mm(fig.6.5.), de culoare roșie cu ajutorul tehnologiei de lipire externă. Pe pistolul care aplică lipiciul este montat și o cameră, cu ajutorul căruia se verifică dacă lipiciul a fost aplicat corect. În cazul în care nu a fost aplicat corect, robotul va pune bucata de tablă deoparte.
După aplicarea materialului pe piesă, aceasta va fi transferată robotului 050RB_100 în următorul fel : 052RB_200 se va opri în poziția „Handshake” și va aștepta semnalul de la robotul 050RB_100 ca acesta este gata să preia tabla. În momentul în care 050RB_100 ajunge în poziție, inchide greiferul, prinde tabla și trimite un semnal către 052RB_200, că poate să deschidă clampurile și să revină în poziția „Acasă”. În momentul în care 052RB_200 părăsește zona în care cei doi se pot întâlni, acesta va trimite un semnal către 050RB_100 că zona este liberă și poate reveni la poziția „Acasă”.
Fig. 6.5. Operația de lipire cu pistol exterior(nu este montat pe robot)[15]
Robotul 050RB_100 folosește greifere diferite pentru fiecare model. După preluarea tablei, acesta o va fixa pe caroserie și va trimite un semnal către cei 4 roboți de sudare că poate să înceapă operația de sudare.
Roboții 050RB_300-400-500-600 vor fixa piesa prin sudare în puncte. După ce se fixează tabla în 4-5 puncte, robotul 050RB_100 se îndepartează, tabla rămâne fixă pe caroserie. Lipiciul nu este suficient ca tabla să rămână exact pe poziția pe care se dorește a fi montată.
Fig. 6.6. Transferul piesei de la 052RB_200 la 050RB_100 pentru a fi fixată pe mașină[15]
Roboții care sudează au un singur clește. Vor avea sudare GEO – în timp ce 050RB_100 strânge piesa pe caroserie, iar după ce aceste puncte GEO sunt sudate, greiferul se deschide și robotul reia poziția inițială.
Roboții cu clești de sudare urmează din nou să sudeze câte 10-12 puncte. În tot acest timp 050RB_100 are timp să schimbe greiferul în cazul în care va urma construirea unui alt model de mașină, sau dupa caz, poate prelua tabla așteptând următoarea caroserie.
În figura 6.6. se transferă piesa de la robotul 052RB_200 la robotul 050RB_100, care va fixa piesa pe caroserie.
Fig. 6.7. Operația de sudare prin puncte[15]
Roboții 050RB_300 respectiv 050RB_400 vor folosi un clește tip C (figura 6.8) cu o forță de apăsare de 4.5kN, iar 050RB_500 și 050RB_600 vor avea un clește tip X (figura 6.9) cu aceeași forță de 4.5kN.
Cleștii au un TCP – Tool Control Point, ceea ce este un sistem de coordonate amplasat pe vârful fix al cleștelui. Cu ajutorul acestuia putem controla mișcările roboților, putem sări direct pe punctele de sudură și pe punctele de proces.
Fig. 6.8. Clește de sudare tip C[15]
Fig. 6.9. Clește de sudare tip X[15]
6.3. Semnale digitale de intrare și de ieșire
Deoarece roboții lucrează în același timp, pentru evitarea unei coliziuni, trebuie să folosim semnale de intrare și de ieșire și zone de anticoliziune. Semnalele sunt transmise de catre un robot la celălalt atunci când o operație este finalizată sau trebuie să ăștepte pentru a finaliza operația respectivă. În cazul de față 050RB_100 va trimite un semnal către toți ceilalți prin care anunță că a ajuns în poziție, a închis clampurile și poate urma sudarea. Roboții de sudare așteaptă acest semnal după care vor începe operația de sudare prin puncte, evitând coliziunile cu ajutorul zonelor anticoliziune.
Atunci când un robot intră în zona de lucru al celuilalt robot, acesta va transmite un semnal că a ajuns în zona în care se pot lovi unul de celălalt, iar după ce părăsește zona, va transmite din nou un semnal, că zona de lucru este liberă și permite celuilalt robot accesul. Fiecare robot în parte va trimite un semnal robotului 050RB_100 atunci când au terminat operația de sudare. 050RB_100 va deschide greiferul și va părăsi zona de lucru doar atunci când a primit semnalul de la fiecare robot. Odată ce a ajuns într-o zonă în care nu mai există coliziune, va trimite un semnal către cei 4 roboți ca să-și continue procesul de sudare.
Fig. 6.10. Zonele de anticoliziune între roboți[15]
6.4.Apariția uzării extremităților electrozilor
Ca urmare a contactelor repetate ale electrozilor cu piesele care urmează a fi sudate, extremitățile lor se uzează, ceea ce conduce la înrăutățirea procesului. Din acest motiv, forma geometrică a acestor extremități trebuie corectată prin frezare. Robotul știe exact că după un număr X de puncte de sudare, pentru a nu pierde din calitate, trebuie corectată forma geometrică a extremităților.
Înainte de fiecare frezare robotul va măsura distanța dintre vârfurile părții mobile și a părții fixe a cleștelui, se frezează 1-2mm după care va măsura din nou această distanță calculând exact valoarea cu care trebuie să compenseze acest adaos de frezare, cleștele inchizându-se astfel întotdeauna până la punctul de contact dintre electrozi.
Fig. 6.11. Simulare 3D, frezarea vârfurilor pentru a corecta forma geometrică a extremităților[15]
Atunci când se ajunge la uzarea totală a extremităților, vârfurile electrozilor se schimbă tot printr-un proces automatizat. Robotul va știe exact de câte ori s-au frezat aceste vârfuri pentru că distanța dintre electrozi se va mări dupa fiecare frezare.
În acel moment după incheierea procesului de sudare, robotul va schimba automat vârfurile electrozilor după care va efectua o primă frezare și va rula aplicația de reinițializare, măsurând din nou distanța dintre capete.
7.Cercetarea operațiilor în vederea reducerii timpului de ciclu
Fiecare tehnologie este foarte costisitoare, dar se investește foarte mult în vederea testării de noi tehnologii și soluții pentru eficientizarea proceselor de construcții de mașini. Cea mai utilizată tehnologie în construcția de mașini este sudarea prin puncte, un procedeu de îmbinare de rezistență, a două sau mai multe foi de tablă de metal, de regulă oțel, fără să se folosească material de adaos.
Fig. 7.1. Punctul 0 al mașinii[15]
În stația FS41_ST050 unde se sudează bara spate, se folosesc tehnologii precum: sudarea prin puncte, lipire și sudare de șuruburi cu tehnologie externă. Totodată sunt 3 roboți pe care sunt montate greifere, roboți care manipulează piesa.
Aceste puncte de sudură, lipire, respectiv coordonatele pentru șuruburi sunt date într-o listă excel cu coordonate exacte calculate de la punctul 0 al mașinii. În această listă găsim toate informațiile necesare, atât tipul de mașină pe care se va lucra, cu volan pe stânga sau pe dreapta, sedan, break, coupe sau cabrio respectiv cu acoperiș sau cu acoperiș din sticlă (panoramic).
Fig. 7.2. Poziția punctelor de sudură față de punctul 0 al mașinii[15]
În lista respectivă mai găsim informații legate de cleștii pe care îi utilizăm, denumirea bucăților de tablă ce vin sudate, grosimea lor, este indicat și puterea în kN cu care trebuie sudat punctul. Această putere depinde de grosimea tablei și de numărul tablelor ce vin sudate.
Cu ajutorul acestor informații au fost alese cleștii de sudare (de tip C sau X). Fiecare clește are o fișă unde sunt indicate datele tehnice ale acestuia. Două aspecte importante trebuie luate în considerare la alegerea unui clește, puterea cu care sudează, dacă este sau nu suficientă pentru punctul respectiv și zona în care se sudează, dacă este sau nu accesibilă cu cleștele respectiv și dacă nu există coliziune. Coordonatele punctelor se exportă în format txt și se importă in simulatie pe caroserie.
După rularea programelor și verificarea semnalelor, se cercetează zonele unde se pierde timp în vederea optimizării timpului de ciclu.
7.1.Numărul de puncte de sudură și calcularea duratei unui ciclu
Durata unui ciclu la acest proiect nu poate depăși 97 de secunde. Fiecare etapă a procesului este reprezentată într-o listă excel cu diagramă (Sequence Chart). Este stabilit cât timp durează să ajungă mașina în stație, cât timp poate dura lipirea, sudarea, fixarea piesei pe mașină, închiderea clampurilor, procesul de sudare, deschiderea clampurilor etc.
Durata unui punct de sudură este estimată la 2,5 secunde, deoarece se știu timpii de inchidere și de deschidere a cleștelui respectiv timpul de sudare:
0.5 secunde – inchiderea cleștelui
1 secunda – durata sudării
0.2 secunde – deschiderea cleștelui
Și aproximativ 0.8- 1 secundă se calculează pentru drumul parcurs de robot la punctul de sudură.
În așa fel putem calcula cu exactitate câte puncte de sudură este capabil să sudeze un robot. În cazul nostru, roboții din spate 050RB_300 respectiv 050RB_400 au în total câte 11 puncte de sudat din care 4 GEO. Robotul din față, 050RB_500 trebuie să sudeze 23 de puncte din care 6 GEO, iar 050RB_600 va suda 22 de puncte din care 4 GEO.
Fig. 7.3. Reprezentarea punctelor de sudură in 3DXML[15]
Punctele de sudură din figura 7.3. sunt cele care vor fi sudate în această stație. Cele marcate cu culoare galbenă sunt puncte GEO, ceea ce înseamnă că aceste puncte vor fi sudate în prezenta robotului 050RB_100 care se află în punctul de proces cu greiferul și strânge piesa pe caroserie.
Cu ajutorul greiferului se fixează tabla până când roboții cu cleștii de sudare vor suda tabla pentru ca acesta să rămână în poziție fixă. Punctele marcate cu roz sunt punctele de sudură care nu sunt GEO, aceștia vor fi sudate după părăsirea zonei de lucru a robotului 050RB_100.
Punctele de sudură au fost împărțite în așa fel încât roboții să se blocheze cât mai puțin între ei, de aceea 050RB_500 are 6 puncte GEO și 050RB_600 are doar 4. Roboții din spate, 050RB_300 respectiv 050RB_400, deși au același număr de puncte, sudează în simetrie și nu se blochează între ei. Este foarte important acest aspect, deoarece blocarea roboților între ei îngreuneaza respectarea timpului de ciclu stabilit.
Fig. 7.4. Fișier AMW – durata fiecărei operații[15]
Taktzeit-ul (Durata ciclului) este descris într-un fișier numit AMW(figura 7.4.) unde se dau toți timpii pentru fiecare operație în parte. Pentru intrarea caroseriei sunt alocate 10 secunde, pentru citirea seriei de caroserie (CHIP READING) sunt alocați 2 secunde. În timpul în care se citește seria de caroserie, se va efectua fixarea caroseriei cu 2 pini de centrare ce va dura 1 secunda. După care poate urma fixarea piesei pe caroserie de către robotul 050RB_100.
Piesele sunt amplasate cu robocar în stații de stocare de către operatorul uman. Robotul cu 7 axe, 052RB_100, va prelua tabla din stația de stocare (figura 7.5.). Acesta va face două măsurări, cele două colțuri ale piesei, în caz că o piesă nu stă drept, măsurătorile vor da două valori diferite și robotul se va opri până ce operatorul uman verifică dacă piesa este sau nu fixă în stația de stocare.
În cazul în care cele 2 măsurători nu sunt identice, robotul se va opri trimițând un semnal că ceva nu este în regulă. Ori tabla nu este în poziția corectă, ori tabla care ar urma nu este cea corectă, deoarece robotul știe că între 2 piese sunt 200 mm, dacă după prima piesă, valoarea măsurării este diferită de 200mm înseamnă că a doua piesă nu este la locul ei.
Fig. 7.5. Stațiile de stocare a pieselor (Puffere)[15]
Desigur cu această masurare robotul va ști exact și a câta piesă urmează, ca după scoaterea ultimei piese să nu porneasca din nou procesul ci să anunțe printr-un semnal că stația este goală și trebuie alimentată. Cu două ventuze, robotul va trage piesa în greifer, acesta fiind centrat cu 2 pini ca să fie tot timpul exact în aceeați poziție.
După ce a scos piesa din puffer (figura 7.5.), acesta va amplasa piesa pe masa 050ABS001, de unde va fi preluată de către robotul 052RB_200.
Robotul 052RB_200 preia tabla de pe masa 050ABS001, va aplica lipiciul cu pistol exterior, va executa operația de sudare a celor 6 șuruburi tot cu tehnologie externă, după care se va opri în poziția de „Handshake”, adică poziția în care 050RB_100 va prelua tabla.
Fig. 7.6. Preluarea piesei de către 052RB_100 din stația de stocare[15]
Robotul 050RB_100 va așteaptă dupa trimiterea unui semnal, că se află în pozitie și așteaptă să fie preluată tablă. Odată ajuns în poziția corectă, 050RB_100 va inchide clampurile și va trimite un semnal către 052RB_200 că a prins tabla și acesta poate deschide calmpurile și poate părăsi zona.
În momentul în care nu se mai pot întâlni, 052RB_200 va trimite un semnal către robotul 050RB_100, că acesta poate să-și reia poziția de „Acasă” și să aștepte caroseria pentru a fixa piesa.
Fiecare inchidere a unui clamp durează 2 secunde, ieșirea pinilor pentru centrarea piesei durează 1 secundă, pornirea ventuzelor durează 1 secundă. Această operație de Handshake va dura 12 secunde, greiferii vor deschide și vor închide în mai multe etape, deoarece unele clampuri nu pot închide în același timp pentru că s-ar lovi unul de celălalt, 052RB_200 trebuie să-și retragă în primul rând pinii de centrare, ca robotul 050RB_100 să poată centra piesa și să o poată prelua.
050RB_100 va fixa bucata de tablă pe caroserie, acesta va inchide greiferul în doi timpi. Și greiferul va fi fixat de doi pini și doua clampuri ca să stea fix pe caroserie. Durata acestei operații cu drumul robotului spre caroserie și închiderea clampurilor va dura în total 8-10 secunde. La final, 050RB_100 va trimite un semnal către roboții de sudură, că a fixat tabla pe caroserie și clampurile s-au închis, permițând restul roboților ca să intre în zona de lucru.
Fig. 7.6. Semnale de intrare și de ieșire ( Wait – Set ).
Zone de anticoliziune (EnterZone-ClearZone)[15]
Între roboți există zone de anticoliziune, zone de intrare și de ieșire (figura 7.6.). Atunci când un robot intră în zona celuilalt robot trebuie să trimită un semnal ca să nu existe posibilitate ca aceștia să se lovească unul de celălalt.
Când părăsește zona trebuie să trimită din nou un semnal, anunțând robotul că zona este liberă și poate să pătrundă în zona de lucru. (Enter Zone – Clear Zone)
Odată robotul 050RB_100 ajuns acasă, operația ce durează aproximativ 10 secunde cu deschiderea clampurilor și drumul spre poziția inițială, va trimite un semnal către roboții de sudură că zona este liberă și poate urma sudarea celorlalte puncte.
Acest ciclu durează în jur de 30-35 de secunde.
Fig. 7.7. Operația de sudare a punctelor care nu sunt GEO.[15]
Cei 4 roboți vor suda restul punctelor(figura 7.7) și la final vor trimite un semnal către robotul 050RB_100 că au terminat operația de sudare și poate urma următoarea caroserie.
Atunci când 050RB_100 primește semnalul de la toți cei 4 roboți, acesta va trimite un semnal către PLC că procesul s-a terminat și caroseria poate pleca. Se vor retrage pinii cu care a fost fixată caroseria pe masă, mașina se va deplasa în următoarea stație.
Pentru reducerea timpului de ciclu voi cerceta timpii de închidere a cleștilor, zonele de anticoliziune, semnalele de ieșire și de intrare, timpii de deschidere a clampurilor greiferului, numărul de puncte de sudură, ordinea în care sunt sudate pentru evitarea blocării roboților între ei etc.
8.Reducerea timpului de ciclu al stației FS41_ST050-ST060 – Montare bară spate
După cum am amintit, durata unui ciclu poate fi maxim 97 de secunde la acest proiect. După prima rulare a programelor în simulare, timpul s-a oprit la 139 de secunde. Deci am avut sarcina de a optimiza mai mult de 40 de secunde pentru atingerea obiectivului.
Din primele cercetări a reieșit faptul că ordinea operațiilor trebuie modificată pentru a reduce timpul semnificativ. Trebuie să cercetăm zonele unde se pierde timp și să optimizăm roboții care își încheie procesul ultima oară.
8.1.Modificarea ordinii operațiilor
Fig. 8.1.Poziția „Handshake” – Preluarea tablei de către 050RB_100 de la robotul 052RB_200[16]
Procesul nu va începe așa cum a fost gândită în primă fază, adică cu preluarea tablei de către 052RB_200 de pe masa 052ABS001 după care urma sudarea celor 6 șuruburi și lipirea cu tehnologia externă, timp în care 050RB_100 practic nu face nimic și este o pierdere de timp de 25 de secunde.
052RB_200 va aștepta în poziție Handshake cu tabla pe care s-a aplicat lipiciul și au fost sudate cele 6 șuruburi așteptând robotul 050RB_100 să preia tabla. (figura 8.1.)
Acesta este cea mai importantă observație, deoarece în timpul în care mașina intră în stație și este fixată, ceea ce dureaza 11s, Robotul 050RB_100 poate prelua tabla de la robotul 052RB_200 și să reia poziția „Acasă”.
Fig. 8.2.Roboții din spate lucrează perfect împreună astfel evitând blocarea unuia de către celălalt[16]
Până când robotul 050RB_100 ajunge în poziția „Acasă”, mașina ajunge în stație și este fixată, poate urma fixarea piesei bară spate pe caroserie și sudarea acestuia cu cei patru roboți de sudare.
Cu ajutorul acestei optimizări am reușit să reduc timpul de ciclu semnificativ, mai exact la 114 secunde. Urma să mai reduc minim 17 secunde ca să respect timpul de ciclu impus de Daimler.
8.2. Eliminarea situațiilor în care roboții se blochează între ei
Fig. 8.3.Fixarea piesei bară spate pe caroserie și efectuarea operației de sudare GEO. 4 Roboți de sudare lucrează în același timp[16]
A doua observație a fost blocarea robotului 050RB_400 de către robotul 050RB_200. 050RB_400 având 4 puncte GEO, am fost nevoit să schimb ordinea de sudare a punctelor, astfel încât 050RB_200 să fie cel care așteaptă, deoarece punctele de sudare a acestuia sunt mai apropiate și va termina operația mai repede. Nu trebuie să parcurgă un drum atât de lung ca și 050RB_400 și vor termina procesul aproape în același timp, evitând blocarea între ei.
De asemenea și cu ajutorul zonelor de anticoliziune am împiedicat robotul 050RB_200 să pătrundă primul și să înceapă sudarea, astfel 050RB_400 sudează 2 puncte după care va permite robotului 050RB_200 să patrundă în zona de lucru cu ajutorul unui Clear-Zone. În așa fel am reușit să scad timpul ciclului cu încă 5 secunde ajungând la 109 secunde.(figura 8.3)
8.3. Permiterea roboților de sudare de a pătrunde mai repede în zona de lucru
Fig.8.4. Operația de sudare GEO. Robotul 050RB_100 permite roboților de sudare să intre în zona de lucru în timpul în care închide clampurile, economisind 4 secunde[16]
A treia idee pentru optimizarea procesului, a fost permiterea roboților de a intra mai repede în zona de lucru în următorul fel: 050RB_100 se oprește în punctul de proces, adică pozitia exactă unde va fixa tabla și în timpul în care va închide clampurile va trimite un semnal prin care permite roboților să pornească spre zona de lucru, aceștia apropiindu-se cât mai aproape de primul punct de sudură, dar desigur cu evitarea coliziunii cu clampurile. Aceștia vor parcurge drumul de la poziția inițială „Acasă” până la ultimul punct în care încă nu există coliziune, așteptând următorul semnal care să le permită să înceapă procesul de sudare.
Deoarece greiferul închide în doi timp, fiecare închidere fiind de 2 secunde, am reușit să optimizez încă 4 secunde prin permiterea roboților de a pătrunde mai repede în zona de lucru. (figura 8.4.)
La fel și la sfârșitul operației de sudare GEO, roboții de sudare vor trimite un semnal robotului 050RB_100 înainte de a ajunge în poziția „Acasă”. Aceștia vor trimite semnalul în momentul în care au terminat de sudat ultimul punct și s-au distanțat suficient de mult încât să nu fie coliziune cu clampurile greiferului, deci greiferul poate deschide în timpul în care roboții își parcurg drumul spre poziția „Acasă”. Câștigând din nou 4 secunde am redus timpul la 101s. Pentru îndeplinirea obiectivului principal urma să mai reduc 4 secunde din timpul de ciclu.
8.4. Permiterea roboților să sudeze puncte care nu sunt GEO înainte ca 050RB_100 să ajungă în poziția „Acasă”
Fig.8.5. Permiterea roboților de a suda puncte care nu sunt GEO în timpul în care greiferul deschide clampurile[15]
A patra observație în vederea reducerii timpului este următoarea: roboții din față care au cele mai multe puncte și își termină operațiile ultima oară, au puncte de sudare care se pot suda fără ca 050RB_100 să-i împiedice și să se ciocnească între ei. Deci aceștia nu trebuie să aștepte semnalul robotului 050RB_100 pentru că pot suda între timp ce acesta încă deschide clampurile și se duce în poziția „Acasă” . Câștigând din nou 6 secunde, durata ciclului ajunge la 95 de secunde.
Deși am atins obiectivul principal, acela fiind 97 de secunde, se mai poate optimiza și se poate reduce timpul și mai mult, dacă luăm în calcul deschiderea cleștilor și schimbarea greiferului.
8.5. Optimizarea deschiderii cleștilor la -30 mm
Fig. 8.6. Deschiderea cleștelui la doar 30 de mm în loc de 128 mm[15]
O altă optimizare este deschiderea și inchiderea cleștilor în timpul sudării(Figura 8.6.). La punctele apropiate nu a fost nevoie ca cleștele să deschidă la maxim, astfel în loc de deschiderea de 128 mm, în mai multe puncte am deschis doar 30 de mm la fiecare robot unde a fost posibil, în așa fel am câștigat mai bine de 3 secunde. Astfel durata întregului proces s-a redus la 92.57 de secunde.
Optimizarea timpului atunci când 050RB_100 își schimbă greiferul
Ultima optimizare a fost la robotul 050RB_100, atunci când își schimbă greiferul pentru următorul model. Am reușit să reduc cu 1.26 secunde timpul de ciclu, deoarece capacele, ce servesc la protejarea conexiunii greiferului cu robotul, se deschid în timp ce robotul este în drum spre schimbarea greiferului.
Acesta nu mai trebuie să aștepte în poziția „Acasă” ca aceste capace să se deschidă, cu ajutorul unui semnal trimis de robot, capacul se va deschide mai repede. În timpul în care robotul este în drum spre a schimba greiferul acesta va deschide și după ce va cupla greiferul, acesta va inchide în timp ce robotul va fi în drum spre a-și relua poziția „Acasă”.
Fig. 8.7. Optimizarea deschiderii capacului suportului de greifer[15]
Prin urmare am ajuns să ating un timp de ciclu foarte bun de 91 de secunde care a fost acceptat de DAIMLER. În vederea optimizării se mai pot lua în considerare încă câteva aspecte și la fața locului, unde de exemplu aceste capace se pot deschide mult mai repede. În simulare sunt alocate 2 secunde, dar în realitate acestea pot fi accelerate și se poate reduce timpul și mai mult.
Beneficiile reducerii timpului de producție
Datorită faptului că s-a redus timpul de ciclu, beneficiul cel mai important este că se pot fabrica mai multe mașini în același interval de timp. Un calcul matematic ne va da răspunsul exact cu câte mașini se pot fabrica mai mult acum decât înainte. În 24 de ore sunt 1440 de minute, adică 86.400 de secunde. Dacă linia de producție funcționează 24/24 înseamnă că la un ciclu de 97 de secunde se pot fabrica 890 de mașini pe zi.
Datorită reducerii timpului de producție cu 6 secunde, ceea ce înseamnă că se va fabrica o mașină la fiecare 91 de secunde, în 24 de ore se vor fabrica aproximativ 949 de mașini.
Deci, prin urmare, cu ajutorul optimizărilor se pot fabrica cu aproximativ 60 de mașini mai mult decât înainte. Dacă se consideră valoarea unei mașini să fie în jur de 50.000 de euro, această optimizare aduce 3.000.000 de euro câștig pentru companie.
Fig. 8.8. Automatic test alături de echipa Mercedes – Benz, testarea liniei cu caroserie
Concluzii
În concluzie industria automobilelor este foarte dinamică și necesită flexibilitate extremă din partea producătorilor de automobile. Automatizarea producției în industria automobilelor este un punct cheie pentru a rămâne pe piața mondială. Creșterea concurenței la nivel mondial necesită un echipament de producție inteligent, combinat cu sisteme logistice flexibile. Acestea pot fi adaptate rapid și, astfel, pot servi și cererii în continuă creștere pentru varietatea de modele.
Pentru a face față cererii și pentru a oferi o calitate cât mai bună, Daimler implementează de la an la an sute sau chiar mii de roboți și echipamente noi pentru producție. Obiectivul principal fiind automatizarea tuturor proceselor, operatorul uman având doar sarcina de a alimenta stațiile cu piese, monitorizarea și urmărirea proceselor pentru a putea reacționa la o eventuală defecțiune sau problemă apărută, care să oprească linia de producție.
Datorită preciziei și standardelor, Mercedes-Benz și-a menținut reputația pentru calitatea și durabilitatea sa. Standardele sunt respectate cu mare strictețe, de aici rezultă calitatea înaltă.
În lucrarea de față am cercetat timpii de producție a stației FS41 ST050 și am reușit să optimizez durata unui ciclu cu 6 secunde astfel îndeplinindu-mi obiectivul de a crește productivitatea. Calitatea, precizia, profesionalismul sunt elementele cheie pentru a duce la bun sfârșit un proiect care să fie de succes. Prin urmare, compania germană fiind mulțumită de fiecare dată de optimizările aduse de firma MPL, acesta apelează cu încredere de fiecare dată când se dorește creșterea productivității.
"Cel mai bun sau nimic"
Bibliografie
[1] https://www.kuka.com/ro-ro/sectoare/industria-automobilelor
[2] https://www.ttonline.ro/revista/roboti/kuka-robotics-sediu-nou-in-timisoara
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/KUKA
[4] https://www.scribd.com/document/235735717/Utilizarea-Robotilor-Industriali-in-Operatii-de-Sudare#download
[5]https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.directindustry.com%2Fprod%2Fkuka-ag%2Fproduct-17587-1873609.html&psig=AOvVaw1PTcYk-C27WNbJ_16d87kC&ust=1594369190719000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCKjAmaTev-oCFQAAAAAdAAAAABAO
[6]https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.kuka.com%2Fro-ro%2Fproduse-servicii%2Frobotics-systems%2Fkuka-ready2_use%2Fkuka-ready2_spot&psig=AOvVaw1PTcYk-C27WNbJ_16d87kC&ust=1594369190719000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCKjAmaTev-oCFQAAAAAdAAAAABAU
[7] https://www.mplengineering.com/
[8]https://www.google.ro/search?q=krc4+kcp&tbm=isch&ved=2ahUKEwjS1qS0l8DqAhWBPOwKHW3rCG0Q2-cCegQIABAA&oq=krc4+kcp&gs_lcp=CgNpbWcQA1Drb1jrb2CicmgAcAB4AIABUYgBUZIBATGYAQCgAQGqAQtnd3Mtd2l6LWltZw&sclient=img&ei=Hw8HX5LLOYH5sAft1qPoBg&bih=856&biw=1159#imgrc=mjX9bs0gIn2JBM
[9] https://www.daimler.com/innovation/production/
[10]https://www.google.ro/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.bmwblog.com%2F2014%2F07%2F03%2Fbmw-group-build-new-plant-nafta-region-production-start-2019%2F&psig=AOvVaw3DfdVM6R1MHrJI0uM3nM_H&ust=1594384899725000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCJih3eKYwOoCFQAAAAAdAAAAABAY
[11] https://s1.paultan.org/image/2018/06/C118-Mercedes-Benz-CLA-spyshots-15-e1530172341847.jpg
[12] https://www.mercedes-benz.ro/passengercars/mercedes-benz-cars/models/eqc/explore.html
[13] https://blog.robotiq.com/hs-fs/hub/13401/file-744839912-jpg/images/5-kuka-welding-robot.jpg?width=440&height=330&name=5-kuka-welding-robot.jpg
[14] https://i.ytimg.com/vi/sbC3Ic-G1KQ/maxresdefault.jpg
[15] MPL-ENGINEERING
[16] Daimler AG, Bremen, Germania
OPIS
Nume prenume: Szabolcs Szegedi
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Cercetări privind reducerea timpului de producție a liniei de sudare automatizată FS41_ST050 montare bară spate Mercedes-Benz C-Klasse [309590] (ID: 309590)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.