Powiązane firmy

Błędny dobór rozwiązania w którymkolwiek z tych obszarów może zemścić się dość szybko: rosną koszty serwisowe, pojawiają się nieplanowane przestoje, a linia okazuje się mało elastyczna, gdy trzeba zmienić wytwarzany asortyment. Coraz częściej też okazuje się, że klasyczny przenośnik wcale nie jest jedyną (ani najlepszą) odpowiedzią na potrzeby zakładu. Dobór odpowiednich technologii transportu 
i podawania należy rozpatrywać przez pryzmat trzech różnych poziomów: doboru samych podzespołów (łożysk, prowadnic), doboru układów zapewniających odpowiednią precyzję i powtarzalność ruchu, a także coraz popularniejszej alternatywy dla sztywnej infrastruktury przenośnikowej, jaką jest robotyka mobilna.

Krajobraz dostępnych technologii – przegląd rozwiązań

Systemy przenoszenia i podawania w produkcji można podzielić na kilka podstawowych grup, które różnią się zasadą działania, a przede wszystkim zastosowaniem. Przenośniki taśmowe sprawdzają się przy transporcie na dłuższych dystansach i przy niewielkich wymaganiach co do precyzji pozycjonowania – ich mocną stroną jest prostota i niski koszt eksploatacji przy dużych wolumenach. Przenośniki rolkowe i łańcuchowe radzą sobie lepiej z cięższymi ładunkami i pracą w trudniejszych warunkach, choć kosztem większej masy własnej konstrukcji i wyższych wymagań serwisowych.

Modułowe systemy paletowe pozwalają łączyć transport z buforowaniem i pozycjonowaniem detali między operacjami – są chętnie wybierane tam, gdzie proces składa się z wielu następujących po sobie stacji montażowych. Systemy pneumatyczne, w tym podawanie próżniowe i wibracyjne, dominują z kolei tam, gdzie trzeba zorientować lub wyselekcjonować małe, lekkie elementy przed ich dalszym transportem. Osobną kategorię stanowią systemy liniowe – prowadnice, siłowniki elektryczne, układy oparte na łożyskach tocznych – które odpowiadają za precyzyjne pozycjonowanie tam, gdzie decyduje się o dokładności całego procesu, na przykład przy podawaniu detali do obrabiarki.

Do katalogu dostępnych kategorii systemów transportowych można dodać jeszcze  roboty mobilne (AMR/AGV), które nie tyle przenoszą materiał po stałej trasie, co poruszają się po hali w sposób elastyczny, sterowany programowo. Infrastruktura stała jest stabilna, przewidywalna i zapewnia wysoką wydajność w niezmieniających się procesach. Infrastruktura elastyczna lepiej znosi zmianę asortymentu i częste rekonfiguracje. To właśnie ta różnica wyróżnia zrobotyzowane systemy transportowe od rozwiązań tradycyjnych.

Dobór podzespołów – bezobsługowość, koszty utrzymania, czystość procesu

Niezależnie od wybranego typu systemu, o jego realnej niezawodności i koszcie utrzymania decydują w dużej mierze zastosowane podzespoły – m.in. łożyska, prowadnice czy elementy ślizgowe. To one rozstrzygają, jak często urządzenia będą wymagać serwisu i ile będzie kosztować ich utrzymanie w kolejnych latach.

Jedną z najważniejszych zmian ostatnich lat w tym obszarze jest coraz szersze zastępowanie klasycznych, metalowych łożysk i prowadnic komponentami z tworzyw sztucznych – tzw. trybopolimerami. Jak zwraca uwagę Michał Obrębski, Manager Produktu iglidur® w firmie igus, ich największą zaletą jest samosmarność, która przekłada się bezpośrednio na dwie konkretne korzyści biznesowe.

– Redukcja kosztów to efekt braku konieczności wykonywania gwintowanych otworów na kalamitki, oszczędności na zakupie kalamitek i smaru. Do tego dochodzi bardzo ważny czynnik kosztowy, który rzadko jest podnoszony, czyli czas pracownika poświęcony na systematyczną konserwację – mówi Michał Obrębski. 

 – W obecnych realiach rynku pracy, gdy koszt pracy ludzkiej stanowi największy składnik kosztu utrzyma-nia maszyn w ruchu, wyeliminowanie konieczności smarowania może przynieść zakładowi wymierne oszczędności.

Druga korzyść wynikająca z bezsmarowej pracy trybopolimerów to czystość procesu. Ma to szczególne znaczenie w transporcie w branży spożywczej, gdzie – jak podkreśla ekspert igus – jakikolwiek smar w bliskiej odległości od produktu spożywczego jest niepożądany. Wprawdzie na rynku dostępne są smary klasy „food grade”, ale ich przedostanie się do żywności wciąż stanowi ryzyko, a koszt takich smarów jest znacząco wyższy niż smarów klasycznych.

Wybór odpowiedniego rozwiązania nie kończy się na samym materiale. Michał Obrębski zwraca uwagę, że przy doborze systemów podawania i przenoszenia oraz komponentów do nich kryteria można podzielić zasadniczo na dwie grupy. Pierwsza to kryteria środowiskowe – temperatura pracy, obecność wody lub środków czyszczących, poziom zapylenia i zabrudzeń, a czasem wręcz przeciwnie: konieczność utrzymania wysokiej czystości otoczenia. Druga grupa to kryteria mechaniczne, obejmujące prędkości, obciążenia i przyspieszenia, ale też – co często umyka na etapie projektowania – położenie środka ciężkości i punktu przyłożenia napędu względem prowadnic, a wreszcie zakładaną żywotność układu, czyli liczbę cykli, jaką ma on wykonać między czynnościami serwisowymi.

Precyzja i powtarzalność – systemy liniowe pod dużym obciążeniem i w mikroprecyzji

Tam, gdzie od systemu transportu i podawania oczekuje się określonej dokładności – przy podawaniu do obrabiarek, w montażu precyzyjnym czy w aplikacjach z branży elektronicznej – niezwykle ważną rolę odgrywają systemy liniowe: prowadnice i układy oparte na elementach tocznych.

– Wymagania dotyczące systemów precyzyjnego ruchu liniowego w aplikacjach o dużych obciążeniach oraz aplikacjach mikrometrycznych różnią się diametralnie pod kątem sztywności, kinematyki, precyzji ruchu oraz fizycznej konstrukcji – wyjaśnia Krzysztof Olszak, inżynier sprzedaży w Nippon Bearing. Jak zauważa, systemy przeznaczone do dużych obciążeń stawiają przede wszystkim na maksymalną obciążalność i odporność mechaniczną, podczas gdy w aplikacjach mikrometrycznych priorytetem staje się eliminacja tarcia, minimalizacja bezwładności oraz dokładność i powtarzalność pozycjonowania.

Zdaniem eksperta z Nippon Bearing w klasycznych układach liniowych opartych na kulce jako elemencie tocznym, uzyskanie warunków technicznych zbliżonych do połączenia wymagań dużych obciążeń i precyzji ruchu jest praktycznie niemożliwe. Inaczej wygląda to w przypadku układów wykorzystujących elementy toczne rolkowe lub wałeczkowe w układzie krzyżowym. Rolki, które pracują względem siebie pod 
kątem 90 stopni, pozwalają na przenoszenie dużych obciążeń. Natomiast współpraca rolek jednocześnie z dwiema powierzchniami toczenia umożliwia osiągnięcie zarówno wysokiej obciążalności układu, jak i wysokiej jakości pozycjonowania.

Krzysztof Olszak wskazuje też na błąd, który najczęściej pojawia się przy doborze systemów prowadzenia liniowego w procesach produkcyjnych. To niedoszacowanie rzeczywistych obciążeń dynamicznych i momentów sił działających na układ liniowy. Projektanci nierzadko opierają swoje decyzje wyłącznie na danych o nośności statycznej danego układu, pomijając siły i obciążenia wynikające z dynamiki jego pracy. Tymczasem – jak podkreśla ekspert – siły dynamiczne, powstające wskutek przyspieszania i hamowania, bywają wielokrotnie większe od sił statycznych. Nie można też zapominać o momentach obrotowych generowanych przez te same siły dynamiczne, które powodują skręcanie układu i wymuszają jego odkształcenia. Właściwy dobór systemu liniowego powinien więc zapewniać zarówno zdolność przenoszenia sił dynamicznych, jak i odpowiednią sztywność całego układu.

Manipulator czy robot – decyzja jeszcze przed wyborem infrastruktury

Dobór odpowiednich podzespołów i architektury układu liniowego rozwiązuje problem precyzji i bezawaryjności w obrębie pojedynczego stanowiska czy odcinka linii. Coraz więcej zakładów staje jednak przed pytaniem bardziej fundamentalnym: czy w ogóle inwestować w sztywną infrastrukturę przenośnikową, czy postawić na rozwiązania mobilne, które pozwalają zachować elastyczność całego przepływu materiału. 

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Produkcja mechaniczna

Większa grubość, większe wyzwania. Zestawienie maszyn do obróbki grubych blach

Blacha o grubości kilkunastu, a niekiedy nawet kilkudziesięciu milimetrów, rządzi się zupełnie innymi prawami niż cienki materiał, z którym na co dzień pracuje większość zakładów obróbki metali. Żeby sprostać tym wymaganiom, park maszynowy musi być przygotowany na zupełnie inne obciążenia niż przy pracy z cienką blachą.

Magazynowanie

System kompletacji zamówień w oparciu o metodę goods-to-person

Coraz więcej firm sięga po rozwiązania, w których to towar wędruje do człowieka, a nie odwrotnie. Ta filozofia, znana jako goods-to-person, zmienia sposób organizacji pracy w magazynach i centrach dystrybucji.

Zanim jednak firma zdecyduje o wyborze systemu często musi rozstrzygnąć pytanie postawione jeszcze wcześniej: czy zadanie w ogóle wymaga pełnej automatyzacji robotem, czy wystarczy prostszy manipulator.

– Robot i manipulator odpowiadają na dwa różne pytania inwestycyjne – mówi Adam Szlendak, dyrektor zarządzający w Dalmec Polska. – Robot to pytanie o liczbę cykli na zmianę przy stałym detalu i stabilnym takcie. Manipulator to pytanie o koszt konkretnego stanowiska: w BHP, absencji, uszkodzeniach, wahaniach taktu.

Jak wyjaśnia ekspert Dalmec, manipulator bywa lepiej uzasadniony tam, gdzie zmienność jest wpisana w proces – przy krótkich seriach i częstych przezbrojeniach, ładunku pobieranym bez powtarzalnej pozycji, detalu podatnym lub o zmiennej geometrii, a także tam, gdzie operacja wymaga oceny operatora. W takich warunkach robot potrzebowałby dodatkowo wizji, podajników i pozycjonerów.

Znaczenie ma też sama hala produkcyjna. Cela zrobotyzowana wymaga wygrodzenia, strefy bezpieczeństwa i zmiany layoutu, podczas gdy manipulator pneumatyczny pracuje w strefie operatora, a brak elektroniki obniża koszt utrzymania w warunkach zapylenia, wilgoci czy w strefie zagrożenia wybuchem (ATEX). Jak podkreśla Adam Szlendak, granica między tymi rozwiązaniami jest jednak uczciwa: przy wysokim wolumenie i stałym detalu wygrywa robot, a o wyborze rozstrzyga analiza produktu, procesu i przestrzeni na stanowisku – nie porównanie kart katalogowych.

Elastyczna alternatywa dla przenośników – roboty mobilne

– Przede wszystkim to zwinność i skalowalność, których brakuje sztywnej infrastrukturze – mówi Joanna Sławińska-Tupaj, koordynatorka działu marketingu w firmie WObit, pytana o największe zalety robotyzacji systemów transportu w porównaniu z tradycyjnymi systemami podawania i przenoszenia towarów.

Jak wyjaśnia, wdrożenie robotów autonomicznych typu AMR czy AGV, takich jak stosowane przez WObit roboty MOBOT®, nie blokuje hali stałą zabudową i pozwala błyskawicznie reagować na zmiany w procesie – nowa trasa transportowa to wówczas jedynie zmiana w programie sterującym.

– Robotyzacja uwalnia też pracowników od monotonnego, fizycznego transportu na rzecz zadań budujących realną wartość, co bezpośrednio przekłada się na szybki zwrot z inwestycji (ROI) – podkreśla Joanna Sławińska-Tupaj. 

Jej zdaniem robotyzacja transportu daje zakładowi pełną kontrolę nad częstotliwością dostaw materiału oraz eliminuje wąskie gardła w przepływie produkcji, wyraźnie poprawiając przy tym bezpieczeństwo pracy i kulturę organizacyjną.

Wdrożenie robotów mobilnych w istniejącym już środowisku produkcyjnym nie jest jednak wolne od wyzwań. Jak wskazuje przedstawicielka firmy WObit, największe trudności to zwykle wąskie ciągi komunikacyjne, jakość posadzki oraz konieczność współdzielenia przestrzeni z ludźmi i wózkami widłowymi. Szczególnie istotny jest przy tym styk maszyna-robot: automatyczny transfer ładunku wymaga perfekcyjnego pozycjonowania, dopasowanych nadbudów oraz bezbłędnej wymiany danych ze stacjami bazowymi i systemami klasy MES/WMS.  

Jak zaznacza Joanna Sławińska-Tupaj: – Kluczem do sukcesu takiego wdrożenia nie jest jednak wyłącznie sama technologia, lecz kompleksowy audyt przedwdrożeniowy, właściwy dobór narzędzi oraz zaangażowanie pracowników, którzy muszą zobaczyć w robocie sprzymierzeńca, a nie zagrożenie dla swojego stanowiska.

Podobne wyzwania integracyjne dotyczą też manipulatorów wprowadzanych do istniejących linii i parku maszynowego. Według Adama Szlendaka najczęściej chodzi o ograniczoną przestrzeń i ryzyko kolizji z maszynami czy operatorami, dopasowanie manipulatora do istniejącego układu stanowiska, integrację sterowania z maszynami różnych producentów oraz synchronizację cyklu pracy z resztą procesu.

– Największą trudnością jest zazwyczaj nie sam manipulator, lecz właściwe połączenie go z istniejącym procesem, który pierwotnie projektowano z myślą o pracy ręcznej – podkreśla dyrektor Dalmec Polska. – Dlatego przed wdrożeniem kluczowe jest zrozumienie Procesu, Produktu i Przestrzeni – wykonanie Adytu 3P, czyli pomiarów na miejscu, analizy cyklu, testowego chwytania i dokładne ustalenie interfejsów z pozostałymi maszynami.

Adobe Stock – zeleniy9

Przenośniki rolkowe są często spotykanym rozwiązaniem w transporcie wewnętrznym. W ich przypadku bezawaryjna praca w dużej mierze zależy od wsparcia drobnych komponentów, jak np. łożysk.

Jak wybrać właściwe podejście

Powyższe wypowiedzi ekspertów pokazują, że dobór technologii transportu, przenoszenia i podawania w praktyce rozgrywa się na co najmniej trzech poziomach decyzyjnych, ściśle ze sobą powiązanych. Pierwszy poziom to wybór architektury całego systemu transportowego – decyzja między inwestycją w sztywną infrastrukturę a elastycznym rozwiązaniem mobilnym. Drugi poziom dotyczy komponentów – wybór materiału i konstrukcji łożysk czy prowadnic pod kątem warunków środowiskowych oraz charakteru obciążeń mechanicznych, decydujący o tym, jak często system będzie wymagał obsługi i ile ta obsługa będzie kosztować. Trzeci poziom to natomiast architektura układu odpowiedzialnego za precyzję – dopasowanie konstrukcji prowadnic i elementów tocznych do tego, czy priorytetem jest maksymalna nośność, mikrometrowa dokładność, czy próba pogodzenia obu tych wymagań. 

Co istotne, decyzje te nie są od siebie niezależne. Wybór robotów mobilnych jako szkieletu transportu wewnętrznego nie zwalnia z konieczności starannego doboru komponentów w newralgicznych punktach procesu – choćby w miejscach przekazywania ładunku między robotem a maszyną, gdzie równie mocno liczy się precyzja pozycjonowania. Podobnie dobór bezobsługowych, samosmarnych komponentów ma sens zarówno w klasycznym przenośniku, jak i w konstrukcji samego robota mobilnego czy jego stacji dokującej.

Podsumowanie i wnioski praktyczne

Z tych trzech perspektyw – doboru podzespołów, architektury układów precyzyjnych i wyboru między infrastrukturą stałą a mobilną – wyłania się jeden wspólny wniosek: nie istnieje jedna uniwersalna technologia transportu i podawania, która sprawdzi się w każdym procesie produkcyjnym. Wybór właściwego systemu wymaga w każdym przypadku analizy konkretnego procesu, charakteru transportowanego czy podawanego materiału oraz celów biznesowych. Niezależnie od tego, czy najważniejsza jest maksymalna wydajność stabilnej, niezmiennej linii, czy też zdolność do szybkiej zmiany asortymentu i rekonfiguracji przepływu materiału.

Doświadczenia dostawców komponentów, systemów precyzyjnych i robotyki mobilnej rzadko wskazują na jedno, oczywiste rozwiązanie. Coraz częściej najskuteczniejsze okazuje się podejście łączone – bezobsługowe komponenty tam, gdzie liczy się niski koszt utrzymania, precyzyjne układy liniowe tam, gdzie decyduje się o jakości procesu, oraz elastyczna robotyka mobilna tam, gdzie zakład musi zachować zdolność do szybkiej zmiany.

Warto też pamiętać, że decyzja o wyborze technologii rzadko zapada raz na zawsze – procesy produkcyjne zmieniają się wraz z asortymentem, wolumenami i wymaganiami klientów. Dlatego warto z góry zakładać pewien margines elastyczności – czy to w postaci modułowej konstrukcji, czy architektury pozwalającej na łatwą rozbudowę – zamiast optymalizować wyłącznie pod kątem bieżących potrzeb.