MPLM IG™ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ИНЖИНИРИНГ │ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА │ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ

18.02.2017

Коллаборативная роботизация сварочного производства завода металлоконструкций

Эта публикация является продолжением темы «Сварочное производство 4.0», в которой рассказывается об организационно-технической системе «Индустрия 4.0» в контексте организации сварочного производства на базе внедрения систем «SCADA/IoT-CPS» под управлением MES. Пример внедрения в статье «Организация производства металлических лестниц, площадок обслуживания, перил и ограждений».



Автоматизация сварочного производства на основе промышленных роботов антропоморфного типа – это процесс в котором функции ранее исполнявшиеся человеком-сварщиком, передаются для исполнения сварочным роботам.
Коллаборативная роботизированная система – это организационно-техническая система в которой производственные операции выполняются роботом в сотрудничестве с человеком (не оператором).

Последние годы, коллаборативные роботы активно внедряются в электронной промышленности, что делает производство более гибким (диверсифицированным). В металлообрабатывающей промышленности коллаборативные роботизированные системы только начинают использоваться. Отставание в развитии технологий обусловлено обеспечением безопасности людей на производстве. Роботы антропоморфного типа, которые используются в металлообработке – "большие, крепкие парни" с которыми лучше не сталкиваться лбом. Поэтому их часто закрывают в клетки и ограничивают доступ различными активными средствами обеспечения безопасности для человека.

Но развитие технологий не стоит на месте и роботизированные производственные системы становятся всё более безопасными для людей, что делает возможным внедрение коллаборативных роботизированных систем на металлообрабатывающих предприятиях.

Совместная разработка «Migatronic A/S» и «Universal Robots A/S» - «CoWelder»



Простой и недорогой робот-помощник для сварочного производства «CoWelder» может быть перепрограммирован за 30 минут.
Изготовление небольших узлов металлоконструкций малыми сериями – занятие трудоёмкое и часто без кондуктора не обойтись. Если сборкой-сваркой занимается один человек, его производительность низкая и время изготовления партии узлов длинное, а качество сварочных швов оставляет желать лучшего. Два человека, сварщик + слесарь сокращают время изготовления металлических узлов, но производительность падает, а себестоимость возрастает. CoWelder сокращает время производства, повышает производительность и обеспечивает высокое качество сварочных швов.

Наиболее универсальный и распространенный на заводах металлоконструкций метод сварки – MIG/MAG Metal Inert Gas/ Metal Active Gas — дуговая сварка плавящимся металлическим электродом (проволокой) в среде инертного/активного защитного газа с автоматической подачей присадочной проволоки.
Роботизация на основе антропоморфного манипулятора не может ускорить сварочный процесс MIG/MAG. Производительность повышается за счёт сокращения времени между процессами сварки (подготовка и позиционирование деталей), но лишь в тех случаях, когда продумана организация труда.
Сварщик выполняет работу самостоятельно, сварочному роботу требуется оператор. Поэтому повысить производительность интегрируя одного сварочного робота в производственный процесс не всегда возможно. Роботизацию сварочного производства завода металлоконструкций следует рассматривать в общей концепции организации автоматизированного сварочного производства.

Сейчас на рынке высокотехнологического автоматизированного оборудования для сборки и сварки строительных металлических конструкций, 4 компании предлагают производственные линии с высоким уровнем автоматизации – выше пятого уровня автоматизации по Шеридану:
Вышеупомянутые автоматизированные сборочно-сварочные линии – великолепные инженерные решения. Но вероятно являются тупиковой веткой развития автоматизации производства металлических конструкций для строительства. Основная причина – низкий уровень диверсификации. Оборудование высокопроизводительное и дорогостоящее, для того, чтобы инвестиции были оправданными и оборудование окупаемым в разумные сроки, должна быть особая бизнес-модель, обеспечивающая оптимальную загрузку оборудования. Роботизированные сборочно-сварочные линии строительных металлоконструкций могут быть интересны главным образом крупным строительным холдингам в состав которых входит проектная организация, в которой можно повлиять на инженеров, направив их труд и мышление в нужное русло – ориентированное на технологические особенности производства. Для строительства типовых зданий по собственным проектам, автоматизированные сборочно-сварочные линии значительно сократят себестоимость производства металлоконструкций при уровне продаж соответствующих производственной мощности. Но если ЗМК работает на рынке субподряда и производит те металлические конструкции которые сумеет урвать на тендерах, то дорогостоящие роботизированные линии станут финансовой кабалой для завода В составе металлических каркасов зданий и сооружений, удельная доля типов конструкций которые могут быть произведены на вышеупомянутых производственных линиях по весу 60 - 80%, а по трудоёмкости 20 - 40% (в вашем случае эти значения могут значительно отличатся).
Автоматизированные линии кратно увеличивают производительность сборки-сварки балочных конструкций, но не всегда оказывают существенное влияние на производительность завода в целом.   
Некоторые производители роботизированных линий в процессе продаж оперируют положительным экономическим эффектом от увеличения скорости производства, при этом пытаются навязать подмену понятий производительность и скорость производства.
При грамотной организации производства балочных конструкций, скорость производства ограничена производительностью сварочных операций. В роботизированных линиях используется тот же метод сварки MIG/MAG - это металлургический процесс который нельзя значительно ускорить при условии, что в роботизированной системе используется тот же диаметр сварочной проволоки.
Скорость роботизированной сварки можно значительно увеличить изменив метод (процесс) сварки MIG/MAG на «Tandem Weld» или «Laser Hybrid Weld», но у этих сварочных процессов есть свои недостатки относительно MIG/MAG и не во всех случаях TW и LHW возможно применить.
Проведите индуктивную проверку вашего ручного производства балочных конструкций и сравните результаты с фактическими данными производительности вышеупомянутых роботизированных линий. Если вы получите значительную, кратную разницу в производительности, то прежде всего задумайтесь не над покупкой дорогостоящего автоматизированного оборудования, а над реорганизацией действующего производства.  
     
Наиболее эффективной организационно-технической системой сборочно-сварочного производства завода металлоконструкций, сохраняющей диверсификацию, является метод организации при котором работа выполняется роботами в сотрудничестве с людьми. Когда робот выполняет те операции которые он может выполнить эффективнее человека, а человеку делегируются те операции которые не могут быть выполнены роботом.
Концепция коллаборативного сборочно-сварочного производства на основе антропоморфных роботов, может быть реализована интеграцией в производство технологий проекта «CLARiSSA» (первый видеоролик в этой публикации).
Информацию о проекте «CLARiSSA» можно получить в публикации «Технология автоматической сборки и сварки металлических конструкций для малых и средних ЗМК»

Организуя коллаборативную модель роботизированного производства металлических конструкций, неизбежно придётся столкнутся с проблемой интероперабельности систем управления роботами и людьми. Для решения этой проблемы, при разработке архитектуры системы управления производством, прежде всего следует абстрагироваться от систем управления производственными операциями (роботизированные, ручные) и сосредоточится на самих операциях. Следует разработать систему графов определяющую взаимодействие между операциями и атрибутами метода выполнения операции (робот-человек).

В коллаборативных производственных системах важно организовать двухстороннюю информационную связь план-факт от всех ключевых операций.

Допустим, что 50% производственных операций выполняют роботы, а 50% люди. Получить обратную связь от PLC промышленной роботизированной системы не сложно, но это только 50% информации о реальном состоянии производства. 50% в некоторых случаях может означать полное отсутствие достоверной информации о производстве. Если робот выполнил свою работу приварив фасонные детали к балке, а человек который доложен был приварить на эту балку шпильки, этого не сделал, то конструкция не может считаться изготовленной.

Основой решения проблем обратной связи, оперативного планирования на основании достоверных данных, интероперабельности систем управления являются технологии «CPS» (кибер-физическая система) и «IoT» (интернет вещей), о которых рассказано в публикации «Сварочное производство 4.0».
Люди и роботы выполняют производственные операции используя однотипное оборудование (например - сварочный аппарат). Поэтому данные обратной связи следует снимать не с контроллеров промышленных роботов и других исполнительных механизмов, а с датчиков технологического оборудования, внедряя CPS аналогичные WeldEye и «DEMAG StatusControl» о которых рассказано в публикации «Сварочное производство 4.0».

Тем, кто не до конца понимают принципы работы коллаборативных роботизированных систем, предлагаю посмотреть пару интересных видео на эту тему.

Как обеспечивается безопасность человека при совместной работе с промышленным манипулятором в коллаборативных роботизированных системах? 👇   



Студентами шведского «Linköping University» в рамках научной программы «ToMM 2 - Collaborative Team of Man and Machine», был разработан эргономичный коллаборативный контроллер для антропоморфных роботов большой грузоподъёмности. 👇



Подробнее о разработке молодых шведских инженеров в «Коллаборативный контроллер как основа эффективной организации сборочного производства в машиностроении»

«CoCo» может быть эффективно использован на заводе для сборки металлических конструкций. Антропоморфный робот, оснащённый магнитным захватом под управлением «CoCo», может с высокой точностью и повторяемостью в пределах до 0,3 мм манипулировать тяжёлыми фасонными деталями при сборке строительных металлоконструкций.        

Комментариев нет:

Отправить комментарий

ПРОМЫШЛЕННЫЙ ИНЖИНИРИНГ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ