Robotické pracoviště nýtování háků okapů

Inženýrská firma Blumenbecker Prag, dodavatel robotických pracovišť, využívá software Process Simulate od firmy Siemens k navrhování, simulaci a virtuálnímu zprovoznění dodávaných zařízení. Jedním z projektů, kde ho s úspěchem využila, je pracoviště robotického nýtování držáků okapů pro výrobní závod firmy Isola Powertekk.

Ve výrobní hale společnosti Isola Powertekk v Olomouci instalovala firma Blumenbecker Prag robotické pracoviště určené k automatickému nýtování držáků okapů. Pracoviště karuselového typu je plně ovládané robotem KUKA KR6 R900. Odbavení jedné plné bedny o padesáti dílech na něm trvá 4,5 min.

Operace prováděné na tomto pracovišti zahrnují:

• manipulaci a upínání vstupních polotovarů,
• automatické vkládání plechů,
• vkládání nýtů pomocí pneumatických kleští a válců, včetně vibračního podavače,
• automatické nýtování,
• lepení štítku, včetně kontroly čitelnosti čárového kódu,
• skládání hotových dílů do bedny.

Výchozí stav

Původní pracoviště mělo karuselovou koncepci, stejně jako pracoviště nové, ale bylo řízeno zastaralým PLC a poloha mechanismů se snímala koncovými spínači. Systém byl poruchový, s velkými náklady na údržbu a s častými prostoji. Proto se firma rozhodla pracoviště při zvyšování produktivity a kvality kompletně zmodernizovat.

Návrh modernizace pracoviště

Firma Blumenbecker zachovala původní karuselovou koncepci pracoviště, ale přidala do ní průmyslový robot Kuka KR6, který odstranil manuální práci, při níž musela obsluha vyjímat hotové háky přímo ze stroje. Nyní obsluha jen zkontroluje naskládanou krabici v zásobníku, přelepí ji páskou a odloží ji na paletu.

Tím se také zjednoduší zajištění bezpečnosti pracovníka, který už nemusí pro háky sahat do stroje. Musí-li pracovník sahat do pracovního prostoru stroje, je to z hlediska bezpečnosti vždycky problém, který vyžaduje nákladné řešení. Je proto vždy lépe se takovému řešení vyhnout.

Zakládání polotovarů háků na dopravník na vstupu stroje je stále ruční operace, ale dopravník je dostatečně dlouhý, aby na něj obsluha mohla naskládat háky do zásoby. Dříve stroj obsluhovali dva lidé. Nyní stačí jeden, který ještě může plnit další úkoly.

Stroj je však navržen tak, aby v budoucnu mohl být proces zakládání háků na vstupní dopravník zajišťován roboticky.

Stroj nemá vlastní PLC. Řídicí systém robotu KR6 totiž umožňuje realizovat i řízení celého karuselového stroje. Martin Foukal, vedoucí oddělení mechatroniky ve společnosti Blumenbecker, s níž jsem o tomto projektu hovořil, však konstatuje, že je to řešení, které je sice pro zákazníka výhodné z hlediska pořizovacích nákladů, ale už méně z hlediska programování a možností budoucího rozšíření o další funkce. Programování logických a sekvenčních funkcí v řídicím systému robotu není tak komfortní jako v prostředí PLC, a bude-li pracoviště doplněno o další robot, bude tak jako tak nutné PLC instalovat.

Simulace a optimalizace návrhu pracoviště

Při vypracovávání návrhu pracoviště použila firma Blumenbecker software Process Simulate od firmy Siemens. Tento software je určen pro navrhování a ověřování výrobních zařízení ve 3D prostředí. Umožňuje inženýrským firmám i výrobním organizacím virtuálně simulovat zařízení ještě před jejich reálnou výrobou. Tím zkracuje dobu potřebnou k uvedení do provozu a šetří náklady na případné dodatečné úpravy.

Firma Blumenbecker pracuje s Process Simulate již několik let a je s ním plně spokojená. Nejviditelnější přínos je v tom, že může zákazníkovi ukázat koncept nového pracoviště ve 3D a v chodu. „Je úžasné, že zákazníkovi můžeme předvést simulovanou linku v pohybu tak, jak bude ve skutečnosti vypadat,“ říká Martin Foukal.

Ale Process Simulate není jen jednoduchá 3D vizualizace. Dovoluje simulovat činnost pracoviště a ověřit dobu taktu. O kvalitě simulace svědčí to, že rozdíl mezi simulovanou a skutečnou dobou taktu je do 1 %. Process Simulate totiž využívá modul RCS (Robot Controller Simulation; též zvaný RRS-1 – Realistic Robot Simulation), standardizované rozhraní pro integraci systému řízení pohybu, který je součástí řídicích systémů robotů většiny významných značek.

Process Simulate pomáhá již od počátečního návrhu

„Od začátku jsme tedy věděli, že jsme schopni s námi navrženým řešením splnit požadovanou dobu taktu,“ oceňuje práci s Process Simulate Martin Foukal. „Ale to byl jen první krok. V druhém kroku jsme optimalizovali dráhy robotu. I když to vypadá jako jednoduchá úloha, je třeba zajistit manipulaci s háky i s proklady a vyhnout se kolizím s dalšími částmi stroje. Na to je Process Simulate skvělý nástroj.“

Z pohledu firmy Blumenbecker je zásadní výhodou softwaru Process Simulate to, že umožňuje simulovat v jednotném prostředí roboty od různých výrobců. Inženýrské firmy mohou v Process Simulate navrhovat a simulovat jak jednodušší pracoviště, tak i vysoce složité robotické výrobní buňky, kde je třeba řešit synchronizaci pohybů několika robotů. Nástroje pro přesnou simulaci pohybu robotů umožňují navrhnout bezkolizní dráhu pro všechny roboty a optimalizovat doby jejich cyklů. To někdy vede ke zjištění, že požadované doby cyklu není možné dosáhnout a je třeba místo jednoho robotu použít dva. Velmi užitečné je také ověření, kam se do daného prostoru robot vůbec vejde. Často je totiž třeba šetřit podlahovou plochou závodu a na robot zbývá jen málo místa. Simulace rovněž pomáhá optimalizovat umístění robotu tak, aby jeho dráhy byly co nejkratší. To kromě zkrácení doby cyklu také šetří elektřinu.

Konkrétně v tomto případě pomohl Process Simulate vyřešit problém, jak háky uchopovat. „Ukázalo se totiž, že původně navržené uchopení není realizovatelné vzhledem k velkým tolerancím rozměrů háku. Kdyby se na tento problém přišlo až při realizaci pracoviště, znamenalo by to velké zdržení. Ale i pouhé vyhodnocení různých variant uchopování bez Process Simulate, v běžném konstruk­čním prostředí ve 2D, by byla práce na týdny.

Petr Bartošík

Isola Powertekk – kvalitní střešní krytiny

Norská společnost Isola Powertekk vyrábí již více než 65 let vysoce kvalitní střešní krytiny, které jsou oblíbené nejen ve Skandinávii, ale i v celé Evropě. Sortiment firmy zahrnuje asfaltové střešní šindele, maloformátové ocelové tašky, bezpečnostní prvky na střechy, podkladní pásy, okapy a nopové fólie pro zelené střechy, parkoviště a chodníky. V České republice má výrobní závody v Olomouci a v Bohdíkově.

„Velký důraz klademe na neustálé zlepšování svých výrobků s cílem co nejvíce zjednodušit práci řemeslníkům, kteří s našimi výrobky pracují, a na udržení vysoké kvality a konkurenceschopných cen. Dosahujeme toho pomocí automatizace, která zahrnuje všechny oblasti výroby i výrobní logistiky,“ vysvětlil Aleš Hodinář, finanční a provozní ředitel společnosti Isola Powertekk.

Process Simulate

Process Simulate od společnosti Siemens je nástroj pro navrhování, simulaci a ověřování činnosti robotů, lidí a automatizačních prostředků během vývoje produktu od konceptu, konstrukce a uvedení do provozu až po údržbu během provozu a neustálé zlepšování.

Zkracuje dobu vývoje tím, že umožňuje ověřovat výrobní koncepty před jejich realizací i po celou dobu životního cyklu. Využívá se k simulaci a usnadňuje ověřování, optimalizaci a uvádění do provozu jednoduchých i složitých výrobních procesů zahrnujících technická zařízení i lidi.

V oblasti robotiky Process Simulate usnadňuje simulaci a plánování pohybu robotu bez kolizí, automatické testování umístění a dosahu robotu, optimalizaci doby cyklu a spotřeby energie robotu a zjednodušení procesu synchronizace pracovních stanic a zón s více roboty.

Více na https://plm.sw.siemens.com/en-US/tecnomatix/products/process-simulate-software/.

Obr. 1. Pracoviště robotického nýtování držáků okapů (video: https://youtu.be/UwBU5ncBYXI)

Obr. 2. Robot odebírá hotový hák ze stroje

Obr. 3. Návrh pracoviště v prostředí Process Simulate – skládání háků do krabice