Automatizálás


Automatizálas | EMF Kft.

Egyre több helytől hallunk manapság az Ipar 4.0 kapcsán az automatizálásról. A médiában, szakcikkek, szakmai hírportálok és folyóiratok többsége hirdeti az automatizálás legkülönfélébb eszközeit, gyakran helytelenül alkalmazva termékükre az „automatizált” kifejezést. Jelen rövid írásunkban szeretnénk a kedves Olvasónak egy rövid összefoglalást nyújtani, alapvető fogalmak tisztázásával, majd az automatizált gyártás talán két legfontosabb eszközével, a célgépekkel és az ipari robotokkal folytatni a sort.

Az automatizált gyártásra számos definíció létezik, szerintem a legegyszerűbb megfogalmazása a következő: az emberi tényező hatásának csökkentése a gépipari gyártási folyamatok során, az észszerűség és a gazdaságosság határain belül. Fontos kiemelni az észszerűség és a gazdaságosság kifejezést, hiszen számos olyan eset van, például szerelési feladatok során, amikor költséghatékonyabb, kedvezőbb szerelő munkások alkalmazása, a kis darabszám, vagy a feladat egyszerűsége miatt. Továbbá vannak olyan összetett, bonyolult folyamatok, melyet a jelen technológia keretein belül csak horror áron tudnák automatizálni.

Az egyik legfontosabb eleme a mai modern automatizált gépipari gyártáskultúrának az ipari robotok. A robot egy olyan gépszerkezet, mely szabadon programozható a felhasználó által, és univerzálisan felhasználható, kialakításától függően. Az első ipari szegmensben előforduló robot egy hat tengelyes robot kar volt, mely szerkezeti kialakítása a ma is alkalmazott 6 tengelyes P.U.M.A. gépek alapja. A szereléstechnikában egy időben előtérbe kerültek a 4 tengelyes S.C.A.R.A. gépek, bár tapasztalataim alapján egyre kevesebben alkalmazzák őket (később visszatérek erre). A robotokat széleskörűen alkalmazzák szerelési, rakodási, hegesztési, festési feladatok ellátására.

Automatizálás | EMF Kft.
1. ábra: bal oldalt: 6 tengelyes PUMA robot (Programmable Universal Machine for Assembly), jobb: 4 tengelyes SCARA robot (Selective Compliance Assembly Robot Arm)

Az automatizált gyártás másik fontos eszköze a célgép. A célgépekre egy egységes, összefüggő definíciót találni elég nehéz, melynek oka a célgépekkel elvégzett feladatok széles skálája. Alapvetően célgépeknek nevezzük az olyan elektronikusan vezérelt gépeket, melyek egy specifikus feladat ellátására alkalmasak, mely feladatok olyanok, hogy kereskedelmi forgalomban nem lehet hozzá eszközt találni. Így a célgépeket minden esetben egyedileg tervezik meg, az adott követelményeknek megfelelően. A célgépek vezérlését PLC-kel oldják meg legtöbbször, így a felhasználók által (célszerűen) nem programozható szabadon. Egyre gyakoribb megoldás két PLC alkalmazása, egyik a feladatok szabályozására, a másik a szükséges biztonsági funkciók ellátására. A célgépek felhasználása széleskörű: egyedi, nagy szériás szerelési feladatok elvégzése, egészségügyi- és élelmiszeripari műveletek elvégzése, mérési, gyártás közbeni, in-line ellenőrzési feladatok, és még a végtelenségig lehetne folytatni a sort.

Automatizálás | EMF Kft.
2. ábra: A gépipari robotika egyik húzó ágazata az autóipar

Ha egy gépgyártó úgy dönt, hogy gyártási folyamatát automatizálni szeretné, alapvetően a két fent említett megoldás között fog dönteni nagy valószínűséggel. Az első és legfontosabb döntési szempont, értelem szerűen, a megoldás ára. Hogy egy célgép beszerzése mennyibe kerül, nagy mértékben függ az elvégzendő művelet bonyolultságától. Minél egyszerűbb a művelet, annál olcsóbb egy célgép építtetése, így bizonyos feladatoknál a célgépekbe fektetendő összeg kevesebb, mint a ipari robotoknál. Egy automatizált gépipari megoldás ára nemcsak a beszerzési költségből áll, fontos figyelembe venni az üzemeltetés és a karbantartás költségét is.

A célgépek üzemeltetése, azonos névleges teljesítmény mellett, drágább, mint a robotoké. Ennek oka az erőforrásuk. A célgépek többségének üzemeltetéséhez sűrített levegő, így pneumatikus rendszer kiépítése szükséges. A mozgásokat pneumatikus munkahengerekkel oldják meg, ha több mozgást végez a célgép, sűrített levegő felhasználásuk magasabb lehet, mint egy egyszerű háromtengelyes CNC megmunkáló központé. Mint tudni illik a sűrített levegő az egyik legdrágább erőforrás, az alacsony hatásfoka miatt. Egy sűrített levegős rendszer hatásfoka kb. 30-40 % körül mozog, így üzemeltetésük drágább lehet, mint egy főleg villanymotorok által mozgatott roboté. Az üzemeltetéssel ellentétben a célgépek majdnem karbantartásmentesek (leszámítva a kopó, cserére szoruló alkatrészeket), míg a robotok igencsak karbantartás igényesek tudnak lenni.  Megjegyzés: robotok is alkalmazhatnak pneumatikus elemeket (például a megfogók többsége, vákuum tappancsok), csak a levegő igényük lényegesen kevesebb.

Automatizálás | EMF Kft.

Természetesen a célgépek árába szükséges bele számolni a tervezés költségét is. Ez persze nem azt jelenti, hogy robotok alkalmazása nem igényel konstrukciós munkálatokat. A robotok többsége a feladataik elvégzésére igényelnek egyedileg kialakított perifériákat, például megfogókat, munkadarab rögzítő készülékeket, állványt, feladat specifikus eszközöket: hegesztő készülékek, festő eszközök, stb. Így, a robotok alkalmazása is igényel előzetes tervezési munkákat, ám lényegesen kevesebbet, mint célgépesítés esetén.

A második fontos szempont automatizált berendezés választása során az adott eszköz felhasználhatósága. Egy célgép, mint a definíciója is tartalmazza, csak egy feladat elvégzésére alkalmas. Ritka eset, hogy a gyártandó termék cseréje esetén a célgépeket átalakítják, és nem újakat szereznek be helyettük. Míg ezzel szemben a robotok széles spektrumban, gyakran alkalmazási területeket átlépve is felhasználhatóak, pusztán a perifériák átalakításával, cseréjével. Így univerzalitás szempontjából a célgépek gyakran háttérbe szorulnak a robotokkal szemben.

A gyártási folyamatok alapvető feladata az emberi tényező csökkentése, többek között, így fontos szempont az emberi erőforrás igénye. A célgépek többségének az igénye a külsős emberi beavatkozásokra sokkal kisebb. A robotok programozása szaktudást igénylő feladat, míg a célgépek kezeléséhez a legtöbb esetben két kéz szükséges, melyek a két-kezes indítót kezelik.

Összefoglalásként azt tudnám leírni, hogy a célgépek alkalmazása nagy darabszám esetén, egyszerű műveletek vagy hosszú ideig, monoton elvégzendő feladatoknál célszerű. A robotok beszerzésének a oka az esetek többségében két okra vezethető vissza: olyan bonyolult műveletek végzése, melynél a célgép terveztetés drága (például bonyolult ívhegesztési feladatok elvégzése), illetve olyan helyeken, ahol fontos az univerzális alkalmazhatóság. Például ha egy egyszerű két tengelyes CNC eszterga egy-két évig ugyanazt a csapágy alkatrészt fogja gyártani, és az elő gyártmány-kész alkatrész kezelést szeretnénk automatizálni, célszerű célgépesíteni. Ezzel ellentétben a munkadarabunk alakja, formája a gyártás során változhat, cserélődhet, vagy több CNC gépet szeretnénk kiszolgáltatni gyártócellás elrendezésben, a robotok alkalmazása előnyösebb lehet. Valószínűleg ezért kerülnek egyre inkább kiszoruló félre a SCARA robotok, ha már robotokba fektetnek be, legyenek minél univerzálisabbak.


Források:

http://www.assemblymag.com/articles/

92896-appliance-manufacturers-look-to-robots-to-boost-productivity

https://www.robotics.tu-berlin.de/menue/facilities/

http://linux.softpedia.com/get/Science/SCARA-robot-100789.shtml

https://masonholden.wordpress.com/tag/automated-manufacturing/

https://sputniknews.com/science/201505061021755458/

Vélemény, hozzászólás?