Pełna automatyzacja i elastyczność: wielowariantowy montaż manometrów w krótkich cyklach

Ponad 10 000 wariantów i serie obejmujące od jednej po tysiące sztuk – z myślą o trwałym zwiększeniu produktywności firma WIKA Polska SGF postawiła na automatyzację montażu manometrów w fabryce we Włocławku i wdrożenie koncepcji Przemysł 4.0. W ramach ścisłej współpracy z firmą Bosch Rexroth przedsiębiorstwo opracowało wysoce zautomatyzowaną, elastyczną linię do montażu manometrów, która bazuje na systemie transportowym ACTIVE Mover marki Rexroth i pozwala skrócić czasy przezbrajania o ponad 50%.

„W trakcie jednej zmiany musimy czasem przezbrajać linie do montażu manometrów 15–20 razy” – tak opisuje wyzwanie Mario Scheffner, dyrektor ds. technicznych firmy WIKA Polska SGF. „Nie dotyczy to każdej zmiany, ale zdarza się to coraz częściej, ponieważ serie stają się krótsze, a nam zależy na elastyczności produkcji”. Do niedawna częściowo zautomatyzowany montaż manometrów realizowano za pomocą dwóch obrotowych maszyn transferowych. Umożliwiają one realizację krótkich cykli i sprawne wytwarzanie dużej liczby sztuk. Ich przezbrajanie wymaga jednak czasochłonnych prac mechanicznych. Co więcej, w przypadku niektórych wariantów pojawiają się dodatkowo półprodukty, które trzeba dostarczyć do kolejnej maszyny.

20 stanowisk w jednej instalacji działającej w krótkich cyklach

WIKA rozwija się na całym świecie. W 2020 r. przedsiębiorstwo postanowiło wykorzystać rozwiązanie realizujące krótkie cykle, aby całościowo zautomatyzować generowanie strumienia wartości w ramach produkcji manometrów, a jednocześnie zwiększyć elastyczność. „Potrzebujemy linii z 20 stanowiskami obejmującymi montaż, wykrawanie, sprężyny pomiarowe, kalibrację, wizyjne systemy kontroli jakości, przykręcanie śrub i nanoszenie oznaczeń” – wyjaśnia złożoność instalacji Mario Scheffner. Wytwarzane przyrządy są stosowane zarówno w technice medycznej, jak i do monitorowania sprężonego powietrza w spawalnictwie, muszą więc sprostać ciśnieniom sięgającym 400 bar.

Po dogłębnej analizie rynkowej przedsiębiorstwo WIKA Polska SGF zdecydowało się na system transportowy ACTIVE Mover firmy Bosch Rexroth. Składa się on z modułów odcinkowych i łukowych, które tworzą zamknięty owal obsługiwany przez pojedynczy silnik liniowy. Palety na przedmioty obrabiane poruszają się na całej długości linii niezależnie od siebie, trafiając precyzyjnie na wyznaczone pozycje. Możliwa jest też zmiana kierunku przemieszczania oraz przechodzenie po kolei na różne pozycje w obrębie jednego stanowiska. Tak rozpoczął się projekt o nazwie „Automatic Gauge Assembly”, czyli w skrócie „AGA 1”.

Od 20–25 minut do 0 sekund

Decydującą zaletą nowej linii montażowej AGA 1 są krótsze czasy przezbrajania. „W przypadku obrotowych maszyn transferowych przestawienie na różne wielkości manometrów i lokalizacje przyłączy trwało 20–25 minut, w przypadku systemu AGA 1 jest to 0 sekund” – opowiada z dumą Mario Scheffner. Nowa linia skraca w sumie czasy przezbrajania w montażu wielowariantowym o ponad 50%. Duża dynamika systemu niesie też ze sobą inne korzyści w obszarze produktywności. Palety na przedmioty obrabiane mogą być przemieszczane z przyspieszeniem nawet 40 m/s². Skraca to czas transferu między stanowiskami, co do minimum ogranicza czas realizacji całego cyklu na linii.

Rozwiązanie stosowane przez firmę WIKA jest „zgodne z każdym systemem MES”, co podkreśla Piotr Krotki, dyrektor ds. automatyzacji w przedsiębiorstwie. Wraz ze swoim zespołem odpowiada on za konstrukcję, oprogramowanie sterowników i uruchamianie instalacji produkcyjnych w firmie WIKA Polska SGF. Informacje o partii produkcyjnej do zmontowania są wczytywane za pomocą kodu QR lub kodu kreskowego. „Maszyna w nawet 70–80% konfiguruje się samodzielnie” – wyjaśnia Piotr Krotki. W zależności od montowanego wariantu dowolnie programowalne palety na przedmioty obrabiane trafiają na różne pozycje na poszczególnych stanowiskach. Znacznie zwiększa to całkowitą efektywność wyposażenia (ang. Overall Equipment Effectiveness – OEE) i zmniejsza ilość czasochłonnych, ręcznych prac niezbędnych przy przezbrajaniu. Jednocześnie linia w pełni dokumentuje każdy zautomatyzowany krok montażu, spełniając w ten sposób coraz częstsze wymagania klientów w zakresie identyfikowalności.

Otwartość na każdą architekturę sterownika

„Dzięki otwartym interfejsom rozwiązanie Motion Control w systemie ACTIVE Mover integruje się z naszym sterownikiem instalacji za pomocą interfejsu PROFINET” – podkreśla Piotr Krotki. Powtarzalność wynosi 0,01 mm. „Pięć stanowisk porusza się również w osi Z” – zwraca uwagę Mario Scheffner. Na dwóch stanowiskach testowania, na których niezbędna jest szczególnie duża dokładność pozycjonowania, firma WIKA Polska SGF zastosowała dodatkowe silniki liniowe ML3, kompaktowe napędy IndraDrive CS i prowadnice szynowe kulkowe ze zintegrowanym indukcyjnym systemem pomiarowym. One również zostały podłączone do sterownika instalacji przy użyciu interfejsu PROFINET. Pola elektryczne silników liniowych nie zakłócają działania indukcyjnego systemu pomiarowego. Ponadto jest on niewrażliwy na zabrudzenia i drgania, nie wymaga też energochłonnego powietrza uszczelniającego. WIKA Polska SGF wdraża teraz indukcyjny system pomiarowy również w obrotowych maszynach transferowych.

Zakres siły od 1,6 do 120 kN

Zespół Piotra Krotkiego stworzył wcześniej w zakładzie firmy Bosch Rexroth w Stuttgarcie testową paletę na produkty obrabiane, aby w ramach kompleksowych symulacji skonstruować system AGA 1 i wirtualnie zweryfikować poszczególne kroki procesu. „Przy programowaniu sterownika PLC firma Bosch Rexroth zawsze zapewniała nam niezbędne wsparcie” – wspomina dyrektor ds. automatyzacji.

Sama wstępna budowa i uruchomienie systemu AGA 1 odbyły się bezpośrednio w fabryce WIKA Polska SGF we Włocławku. Stelaż jest zbudowany z profili aluminiowych pochodzących z systemu podstawowych elementów mechanicznych (MGE) firmy Bosch Rexroth. Dzięki śrubom centrującym i kątownikom elementy są ustawiane bezpośrednio i nie wymagają regulacji. Uzupełnieniem systemu mechanicznego jest aluminiowy blat. O wszechstronności rozwiązania może świadczyć jedno ze stanowisk wciskania: w zależności od wariantu stosowane są na nim siły od 1,6 kN do 120 kN.

System AGA 1 znajduje się jeszcze w fazie rozruchu. „Najpierw chcemy zadbać o jakość, a potem zajmiemy się zwiększaniem prędkości” – podkreśla Mario Scheffner. Osiągnięcie maksymalnej szybkości produkcji jest już jednak bliskie. Instalacja już teraz jest uznawana w firmie WIKA za rewolucyjną. Zdaniem Mario Scheffnera mogą do niej wkrótce dołączyć kolejne linie montażowe.