Seria Case Study Balluff to artykuły pisane przez partnerów naszej firmy, integratorów, specjalistów wdrażających dedykowane rozwiązania dla firm produkcyjnych z wykorzystaniem narzędzi i rozwiązań Balluff.

Autor artykułu: Sławomir Janosz, prezes Biura Inżynierskiego IEC

Case study | Stop monotonii, czyli jak zastąpić cztery osoby jednym robotem

MASTERY	BNI005H BNI PNT-508-105-Z015
	BNI0092 BNI PNT-507-005-Z040
KOLUMNY	BNI0083 BNI IOL-802-000-Z037
HUBY	BNI0006 BNI IOL-104-000-K006
	BNI0007 BNI IOL-709-000-K006
DALMIERZE	BOD001E BOD 66M-LA14-S92
CZUJNIKI	BOS012A  BOS 5K-PS-RH12-S75
	BOS012E BOS 5K-PS-RR10-S75 + BAM00WJ BOS R-8-0,25
SWITCHE	BNI0067 BNI TCP-952-000-E029
ZASILACZE	BAE0006 BAE PS-XA-1W-24-050-003

Bez względu na branże, firmy produkcyjne zmagają się z dużymi brakami kadrowymi szczególnie, jeśli chodzi o wykonywanie najprostszych, powtarzalnych czynności. Stąd dążenie do automatyzacji i optymalizacji monotonnych procesów w firmie, które angażują wielu pracowników. Tendencje te stały u podstaw zlecenia, z którym przyszło nam się zmierzyć – zrobotyzowania zakładu jednego z klientów.

Pierwszą rzeczą, którą mieliśmy się podjąć było zautomatyzowanie pracy operatorek wkładających batony do kartonów. Okazało się jednak, że ten proces pozostając w rękach ludzkich jest wykonywany niemal perfekcyjnie. Zaproponowaliśmy wówczas, że usprawnimy wkładanie batonów do maszyny, która robi flow packi. Nie wiedzieliśmy jeszcze wtedy, że żaden zakład w Polsce, Francji i Niemczech nie chciał się tego podjąć twierdząc, że to niemożliwe.

Maszyna, którą zdecydowaliśmy się zrobotyzować miała zastąpić pracę czterech osób, które wykładały batony z pudełka i wkładały do szyny. Projekt zakładał zabudowanie dwóch robotów, które wyciągną z pudełek 100 batonów na raz. Prędkość pracy maszyny flow pack wynosi do 360 batonów na minutę.

Przebieg procesu

Testy wstępne zasysania batonów (ustawionych pionowo) wyszły znakomicie. Wykorzystaliśmy do tego chwytak piankowy, który pozwolił nam wyciągnąć 20 batonów na raz. Pojawił się jednak pierwszy problem – maszyna miała wyciągać równo 25 batonów, a tego nie testowaliśmy wcześniej, bo do takiego zadania trzeba wykonać dedykowany chwytak.

Postanowiliśmy dostosować wielkościowo gotowe chwytaki, ale nie przyniosło to efektu – z racji, że  pudełka nieznacznie różnią się między sobą, zawsze jeden z batonów wypadał. Stworzyliśmy wtedy nowy chwytak z dużą ilością otworów dedykowany dokładnie na kartony, które dostarczył nam klient. Kolejne testy wykazały za małe przepływy. Chwytak pobierał batony, ale gdy jeden z nich odpadł, reszta podążała jego śladem. Postanowiliśmy skonsultować się wtedy z firmami zajmującymi się pneumatyką. Po rozmowie z nimi zrozumieliśmy w pełni skalę trudności i uświadomiliśmy sobie, że jesteśmy skazani na siebie.

We współpracy z podwykonawcą przygotowaliśmy 150 małych chwytaków, do każdego z nich wykonaliśmy osobną piankę, i z pełnym przekonaniem rozpoczęliśmy kolejny test, który zakończył się całkowitym… niepowodzeniem. Pianki nie pobierały batonów. Okazało się, że gdy chwytak zjeżdża, pianka się rozsuwa i jak baton trafia na środek, to nie jest zasysany. Rozwiązaniem było zamówienie całej pianki. Po jej zamontowaniu chwytak zaczął pobierać wszystkie batony na raz. Wtedy musieliśmy sprostać ostatniemu wyzwaniu – gdy chwytak sięgał na dno pudełka zaczynał się klinować.

Rozwiązanie problemu

Kluczem do rozwiązania problemów było zastosowanie produktów firmy Balluff. Podstawą jest system IO-Link. Użyliśmy dwóch  masterów IO-Linkowych i trzy hub’y. Do systemu podłączone są wszystkie czujniki Balluff: odbiciowe, obecności pudełek oraz te, które sprawdzają jak głęboko robot ma wjechać do pudełka i jak głęboko ma wjechać do szyny, żeby odłożyć batony.

Ważnym elementem jest kolumna IO-linkowa, którą stosujemy bardzo często. Jest ona elastycznie konfigurowalna. W związku z tym, że ma całą gamę kolorów możemy w różny sposób przekazywać komunikaty operatorowi. Korzystając z kolumny Balluff możemy pokazywać poziom danego procesu. W przypadku urządzenia, o którym mowa, jest to poziom wypakowywania batonów z pudełka. Operator widzi, że za chwilę pudełko będzie puste, więc musi dołożyć następne. Priorytetem kolumny jest informowanie o alarmach i stanie pracy. Jeżeli jest on w normie, kolumna przełącza się na tryb pokazywania poziomu albo czasu cyklu – daje więc wiele możliwości.

Użyliśmy też czujników do pomiaru odległości – gdzie robot ma wjeżdżać i kamery Balluff do drugiej kontroli i weryfikacji czy żaden batonik się nie przewrócił (zdarza się jeszcze, że na 10000 batoników jeden się przewraca). Wszystko poza kamerą jest oparte na IO-Link. Do obsługi maszyny jest potrzebny tylko operator, który ładuje pudełka i odbiera puste.

Oczywiście musieliśmy się przygotować na wypadek awarii robota. Dlatego zainstalowaliśmy podesty z boku. W razie problemów demontujemy pionową szynę a na jej miejsce instalujemy poziomą, która do czasu naprawy robota może być obsługiwana przez dwie osoby.

Wykorzystując materiały dostarczone przez firmę Balluff mogliśmy cały czas liczyć na profesjonalne wsparcie ze strony Pan Jarka Burzawy, dzięki któremu udało się bardzo sprawnie otrzymać i wdrożyć nasze zamówienie.

Dlaczego wybraliśmy czujniki i IO-link

IO-link stosujemy, ponieważ jest wygodny, pozwala dodawać kolejne elementy w prosty i intuicyjny sposób, daje też dużo możliwości do parametryzacji. Jego wykorzystanie pozwala uniknąć karkołomnych, czasochłonnych czynności, robienia dławików do szafy, instalowania w niej kilometrów przewodów, szukania miejsca na listwy przy instalacji nowych modułów i sterowników, oraz wypinania wszystkiego w momencie awarii. Ułatwia nam też szybką diagnostykę – gdy jest awaria, problem z którymś z akcesoriów, czy sensorów na maszynie, można od razu znaleźć źródło problemu.

W pierwszej fazie nie planowaliśmy korzystać z czujników odległości. Okazało się jednak, że nie można przyjąć precyzyjnych założeń dotyczących wysokości batoników – niektóre z nich różniły się nieznacznie ilością czekolady. Zdarzało się też, że trochę wystawały z opakowania. To powodowało, że gdy robot podjeżdżał i załączał ssawkę nie był w stanie zabrać wyróżniającego się batonika. Wiele traciliśmy też na czasie cyklu, gdy robot włączał ssanie, powolutku zjeżdżał i czekał, aż pobierze wszystkie batoniki. Teraz czujnik kontroluje na jaki poziom chwytak ma zjechać, i w którym momencie włączyć ssanie. Do rozwiązania problemu konieczne było użycie laserowych czujników odległości. Dzięki temu, że na całej maszynie mieliśmy rozmieszczone komponenty I/O Link podłączenie nie sprawiało problemu i nie wymagało dokupowania dodatkowych kart do sterownika.

Korzyści dla firmy

Zastosowane przez nas rozwiązania mieszczą się w granicach wymaganego czasu produkcji. Jednak najważniejszą zaletą stworzenia Cobota jest jego wydajność, a także możliwość przekierowania czterech pracowników w miejsce, gdzie ich praca będzie mniej monotonna. Co ważne z biznesowego punktu widzenia – inwestycja ta, zwraca się już w przeciągu półtora roku. Zauważamy też, że proces robotyzacji zadowala samych pracowników – pozwala im to wykonywać zadania ciekawsze, lub tylko nadzorować procesy, zmniejszając zakres pracy fizycznej.

Zastosowanie produktu w innych miejscach

Opisane rozwiązanie jest dedykowane do konkretnego urządzenia, choć mogło by mieć też zastosowanie w przypadku produktów do około siedmiu kilogramów, które jesteśmy w stanie pobrać ssawkami. Wdrażamy wiele podobnych rozwiązań, w których roboty przejmują bardzo powtarzalne czynności. Jak widać, czasem niektóre proste czynności, jak pobranie i odłożenie batoników, mogą okazać się bardzo skomplikowane. Ale po to jesteśmy, żeby sobie z nimi poradzić.

Biuro Inżynierskie IEC sp. z o. o.

Wykonujemy zaawansowane prace inżynieryjne, które pozwalają na usprawnienie pracy przedsiębiorstwa, zwiększenie wydajności realizowanych działań czy polepszenie bezpieczeństwa. Obszarem naszej podstawowej działalności jest tworzenie koncepcji obejmujących instalacje elektryczne i energetyczne, roboty przemysłowe, a także systemy wizyjne. Tworzymy projekty i wizualizacje urządzeń i całych systemów. Zajmujemy się też ich realizacją, przygotowując niezwykle przydatne w działalności przemysłowej produkty, przyspieszające funkcjonowanie firmy. Wśród oferowanych produktów mamy między innymi zrobotyzowaną stację do paletyzacji, dedykowane systemy wizyjne, manipulatory oraz inne cele zrobotyzowane oparte na robotach przemysłowych i robotach współpracujących. Wykonujemy instalacje energetyczne i elektryczne czy systemy wizyjne na terenie całego kraju. Regularnie współpracujemy z firmą Balluff. Ze względu na lokalizację naszej firmy w sposób szczególny zachęcamy do współpracy klientów ze Śląska, zwłaszcza z Gliwic i okolic tej miejscowości.

Jeżeli mierzysz się z podobnymi problemami do tych, opisanych w artykule, lub chcesz usprawnić procesy produkcyjne w Twojej firmie, zapraszamy do kontaktu.

tel.: +48 601 403 624

e-mail: biuro@biuroinzynierskie.pl

więcej o nas: https://www.biuroinzynierskie.pl/