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Attività:
Jansen AG è un'impresa familiare con sede in Svizzera che produce tubi in acciaio e plastica da oltre 50 anni. Da quest'anno, il modello M-900iB/700 è stato introdotto nella linea di estrusione ammodernata per la produzione di sonde geotermiche, dimezzando i tempi di movimentazione.

Soluzione:
per aumentare la capacità e semplificare i processi produttivi, Jansen ha automatizzato mediante un robot la movimentazione dei fasci di tubi finiti. Il robot posiziona i fasci di tubi in modo da consentire il completamento manuale delle saldature. Quindi, l'operatore inserisce le estremità dei tubi corrispondenti in una saldatrice per plastica nelle vicinanze, in cui le basi delle sonde vengono saldate alla parte superiore e inferiore del tubo. A questo punto, il robot trasferisce il fascio nella postazione di pallettizzazione in cui viene fissato.

Risultato:
presso Jansen AG è operativo il più grande robot della Svizzera. Dopo il primo contatto con FANUC Svizzera, è stato contattato l'integratore di sistemi Robofact che ha implementato il sistema, prima in ROBOGUIDE e dopo con l'azienda. La modernizzazione dell'impianto ha aumentato produzione e prestazioni di Jansen AG. Ciò ha regalato a Jansen AG un record per la Svizzera che presenta il più grande numero di sonde geotermiche installate per chilometro quadrato al mondo.
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Robot FANUC per una movimentazione più rapida dei materiali 

Imballaggio su rullo

Jansen: robot da 700 kg per la movimentazione di tubi in plastica

Come indicato dalla gestione del programma dell'amministrazione federale dell'energia svizzera (SWF), la Svizzera è il Paese con più sonde geotermiche installate per chilometro quadrato. Un record poco noto in cui Jansen AG ha rivestito un ruolo fondamentale. L'azienda fornisce le sonde geotermiche richieste.

Per recuperare energia geotermica, viene interrato un sistema di tubi chiusi. La salamoia contenuta nei sistemi di tubazioni (un misto di acqua e antigelo) viene pompata nel sottosuolo, in cui viene riscaldata e inviata al flusso di ritorno. La salamoia riscaldata viene usata principalmente a scopo di riscaldamento o raffreddamento. I doppi tubi usati nel processo presentano un diametro di 40 mm e la lunghezza può facilmente raggiungere i 100 m, i 250 m e oltre. I fasci di tubi arrotolati possono pesare fino a 350 kg.

Jansen AG

L'impianto per tubi in acciaio è a conduzione familiare da tre generazioni e produce tubi in plastica da oltre 50 anni. I profili e i tubi in acciaio e plastica sono l'attività principale, con il segmento della plastica che occupa una quota molto ridotta della produzione. Tuttavia, con la crescita di entrambi i segmenti, il concetto di qualità è fondamentale nell'intera produzione. I profili per il settore edilizio e i tubi per il settore automobilistico sono nevralgici per il segmento dell'acciaio.

I tubi in plastica di Jansen sono utilizzati principalmente per il trasporto multimediale e nei tubi per energia geotermica. I materiali più importanti sono il polietilene e il polipropilene. La produzione avviene in tre turni, dal lunedì mattina al sabato mattina.  

Maggiore capacità tramite l'automazione

L'anno scorso, per aumentare la capacità e semplificare i processi di produzione, la linea di estrusione è stata modernizzata, con l'automazione dei processi di manipolazione dei fasci di tubi tramite robot. Il concetto di base e il primo layout sono stati creati dal project manager Manuel Frei e dal responsabile tecnico Urs Brülisauer. A questo punto, sono intervenuti Fanuc Switzerland e l'integratore dei sistemi Robofact, concordando sul concept e, immediatamente dopo, sulla relativa implementazione. Fino a quel momento, Jansen AG non aveva esperienza in ambito di robotica all'interno della propria produzione. Brülisauer: "Si è trattato per molti versi di un progetto pilota per noi. Da una parte, questo progetto così rivolto al futuro ci ha fatto compiere il primo passo nella robotica. Dall'altra, gli aspetti ergonomici rivestono un ruolo sempre più importante durante la pianificazione di nuovi impianti". Era altrettanto importante che il design della produzione "potesse garantire un margine competitivo a breve termine" ha affermato il responsabile tecnico.
Il robot per impieghi pesanti M-900iB di Fanuc offre una portata massima di 700 kg e uno sbraccio di 2832 mm.

In altre parole, l'obiettivo dell'automazione era il seguente: "Rendere automatici i processi più semplici e gestire le attività manuali più complesse". In origine, era stato preso in considerazione un pacchetto di automazione molto esteso, ma tutto è diventato subito più chiaro: "Un'automazione totale sarebbe stata molta impegnativa dal punto di vista tecnico ed economico". 

Alla Jansen, la manipolazione dei pesanti fasci di tubi viene affidata a un robot, che dimezza i tempi richiesti da una gru interna per il completamento dell'attività.

Il più grande robot in Svizzera

Per la selezione del robot, erano disponibili specifiche molto circoscritte. La capacità di carico era dettata dall'attività, mentre la portata approssimativa dello sbraccio dipendeva dalla disposizione dell'impianto. Manuel Frei: "Volevamo anche adottare uno standard, per soddisfare i requisiti di budget del progetto". Per via di questi requisiti, è stata contattata Fanuc Switzerland. Michael Schüpbach, direttore commerciale responsabile della robotica, ha contattato l'integratore di sistemi Robofact, che ha implementato il sistema. Il fatto che le due aziende, Jansen e Robofact, distino solo 40 minuti di auto l'una dall'altra ha agevolato la cooperazione, in particolar modo durante le fasi di accettazione preliminare e finale.

Presso l'impianto è stato installato un robot M-900iB per impieghi pesanti prodotto da Fanuc, con una capacità di carico di 700 kg e una portata di sbraccio di 2832 mm. La pinza, progettata e realizzata da Robofact, garantisce sempre una riserva, anche se il carico massimo di 350 kg non è centrato. Si tratta di una soluzione ottimale, poiché presso l'impianto, oltre alle lunghezze standard, vengono confezionati anche prodotti personalizzati, pertanto è fondamentale garantire la massima flessibilità. 

Il sistema è capace di adattarsi durante le operazione. Tuttavia il termine "adattarsi" non è del tutto corretto. Ad esempio, se i tubi dal diametro di 40 mm vengono avvolti in varie lunghezze comprese fra 50 e 400 m, occorre solo selezionare un programma idoneo sull'ordinatissimo pannello di controllo del sistema. Tutto il resto viene memorizzato nel programma. Se occorre lavorare con altri diametri, è sufficiente modificare il valore da 40 a 32 mm, mentre il sistema deve solo passare dalla linea di estrusione all'avvolgitore. Durata: da due ore a due ore e mezzo. La maggior parte del tempo viene impiegata per il retrofit del sistema di estrusione. Lo stesso avvolgitore, per via dell'automazione, crea diversi diametri senza la necessità di modifiche.

Tempi di manipolazione dimezzati

Senza un rullo di trasporto, i tubi di plastica fuoriusciti dalla linea di estrusione vengono avvolti con un doppio giro e tagliati su misura. L'inizio di una nuova sezione di tubi viene diretto verso la seconda stazione di avvolgimento. Una volta giunto alla stazione di avvolgimento, il gruppo di tubi viene fissato con strisce di imballaggio e arrotolato dalla stazione di avvolgimento al robot in una posizione predefinita. Il robot afferra il rullo e lo gira nella posizione in cui viene eseguita una saldatura completa manuale. In una macchina di saldatura adiacente, la base della sonda, una parte a forma di U, viene saldata all'estremità inferiore e all'inizio del primo tubo rivolto verso l'alto. A tale scopo, l'operatore inserisce le estremità corrispondenti del tubo nella macchina di saldatura plastica. Anche se non è cambiato alcun elemento del processo di saldatura, l'automazione robotica ha consentito di ridurre il tempo di manipolazione in questa fase da 15 minuti a circa 7 minuti. La manipolazione ordinaria con una gru interna era un'operazione molto più complessa. Una volta saldata la base della sonda, l'estremità del doppio tubo viene ricollegata. Quindi, il robot porta il gruppo completato alla stazione di palettizzazione in cui viene fissato con una guaina termosaldata.

Roland Egli, responsabile della gestione e proprietario di Robofact AG, Gossau: “Nello stabilimento Jansen Abbiamo installato il primo robot in Svizzera dotato di una tale capacità di carico”.  

Tuttavia, la costruzione dello stabilimento e la programmazione erano comparabili a quelle degli impianti più piccoli. Roboguide ha simulato il profilo di movimento completo dal robot. “L'accessibilità delle operazioni manuali era un problema nel processo di design”, spiega Egli. Tuttavia, per prevenire la "deformazione a freddo" della protezione di sicurezza, gli specialisti di robotica di Robofact hanno lavorato in funzione della sicurezza. La cabina viene protetta da cellule fotoelettriche e da uno scanner per pavimenti. Una luce bianca indica ai dipendenti la possibilità di accedere liberamente all'area di lavoro. “Grazie alla soluzione scelta, possiamo utilizzare il nostro staff in maniera molto più efficiente", conclude Brülisauer. “Siamo diventati più veloci e molto più efficienti”. L'introduzione di un sistema a doppio giro ha offerto maggiori capacità di produzione. Inoltre, la produzione della sezione di estrusione è stata notevolmente aumentata grazie all'utilizzo delle nuove apparecchiature. Tuttavia, la velocità del robot è stata limitata al 60% dopo le prove iniziali a massima velocità, poiché i tempi di manipolazione non si rispecchiavano nei tempi del ciclo.

La totale automazione ha consentito di ridurre anche le spese relative al personale. Il potenziale in termini di risparmio è legato soprattutto alla riduzione delle lunghezze, poiché in questo caso è presente una maggiore percentuale di operazioni di natura manuale.

L'ammortizzazione richiederà da tre a quattro anni. Un elemento appare chiaro: “Nell'intero stabilimento siamo riusciti a ottenere un notevole avanzamento dello sviluppo di questo tipo di produzione”, spiega Manuel Frei. Ciò riguarda soprattutto la capacità e l'efficienza della produzione dello stabilimento. “Prodotti ideali, apparecchiature efficienti, alta qualità e vicinanza al mercato” sono gli elementi chiave del successo di Brülisauer.
La presa progettata e costruita da Robofact è stata realizzata in modo da offrire una riserva anche in presenza di un carico massimo non centrato di 350 kg.