Nová automatizovaná balicí linka pomáhá společnosti Isomo, vyrábějící izolační materiály, odstranit úzký profil ve výrobě a zvýšit produkci.

Zadání:
Zajistit vysokorychlostní automatizované řešení manipulace, které by zvýšilo kapacitu závěrečné části linky pro menší balení polystyrenových izolačních desek, umožnilo rozšířit výrobu a uspokojit rostoucí poptávku.

Řešení:
Vybudovat novou linku vybavenou dvěma roboty FANUC 410iB/300, které budou zajišťovat odebírání a přesun stohů desek. První robot bude desky předávat druhému. Ten pomocí svých úchopových prvků vezme správný počet desek, jsou-li k dispozici, a odešle je do balicího stroje. Celá sestava je ovládána a řízena z počítače a práce s ní je velmi jednoduchá.

Výsledek:
Balicí kapacita se zdvojnásobila, neboť byl odstraněn úzký profil. Zákazník tedy mohl zvýšit objem výroby. Rychlost a efektivita robotů zkrátila doby cyklů a umožnila práci snížit počet směn ze tří na dvě.


Vyšší tržby díky většímu prostoru

Jen málo čtenářů si ještě pamatuje, že Isomo znamená ISOlation Modern, tedy moderní izolace. Je to známá značka izolačních desek z pěnového polystyrenu. Generický název tohoto materiálu v Belgii je Styrofoam. Výrobní závod na desky Isomo se nachází v Kortrijku a od svého založení v roce 1956 až dosud patří rodině Vereecke.

Čtyřicet procent své produkce prodává firma Isomo v Belgii. Dalším významným odbytištěm je francouzský trh, který má značný růstový potenciál zejména u malých formátů. Loni zaznamenal značný růst, jehož bylo potřeba co nejrychleji využít. Jenže stávající balicí linka představovala v případě malých formátů úzký profil. To využití francouzských příležitostí značně komplikovalo. Dodávky na nový trh však bylo třeba nějak zajistit, proto se firma z počátku uchýlila k poloautomatickému balení.   V srpnu 2011 pak zprovoznila novou robotickou linku, která dokáže rychle a efektivně zpracovávat i malé formáty. Kromě zdvojnásobení balicí kapacity (a protože šlo o úzký profil, tak i výrobní kapacity) se tuto část provozu podařilo převést ze tří směn na dvě. Výsledkem je, že při investici půl milionu eur přináší rostoucí francouzský trh významné obchodní výsledky.

Industry Technical & Management uspořádal diskusi o této nové robotické lince, které se zúčastnili generální ředitel firmy Isomo Thierry Vereecke a její technický ředitel Dieter Werniers, Hans Van Essche, zástupce ředitele firmy Fraxinus (která tuto novou balicí linku navrhla a vyrobila) a její projektový inženýr Jelle Parmentier, a dále Peter Kiekens a Annelies Vander Hulst ze společnosti FANUC (která dodala robot).

Výroba desek Isomo

Surovinou na výrobu desek Isomo je pěnový polystyren. Ten byl vynalezen společností BASF v 50. letech 20. století, od vypršení platnosti jejího patentu ho však na trh začaly dodávat i četné další firmy. Existují dva základní typy: bílý čistý polystyren a černý polystyren s přídavkem uhlíku. Druhý z nich má lepší izolační vlastnosti (i jako zvuková izolace). Podle potřebných konečných vlastností se do polystyrenu přidávají aditiva (např. při výrobě ohnivzdorných typů).

Základní produkt se dodává jako mikrogranule o velikosti práškového cukru, jejichž vnější stěny jsou z polystyrenu a které jako pěnicí médium obsahují plynný pentan. Po zahřání toto médium dokáže zvětšit granule až padesátkrát, přičemž dojde k nasátí vzduchu do jejich nitra. V prvním výrobním kroku je vpuštěním páry do sila prášek expandován na větší duté polystyrenové kuličky, jejichž velikost závisí na páře použité k expanzi. Rozsah provedené expanze závisí na potřebné hustotě vyráběných desek. Po úvodním nuceném sušení, které trvá stanovenou dobu, jsou tyto kuličky uskladněny v silech k dalšímu zpracování.

Ve druhém kroku je potřebné množství kuliček přesunuto tlakovým vzduchem ze sila do formy. Poté jsou kuličky dále expandovány, tentokrát vstříknutím vzduchu. Vzhledem k omezenému objemu (forma je velká 6 x 1,2 x 1 m) se expandované kuličky tlačí na sebe navzájem a spojí se v homogenní blok obsahující velké množství vzduchu (asi 95 % objemu) uzavřeného ve vzájemně spojených uzavřených polystyrenových kuličkách.

Tento blok izolačního materiálu je uložen na určitý počet dnů ve skladech, dokud není celá reakce ukončena. Třetím krokem je nařezání vyrobeného bloku, a to ve třech krocích: Prvním je řezání na tloušťku. Ta se značně liší podle toho, k čemu chce zákazník desky využít. Pohybuje se od jednoho milimetru (u izolačních tapet) až po několik desítek centimetrů (například při izolaci zdí). Většinou je snaha pracovat při manipulaci s deskami stejné síly nebo maximálně se třemi různými tloušťkami. Dále je třeba upravit desky na požadovanou šířku (ta je zpravidla 1,2 m nebo 1 m a v poslední době i 0,6 m). Na posledním pracovišti jsou desky nařezány na správnou délku. Původně to byly většinou 2 metry, nyní ale stále častěji i různé jiné délky od 33 cm. Řezání se provádí mechanicky předpjatými měděnými dráty s odporovým zahříváním.  Natažený drát se tedy protaví skrz polystyrenový blok, čímž zároveň uzavře řeznou plochu a dodá jí hladký povrch. Polohování drátu se provádí ručně. Těmito třemi pracovišti bloky projíždějí po řízeném dopravníku. Jejich řezání probíhá automaticky.

Základem byly reference

Dalším krokem je balení. V minulosti byly desky dlouhé většinou 2 metry (často sloužily jako izolace v dutých zdech). K jejich balení (balí se stanovený počet desek do plastové fólie) firma na konci 80. let zakoupila stroj. Nařezané bloky se do balicího stroje přepravují pásovým dopravníkem. Z dopravníku je obsluha ručně přemístí do balicího stroje, který je zabalí do fólie a tu zataví. Balíky jsou opět ručně přeneseny na paletu.

Na francouzském trhu se začali ve velké míře prosazovat kutilové, kteří požadovali menší desky a menší balení. Menší desky se používají i při stavebních úpravách, jako jsou renovace a zateplení zdí. Zatímco u velkých desek byla rychlost 60 m2 za hodinu, u malých desek klesla na pouhých 30 m2/hod. Řezací stroj kvůli tomu značnou část doby zahálel. Jinými slovy, výsledná výrobní kapacita drasticky klesla a výrobní cena malých formátů proto byla příliš vysoká, což mělo neblahý vliv na výpočet ceny prodejní.

Firma však nechtěla tento trh nechat nevyužitý, a tak se na konci roku 2010 rozhodla vytvořit speciální linku na desky menších formátů. Přes firmu Desco, která jí dodala první balicí stroj, s nímž byly jen ty nejlepší zkušenosti, se firma Isomo zkontaktovala se společností Fraxinus.  Ta na základě balicího stroje Seco navrhla a postavila robotickou sestavu umožňující balení desek tří různých tlouštěk současně.

Dva roboty v řadě

Nová robotická linka obsahuje dva roboty. V obou případech jde o typ FANUC-410iB/300 (maximální zatížení kloubů 300 kg). Výběr robotu ovlivňuje i maximální hmotnost, pracovní prostor a různé síly, které na robot působí. Stohy o různém počtu nařezaných desek (jejichž tloušťka se může lišit) jsou z řezacího stroje jeden po druhém nakládány na dopravník. První robot stohy přesune na následující dopravník, který je převeze na vykládací místo. Robot pomocí úchopového prvku zvedne příslušný počet desek a položí je na válečkovou dráhu vedoucí do balicího stroje. Pokud je počet desek požadované síly ve stohu menší než potřebný počet desek pro jedno balení, odloží je robot na jedno z odkládacích míst. Jakmile je na některém z odkládacích míst dost desek dané síly, robot je zdvihne a odešle do balicího stroje.

Stoh pak pokračuje po válečkové dráze do fóliovacího stroje, kde je zabalen do fólie a ta je pečlivě zatavena. Doba cyklu balicího stroje je osm sekund. Firma se úmyslně rozhodla nepoužívat smršťovací obaly, aby nedošlo k poškození tepelně izolačních desek (ty se totiž za vysokých teplot mohou tavit). Zabalené desky se po válečkové dráze přesunou ke druhému robotu, který zajistí vyskládání balíků v příslušném uspořádání na paletu. Lze pracovat až se třemi různými tloušťkami desek, které lze vyskládat na tři různé palety. Mezi oběma roboty je zařízení, které tiskne a lepí etikety na jednotlivá balení.

Kombinace PC a PLC

Celá sestava je ovládána a řízena z počítače. K počítači je přes ethernetové rozhraní připojena tiskárna etiket, řídicí jednotka robotu, řídicí jednotka balicího stroje a jednotka PLC (Siemens S7), která řídí zbytek linky. PLC spouští pneumatické úchopové prvky, příjezdový dopravník a válečkové dráhy. Obě válečkové dráhy pohání motory s převodovkou přes řetězový pohon. Jejich rychlost je řízena frekvenčním řadičem Lenze, který s PLC komunikuje přes sběrnici Profibus.

V současnosti obsluha musí pro každý příchozí nařezaný blok na počítači zvolit „způsob manipulace“. Tyto způsoby jsou předem naprogramované a závisí na typu a způsobu rozřezání příchozího bloku a na požadovaném uspořádání balení. Do budoucna uvažujeme o změně tohoto ovládání tak, aby fungovalo na základě čtení čárového kódu strojem a centrálního systému ERP, který plánujeme. Software již byl instalován. Řídicí systém vyvinutý firmou Fraxinus obsahuje hodně grafických prvků a umožňuje vizuální práci a lokalizaci případných narušení provozu. 

Pneumatické úchopové prvky

Úchopové prvky na zakázku vyvinula firma Fraxinus. Používají systém dvojitého úchopu. Na jedné straně mají dvě postranní stěny, které tlačí na desky Isomo, ve stěnách úchopového prvku jsou navíc skupiny jehel, které jsou do desky zatlačeny (takže nemůže propadnout).  Postranní stěny a jehly pracují za pomoci pneumatických válců (Festo).

Bylo sice možno použít k tomu osu se servomotorem a vřetenem, kterou by pak bylo možno integrovat jako šestou osu do ovládání robotu – což by bylo velmi výhodné – jenže náklady by byly velmi vysoké. Nepochybně proto, že by bylo třeba udržovat velmi malý pravidelný okraj (v současnosti se vyrábí bloky dvou šířek: 100 a 120 cm).

Postupné uvádění do provozu

Firma Fraxinus byla oslovena v prosinci 2010. Na základě prvotního návrhu robotické linky (tehdy ještě s jedinou tloušťkou desek v každém bloku) firma Isomo v lednu 2011 učinila objednávku. Během zpracování podrobnějšího projektu bylo rozhodnuto zvýšit flexibilitu linky a umožnit až tři různé tloušťky v balení. V březnu začala výroba.

Instalace u zákazníka probíhala ve dvou částech. První část – obsahující balicí stroj a robot pro odebírání desek ze stohů – byla zprovozněna 6. června 2011. Skládání na palety se zatím provádělo ručně, nicméně balení šlo poměrně rychle (což se hodilo, neboť v červnu je velký objem výroby).  Poslední část tvořená paletizačním robotem byla instalována v srpnu 2011 a úspěšně uvedena do provozu.  Rychlost balicí linky se výrazně zvýšila. Za hodinu na ní lze zabalit 60 m³ desek, u některých typů až 80 m³/hod, což je dvojnásobek oproti dřívějšímu stavu. Díky tomu bylo možno zrušit noční směny.

Použité produkty FANUC