Nowa, zautomatyzowana linia pakująca pomaga producentowi izolacji, firmie Isomo, zlikwidować wąskie gardło i zwiększyć produkcję

Zadanie:
Zapewnienie szybkiego, zautomatyzowanego rozwiązania, które zwiększy przepustowość na końcu linii w przypadku mniejszych paczek polistyrenowych płyt izolacyjnych i pozwoli firmie zwiększyć produkcję w celu zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania.

Rozwiązanie:
Zainstalowanie nowej linii wyposażonej w dwa roboty FANUC 410iB/300 do rozładunku i przenoszenia stosów płyt. Pierwszy robot podaje płyty drugiemu, który używa swoich zacisków w celu pobrania właściwej liczby płyt, i jeśli jest ich wystarczająco dużo, wysyła je do maszyny pakującej. Całym procesem łatwo steruje się za pomocą komputera.

Wynik:
Wydajność pakowania wzrosła dwukrotnie, dzięki czemu zostało zlikwidowane wąskie gardło i klient mógł zwiększyć produkcję. Szybkość i efektywność robotów skróciła czasy cyklu i zmniejszyła liczbę zmian z trzech do dwóch.


Miejsce generuje dodatkowy obrót

Mało kto dziś wie, że Isomo to skrót od ISOlation Modern. Jest to dobrze znana marka płyt z polistyrenu porowatego, które w Belgii noszą nazwę handlową Styrofoam. Należąca od początku do rodziny Vereecke firma Isomo z siedzibą w Kortrijk rozpoczęła produkcję płyt polistyrenowych w 1956 roku.

Isomo sprzedaje 40% swojej produkcji w Belgii. Dalej idzie Francja, ważny rynek zbytu o dużym potencjale wzrostu, szczególnie w przypadku płyt o małym formacie. Ten rynek odnotował szybki wzrost w zeszłym roku i należało z niego jak najszybciej skorzystać. Problem polegał na tym, że istniejąca linia pakująca stała się wąskim gardłem dla małych formatów i nie powalała rozwinąć produkcji. Jednak początkowo skupiono się na szybkim pakowaniu półręcznym, aby wejść na nowy rynek.   Od sierpnia 2011 roku działa nowa linia zrobotyzowana, która szybko i zyskownie radzi sobie z małymi formatami. Oprócz podwojenia wydajności pakowania (która stanowiła wąskie gardło), a co za tym idzie — wydajności produkcji, ten dział mógł również przejść z trzech zmian na dwie. Wynik: dzięki tej inwestycji wartej pół miliona euro rosnący rynek we Francji przekłada się na poważne wyniki biznesowe.

Industry Technical & Management zorganizowało dyskusję na temat tej nowej instalacji robotów, w której wzięli udział: Thierry Vereecke, dyrektor zarządzający, i Dieter Werniers, kierownik techniczny z firmy Isomo, Hans Van Essche, zastępca dyrektora generalnego, i Jelle Parmentier, inżynier projektów z firmy Fraxinus (projektant i konstruktor nowej linii pakującej), oraz Peter Kiekens i Annelies Vander Hulst z firmy FANUC (dostawca robotów).

Produkcja płyt Isomo

Surowcem dla płyt Isomo jest polistyren porowaty. Wynalazła go firma BASF w latach 50., ale ponieważ patent wygasł, jest obecnie dostarczany na rynek przez wiele różnych firm. Dzieli się na dwa podstawowe typy: biały czysty polistyren oraz czarny polistyren z dodatkiem czarnego węgla. Ten drugi ma lepsze właściwości izolacyjne (także w zakresie izolacji dźwiękowej). Zależnie od tego, jakie końcowe właściwości chce się uzyskać (np. ognioodporność), do polistyrenu dodaje się różne dodatki.

Produkt podstawowy jest dostarczany w postaci mikrokomórek o rozmiarze cukru pudru, z zewnętrzną ścianką polistyrenową i pentanem jako środkiem porotwórczym. Podczas podgrzewania środek porotwórczy powoduje, że objętość komórek wzrasta do 50 razy, jest do nich również zasysane powietrze. Proszek jest ekspandowany w pierwszym kroku produkcji seryjnej przez wstrzyknięcie pary do silosu, aby bardziej rozprężyć granulki polistyrenu. Rozmiar granulek jest funkcją ilości pary dostarczonej podczas ekspandowania. Poziom rozprężenia zależy, od tego, jaką gęstość ma mieć przyszła płyta. Po początkowym wymuszonym suszeniu, trwającym określony czas, granulki są przechowywane w silosach przed dalszym przetwarzaniem.

W drugim kroku odpowiednia ilość granulek jest przenoszona drogą powietrzną z silosu do formy. Granulki są ponownie bardziej rozprężane przez wprowadzenie powietrza. Z powodu ograniczonej objętości (forma ma rozmiar 6 x 1,2 m x 1 m) rozprężone granulki są do siebie dociskane i stapiają się ze sobą, tworząc jednorodny blok zawierający głównie powietrze (około 95% objętości), zamknięte w polistyrenowych granulkach.

Ten blok materiału izolacyjnego jest przechowywany w magazynach, dopóki cała reakcja nie zakończy się. Trzecim krokiem jest pocięcie tego bloku. Trzy kroki: pierwszym kryterium jest gęstość — występują różne gęstości zależnie od potrzeb klienta i zastosowania. Grubości wahają się od pojedynczych milimetrów (do tapet izolacyjnych) po dziesiątki centymetrów (np. do izolacji ścian). Najczęściej próbuje się utrzymać tę samą grubość płyty lub ograniczyć liczbę grubości do trzech. Określa się również żądaną szerokość (normalnie wynosi ona 1,2 m lub 1 m i od niedawna 0,6 m). Na ostatnim stanowisku roboczym wycinane są odpowiednie długości, wcześniej głównie 2 m, obecnie coraz więcej różnych długości, począwszy od 33 cm. To cięcie odbywa się mechanicznie za pomocą wytrzymałych drutów miedzianych, które są rozgrzewane przy wykorzystaniu ich oporu elektrycznego.  Napięty drut tnie blok, roztapiając go, a jednocześnie cięta warstwa jest uszczelniana i nadaje się jej gładką powierzchnię. Pozycja drutu jest ustawiana ręcznie. Sterowany przenośnik transportuje bloki przez trzy stanowiska robocze, gdzie są one automatycznie cięte.

Na podstawie referencji

Następnym krokiem jest pakowanie. Wcześniej płyty miały przeważnie 2 m długości (często były używane jako izolacja murów szczelinowych) i na potrzeby ich pakowania (w folię w celu ułatwienia przenoszenia większej liczby płyt) do końca lat 80. nabyto specjalną maszynę. Pocięte bloki są transportowane za pomocą pasa transportowego do maszyny pakującej. Płyty są tam wyładowywane i umieszczane ręcznie na maszynie foliującej. Folia jest owijana wokół nich i zgrzewana. Paczki są następnie ręcznie pobierane i umieszczane na palecie.

Francja była ważnym rynkiem dla majsterkowiczów, którzy potrzebowali mniejszych rozmiarów płyt i mniejszych paczek. W przypadku remontów, takich jak renowacje i ocieplanie ścian, również są używane płyty mniejszych rozmiarów. Tam, gdzie w przypadku większych płyt tempo ich układania dochodziło do 60 m kw./godz., w przypadku mniejszych spadło do 30 m kw./godz. To spowodowało, że maszyna tnąca musiała głównie odpoczywać. Innymi słowy, cała produkcja spadła zbyt drastycznie i koszt własny małych formatów stał się zbyt wysoki, nie można było więc odpowiednio skalkulować ceny sprzedaży.

Aby nie wypaść z tego rynku, do końca 2010 roku zdecydowano o instalacji specjalnej linii dla mniejszych formatów. Za pośrednictwem firmy Desco, dostawcy pierwszej maszyny pakującej, która okazała się bardzo dobra, firma ISomo skontaktowała się z firmą Fraxinus.  Na podstawie maszyny pakującej Seco zaprojektowała ona i skonstruowała instalację robotów, za pomocą której można pakować trzy różne grubości razem.

Dwa roboty w rzędzie

Nowa linia zrobotyzowana ma dwie pozycje robotów, obie wyposażone w robota FANUC-410iB/300 (o maksymalnym łącznym obciążeniu 300 kg). O wyborze robota decydowały również takie czynniki, jak maksymalna waga, obszar roboczy i rozmaite siły, które muszą działać na robota. Pocięte paczki z różnymi liczbami płyt (grubości płyt też mogą być różne), tworzące różne stosy jeden za drugim, są przenoszone z maszyny tnącej na przenośnik transportowy. W pierwszej pozycji robota są one przenoszone stos po stosie na kolejny przenośnik, który transportuje je do pozycji rozładunku. Robot wybiera właściwą liczbę płyt za pomocą swojego zacisku i za pośrednictwem przenośnika rolkowego przekazuje je do maszyny pakującej. Jeśli liczba płyt o grubości, jaką zawiera stos, jest mniejsza niż liczba w opakowaniu, robot odkłada je w jednej z pozycji oczekiwania. Jeśli w pozycji oczekiwania znajduje się wystarczająca liczba płyt o grubości określonej dla opakowania, robot wysyła paczkę z tej pozycji do maszyny pakującej.

Paczka przechodzi po przenośniku rolkowym do maszyny foliującej, gdzie jest owijana w folię, a następnie folia jest ściśle pieczętowana. Czas cyklu maszyny pakującej wynosi osiem sekund. Celowo zrezygnowano z obkurczania, aby płyty termoizolacyjne nie uległy uszkodzeniu (mogłyby się stopić w wyższej temperaturze). Zapakowane płyty po przenośniku rolkowym wędrują do drugiego robota, który zapewnia, że paczki są układane zgodnie ze wzorcem określonym dla odpowiedniej palety. Można przetwarzać do trzech różnych grubości, więc paczki mogą być układane na trzech różnych paletach. Między dwoma robotami znajduje się urządzenie drukujące i przyklejające etykiety, dzięki czemu paczki są odpowiednio etykietowane.

Kombinacja PC-PLC

Całym procesem steruje komputer PC. Za pośrednictwem sieci Ethernet obsługuje on drukarkę etykiet, sterownik robota, sterownik maszyny pakującej i sterownik PLC (Siemens S7), który obsługuje pozostałą część linii. Sterownik PLC uruchamia zaciski pneumatyczne, a także pas przenośnika załadunkowego i rozładunkowe przenośniki rolkowe. Oba przenośniki rolkowe są napędzane silnikiem przekładniowym SEW połączonym z rolkami łańcuchem; jego prędkością steruje sterownik częstotliwości firmy Lenze, który komunikuje się ze sterownikiem PLC za pośrednictwem sieci Profibus.

Obecnie dla każdego przychodzącego bloku do pocięcia operator musi wybrać „metodę obróbki” na komputerze. Jest on wstępnie zaprogramowany i pozwala wybrać wzorzec cięcia przychodzącego bloku oraz wzorzec pakowania płyt. Myślimy o tym, aby w przyszłości to sterowanie odbywało się na podstawie kodu kreskowego odczytywanego na maszynie, oraz, w dalszej kolejności, o wprowadzeniu centralnego systemu ERP. Oprogramowanie jest już dostarczone. System nadzoru, opracowany przez firmę Fraxinus, jest w dużej mierze graficzny i pozwala śledzić pracę wzrokowo oraz lokalizować występujące przerwy. 

Chwytaki pneumatyczne

Chwytaki zostały specjalnie zaprojektowane przez firmę Fraxinus. Mają one podwójny układ zaciskowy, składający się ze ścianek bocznych dociskanych do płyt Isomo i ścianek zacisku z dodatkowym zestawem szpilek, które są wbijane w płytę (co zapobiega jej wypadnięciu).  W działaniu ścianek i szpilek biorą udział pneumatyczne cylindry (Festo).

Była opcja, aby te działania odbywały się za pośrednictwem osi serwowrzeciona. Zaletą byłoby to, że można by ją zintegrować z robotem jako szóstą oś, ale koszt byłby bardzo wysoki, ponieważ stały margines maszyny musiałby być bardzo mały  (obecnie są dwie szerokości bloków —  100 i 120 cm).

Uruchamianie etapowe

Umowa z firmą Fraxinus została zawarta w grudniu 2010 roku. Na podstawie pierwszych projektów linii zrobotyzowanej (na razie z jedną grubością płyty na blok) firma Isomo złożyła zamówienie w styczniu 2011 roku. Na etapie projektowania szczegółowego zdecydowano się zwiększyć elastyczność przez dopuszczenie trzech grubości na paczkę. W marcu można było rozpocząć tworzenie rzeczywistej konstrukcji.

Instalację na miejscu zrealizowano w dwóch częściach. Najpierw zainstalowano robota zdejmującego paczki ze stosów oraz maszynę pakującą — rozpoczęły pracę 6 czerwca 2011 roku. Paczki na paletach nadal układano ręcznie, ale owijanie folią szło znacznie szybciej (było to ważne, bo czerwiec to miesiąc, w którym jest dużo zamówień).  Ostatnią częścią był robot układający paczki na paletach, który zaczął pracować w sierpniu 2011 roku.  Szybkość działania linii pakującej znacznie wzrosła — obecnie wynosi ona 60 m³/godz., a w niektórych przypadkach  nawet 80 m³/godz., dwa razy więcej niż wcześniej. Dzięki temu można było zrezygnować z nocnej zmiany.

Używane produkty firmy FANUC