Firma Nelissen specjalizująca się w obróbce skrawaniem instaluje robota do obsługi maszyny, aby sprostać rosnącym wymaganiom dotyczącym wielkości produkcji

Zadanie:
W związku z niedoborem wykwalifikowanych operatorów firma Fijn Mekaniek Nelissen musiała znaleźć nowe rozwiązanie, aby być w stanie realizować coraz większą liczbę zamówień.

Rozwiązanie:
W celu rozwiązania tego problemu firma Nelissen zdecydowała się na automatyzację obsługi tokarki CNC Mazak Integrex 200-IV. Po konsultacji z integratorem systemów firmą Robojob zainstalowała ona 6-osiowego robota FANUC wraz z „zintegrowanym systemem uchwytu robota”.

Wynik:
Robot pracuje przez całą dobę siedem dni w tygodniu, nie choruje, nie męczy się i nie musi mieć wolnych weekendów. Dzięki temu operator może poświęcić więcej czasu na programowanie i ustawianie tokarki CNC oraz inne zadania, na które wcześniej tego czasu brakowało.


Braki kadrowe zmuszają Nelissen do sięgnięcia po roboty

CIĘŻKA PRACA I TROCHĘ SZCZĘŚCIA

Fijn Mekaniek Nelissen to firma specjalizująca się w obróbce skrawaniem na maszynach CNC. Wykorzystuje techniki toczenia, frezowania i wycinania drutowego. Baza klientów jest bardzo zróżnicowana. Obejmuje nie tylko producentów maszyn, ale również firmy z sektorów motoryzacyjnego i lotniczego. Dodatkowo Fijn Mekaniek Nelissen świadczy także usługi napraw w nagłych wypadkach — to profil, który doskonale wpisuje się w dużą elastyczność działania firmy.

Pasja do metali

Paul Nelissen zaczął pracować na własny rachunek w 1990 r., po wieloletnich doświadczeniach na stanowisku brygadzisty. Zaczął od maszyny do toczenia i frezowania sterowanej przez CNC. Jak sam wspomina: „Na początku 50% to ciężka praca, a 50% szczęście”. A szczęście mu sprzyjało; młode przedsiębiorstwo dość szybko osiągnęło swój obecny poziom. Bez wątpienia wykształcenie księgowe, które ten biznesmen odebrał przed wkroczeniem do branży obróbki metalu, pomogło również zachować zdrowe podejście finansowe. Jednak tym, co najlepiej symbolizuje Paula i jego firmę, jest pasja wytwarzania idealnych części, absolutnie zgodnych ze specyfikacjami klientów. „Może to nie brzmieć jak coś szczególnego, ale wyprodukowanie z bloku metalu gotowego przedmiotu, który idealnie spełnia oczekiwania klienta, jest wspaniałym uczuciem”.

Niedostatek personelu

Paul przekazuje również tę filozofię swoim pracownikom, a szczególnie operatorom obrabiarek CNC. Obroty firmy Fijn Mekaniek Nelissen rosną średnio 10% rocznie, dlatego cały czas potrzebuje ona coraz więcej ludzi i maszyn. Jednak znalezienie osób, które są wystarczająco zmotywowane do nauki tej technologii, wydaje się problemem nie do przezwyciężenia.

NIEDOBÓR OPERATORÓW CNC

„Dzisiaj operatora tokarki lub frezarki dalej postrzega się jako faceta w brudnym, zachlapanym olejem kombinezonie, stojącego po kolana w opiłkach metalu”, mówi ze śmiechem, ale też nieco cynicznie. Prawda wygląda zupełnie inaczej. Miejsce pracy jest bardzo czyste; w powietrzu nie wisi oleista mgiełka, nie ma także hałasu. Krótko mówiąc, rządzą w nim nowoczesne technologie.

Mało nowych kandydatów do pracy

Nieprawdziwy wizerunek zawodu operatora CNC jest bardzo szkodliwy w kontekście zainteresowania pracą w tej branży. Niewielki napływ uczniów do szkół technicznych oznacza oczywiście małą liczbę osób, która je opuszcza. Pozyskanie absolwenta, który jest jednocześnie zmotywowany, inteligentny, aktywny i potrafi pracować niezależnie, jest praktycznie niemożliwe. Paul Nelissen: „Trzeba od dwóch do pięciu lat, zanim operator CNC będzie w stanie wykonywać swoją pracę bez pomocy innych. A mówię o osobie, która ma wykształcenie techniczne”.

Powtarzalność pracy

Znalezienie właściwych osób nie jest jedynym problemem. Później trzeba zadbać, aby praca operatora była ciekawa i przede wszystkim stwarzała mu nowe wyzwania. „W obróbce skrawaniem przyjemność polega na łączeniu teorii z praktyką poprzez wyprodukowanie obrabianego przedmiotu. Dla doświadczonego operatora wyzwaniem jest również skonfigurowanie maszyny. Gdy masz to już za sobą i rozpocznie się faktyczna produkcja, kończy się zabawa.  Później pozostaje już tylko wkładanie materiałów wyjściowych i odbieranie produktów.

AUTOMATYZACJA

W celu rozwiązania obu problemów Paul Nelissen postanowił zautomatyzować załadunek i rozładunek swojej tokarki CNC Mazak Integrex 200-IV. Skonsultował się w tej sprawie z integratorem systemów, firmą Robojob. W efekcie stworzono rozwiązanie składające się z 6-osiowego robota FANUC oraz systemu IRS-CW, co oznacza „zintegrowany zrobotyzowany system obsługi uchwytów”.

Opis konfiguracji

Zaawansowana tokarko-frezarka ma dwa uchwyty. Robot FANUC stoi na lewo od otworu wejściowego maszyny, a jego nachylenie gwarantuje, że nie stanowi przeszkody dla operatora. Obok robota znajduje się system IRS-CW zarządzający doprowadzaniem surowych elementów, które mają być obrabiane, oraz odbiorem gotowych wyrobów. Na przykład robot bierze z półki nieobrobiony przedmiot i przez automatycznie otwierane drzwi przynosi go do pierwszego uchwytu. Po wykonaniu operacji w obu uchwytach ramię robota wyjmuje gotowy przedmiot z drugiego uchwytu i umieszcza je w systemie IRS-CW. Następnie cykl się powtarza.

Ramię robota

Zastosowany robot to FANUC M-120 iA — 6-osiowy model przemysłowy o zintegrowanej konstrukcji. Polega ona na tym, że kable sterujące są wbudowane w ramię. Ułatwia to poruszanie się robotowi i gwarantuje zabezpieczenie kabli w każdych okolicznościach. W ten sposób są również chronione przewody pneumatyczne. Sterowanie ramieniem robota odbywa się poprzez kontroler R-30A z panelem sterowania (iPendant) umieszczonym w zasięgu ręki operatora. Ponieważ operator CNC nie zna się na programowaniu robota, firma Robojob zaprojektowała interfejs przeznaczony specjalnie do załadunku i rozładunku obrabiarek CNC. Cały układ sterowania wchodzi w skład systemu IRS-CW i tworzy połączenie między operacjami wprowadzania i wyprowadzania obrabianych przedmiotów, robotem oraz obrabiarką CNC. Ustawianie nowego cyklu roboczego trwa zaskakująco krótko. Średnio skonfigurowanie operacji załadunku i rozładunku nowych obrabianych elementów zajmuje ok. 5 minut. Oczywiście nowo utworzone programy można zapisywać do ponownego wykorzystania, co jeszcze bardziej przyspiesza konfigurowanie cyklicznych zadań. Krótki czas ustawiania pozwala na automatyzację podawania i odbierania nawet w produkcji krótkoseryjnej.

System IRS-CW

System zarządza wprowadzaniem surowych podzespołów i odbieraniem gotowych wyrobów. Elementy o różnych wymiarach (średnica od 23 do 250 mm) mogą być wkładane bez konieczności przestrzegania konkretnej pozycji. Zależnie od robota maksymalna dopuszczalna waga obrabianego przedmiotu wynosi 50 kg. Przedmioty są umieszczane na serwowspomaganych pochyłych płytach i utrzymywane w pozycji pionowej za pomocą regulowanych uchwytów. Dodatkowo w standardzie maszyna zawiera tacę na wyciekające płyny, które są z niej odprowadzane z powrotem do maszyny. Domyślnie robot jest wyposażony w dwa zaciski (po jednym dla wejściowego elementu i gotowego produktu) z układem szybkiej zmiany łap opracowanym przez Robojob. Przełożenie łap zajmuje raptem kilka sekund.

Rozszerzenie

System można opcjonalnie doposażyć w magazyn zacisków oraz układ automatycznej szybkiej zmiany kompletnych zacisków. Dodatkowo można go uzupełnić o prosty układ załadunku i rozładunku wzdłuż wybranych osi. Warto podkreślić, że system IRS-CW współpracujący z robotami FANUC można przystosować do niemal wszystkich starych i nowych obrabiarek CNC.

Montaż w zakładzie

Montaż całego systemu zajmuje dwa dni, po których następuje jednodniowe szkolenie poświęcone obsłudze układu sterowania robotem. W praktyce nauka jest znacznie mniej czasochłonna. Zazwyczaj operator ma opanowane sterowanie po kilku godzinach samodzielnej pracy.

Bezpieczeństwo

Obecnie opisywana instalacja jest chroniona przezroczystą obudową Troax z dwoma bezpiecznie przesuwnymi skrzydłami drzwi. Wadą tego rozwiązania jest duża ilość zajmowanego miejsca. Jest jednak całkowicie możliwe, i co ważniejsze, zgodne z nowymi normami eksploatacji robotów, aby wyeliminować obudowę, o ile tylko w robocie zostanie zamontowany laserowy skaner obwodowy. Skaner ten ustawicznie monitoruje otoczenie i sprawdza, czy wykryty poruszający się obiekt wejdzie na zaprogramowaną ścieżkę ramienia robota. Jeśli tak, system opóźni ruch, a w razie potrzeby całkowicie go zatrzyma. Umiejscowienie robota i składarki nie musi być ostateczne. W Fijn Mekaniek Nelissen firma Robojob aktualnie bada możliwość przestawiania tych urządzeń, tak aby można było ich używać także przy innych maszynach.

OCENA

Cena rozwiązania jest niemała. Zależnie od wybranego typu robota i zabezpieczeń trzeba wydać od 50 000 do 120 000 euro. Dlatego konieczne jest odniesienie kosztów automatyzacji do spodziewanego wzrostu wydajności. Następnie odejmiemy standardowy koszt wynagrodzenia 38 euro za godzinę. Dla porównania koszt własny produkcji przy podobnej konfiguracji wynosi od 3 do 8 euro za godzinę, przynajmniej do czasu zamortyzowania robota. Później trzeba płacić tylko za zużycie prądu. Paul Nelissen: „Po ustawieniu robot wykonuje swoją pracę; nigdy nie jest chory ani zmęczony, pracuje w weekendy... a po ponownym uruchomieniu automatyzacji operator przechodzi do swojego podstawowego zadania: programowania i ustawiania maszyny CNC”. Szef ds. biznesowych został wielkim zwolennikiem nowego systemu. „Wkrótce będziemy mieli nową maszynę, z robotem — to jedno jest pewne. Nie da się inaczej, ponieważ obecnie można się albo automatyzować, albo przenosić do tańszego kraju. A to drugie mnie w ogóle nie interesuje”.

Używane produkty firmy FANUC