Используйте навигацию

Новая линия автоматизированной упаковки позволяет компании Isomo, занимающейся производством изоляционных материалов, избавиться от проблем и повысить объемы производства

Задача:
Разработка высокоскоростного решения для автоматизации операций загрузки-разгрузки, позволяющего повысить производительность на конечной стадии производства небольших упаковок изоляционных плит из пенополистирола, а также расширить производство и удовлетворить растущий спрос.

Решение:
Монтаж новой производственной линии, на которой установлены два робота FANUC 410iB/300 для разгрузки и перемещения упаковок плит. Первый робот подает пластины, а второй — поднимает их с помощью захватного устройства и укладывает необходимое количество пластин на транспортер, ведущий к упаковочному автомату. Весь процесс управления линией осуществляется с компьютера, что упрощает эксплуатацию станка.

Результат:
Мощность упаковочной линии удвоена, проблемы решены, заказчику удалось повысить объемы производства. Автоматизация с помощью высокоскоростных и эффективных роботов позволила сократить продолжительность циклов и оптимизировать производство с трех смен до двух.


Компактность повышает объемы продаж

Немногие знают, что Isomo — это аббревиатура для Isolation Modern («Современная изоляция»). Isomo — известный производитель пластин из полистирола или, как его называют в Бельгии, пенополистирола. Пластины Isomo изготавливаются на заводе в бельгийском городе Кортрейк. Производство было запущено в 1956 г., а сама компания входит в группу Groep Vereecke.

40 % продукции Isomo продается на рынке Бельгии. Второй по объему рынок — Франция. Этот рынок предоставляет потенциальные возможности роста за счет небольших точек розничной торговли. В прошлом году отмечался быстрый рост этого рынка, поэтому необходимо как можно скорее воспользоваться возможностями, которые он предлагает. Проблема заключалась в том, что существующая упаковочная линия компании не подходила для малоформатного производства и, как следствие, не позволяла получать прибыль на этом рынке. Изначально производственный процесс осуществлялся наполовину вручную и ускорялся за счет небольшой доли автоматизации.   В августе 2011 г. в эксплуатацию была введена роботизированная линия для малоформатного и экономически эффективного производства. Удвоив мощность упаковочной линии (и избавившись от проблемы в виде недостаточного объема производства), руководство смогло сократить количество рабочих смен с трех до двух. Полмиллиона евро, вложенные в новую технологию, позволили воспользоваться возможностями французского рынка и принесли свои плоды.

Руководство по технологиям обсудило возможности установки новых роботов с управляющим директором Тьерри Верэкке, исполнительным техническим директором Isomo Дитером Верньером, заместителем директора Ханцом ван Эске, инженером-проектировщиком Fraxinus Джелле Парментье (разработчиком и проектировщиком новой упаковочной линии), а также представителями FANUC (поставщиком роботизированных решений) Аннелисом Вандер Хульстом и Питером Кьекенсом.

Производство пластин Isomo

Пластины Isomo изготавливаются из пенополистирола. Этот материал был изобретен концерном BASF еще в 1950-х, но после истечения срока действия патента этот материал используется различными компаниями. Существует два основных типа: белый чистый пенополистирол и черный пенополистирол с примесью технического углерода. Второй тип обладает изоляционными свойствами (включая звукоизоляцию). В зависимости от необходимых свойств конечного продукта (например, его огнеупорности) в пенополистирол добавляются различные компоненты.

Сырье представляет собой микрогранулы (как мелкий сахарный песок), внешняя поверхность которых покрыта пенополистиролом и газообразным пентаном (окислитель). При нагревании окислитель заставляет гранулы увеличиваться в размере (до 50 раз), воздух проникает в гранулы. На первой стадии производства пенополистирольные гранулы расширяются за счет закачки пара. Степень расширения зависит от желаемой плотности конечного продукта — пластины. После первой сушки расширенные гранулы отправляются на склад в ожидании дальнейшей обработки.

На втором этапе гранулы необходимого веса направляются в пресс-форму по воздуховоду. Выполняется дальнейшее расширение гранул посредством закачки пара. Из-за ограниченных размеров пресс-формы (6 x 1,2 x 1 м) расширяющиеся гранулы прижимаются друг к другу и сливаются в однородный блок, содержание воздуха в котором составляет около 95 % от общего объема. Воздух удерживается в гранулах пенополистирола, склеенных друг с другом.

Блочный изоляционный материал хранится на складе до завершения реакции в блоке. Третий этап заключается в резке блока. Резка состоит из трех этапов. Сначала блоки отбираются по плотности в соответствии с пожеланиями заказчика и сферой применения. Например, для изоляционных обоев нужны блоки толщиной один миллиметр, а для изоляции стен — толщиной несколько десятков сантиметров. Как правило, производятся пластины одной толщины, иногда — с тремя различными значениями толщины. Далее определяется необходимое значение ширины пластины (обычно 1,2 или 1 м, с недавних пор — 0,6 м). На последнем этапе определяется значение длины. Ранее длина составляла 2 м, сегодня диапазон значений расширился (от 33 см). Резка выполняется механически с помощью преднапряженной медной проволоки, нагретой за счет свойства электросопротивления.  Натянутая проволока «плавит» блок, одновременно запечатывая срез и обеспечивая гладкость поверхности. Положение проволоки задается вручную. По управляемому транспортному конвейеру блоки проходят через три станции автоматической резки.

Основано на лучших технологиях

Следующий этап — упаковка. Ранее длина пластин составляла 2 м (для теплоизоляции колодцевой кладки стен). В конце 1980-х компания приобрела специальный станок для упаковки пластин в пластиковую пленку для облегчения транспортировки нескольких пластин. Нарезанные блоки транспортировались на конвейерной линии к упаковочному автомату. Разгрузка пластин и их загрузка в упаковочный автомат выполнялись вручную. Автомат оборачивал пластины в пленку и запаивал края. Затем упакованные пластины вручную вынимались из автомата и погружались на поддон.

Рынок Франции представляли мастера, предпочитавшие делать все своими руками. Таким покупателям требовались пластины меньшего размера и в компактной упаковке. Для косметического ремонта и теплоизоляции стен также требуются пластины меньшего размера. Однако если производство серии крупных пластин выполняется на скорости 60 кв. м/ч, то при производстве пластин меньшего размера скорость падает до 30 кв. м/ч. Таким образом, режущий станок практически всегда простаивает. Другими словами, общие объемы производства значительно снизились, а себестоимость производства пластин малого формата взлетела настолько, что подсчитать розничную цену не представлялось возможным.

В 2010 г., чтобы не потерять прибыльный рынок, компания решила установить специальную линию для малоформатного производства. Через компанию Desco, поставщика первого упаковочного станка, компания Isomo вышла на Fraxinus.  Взяв за основу упаковочный автомат Seco, компания спроектировала и разработала роботизированную упаковочную линию, которая подходит для упаковки трех типов пластин различной толщины.

Два робота в ряд

Новая роботизированная линия предусматривает использование роботов FANUC-410iB/300 (совокупная грузоподъемность 300 кг) в двух положениях. Выбор роботов обусловлен максимальным весом пластин, площадью рабочей зоны и внешними силами, действующими на роботов. Упаковки нарезанных, сложенных друг на друга пластин различной толщины подаются из режущего станка по конвейерной ленте. При установке робота в первое положение пластины транспортируются блоками на следующий конвейер, где устанавливаются в положение разгрузки. С помощью захватного устройства робот поднимает необходимое число пластин и укладывает их на роликовый транспортер, ведущий к упаковочному автомату. Если число пластин необходимой толщины в блоке меньше, чем число пластин на упаковочном станке, робот откладывает пластины в положение ожидания. Когда число пластин необходимой толщины в ожидающем блоке достигнет нужного значения, робот отправляет блок на упаковочный станок.

Блок помещается на роликовый транспортер и отправляется на упаковочный автомат, где оборачивается в пленку и запечатывается. Продолжительность цикла упаковки составляет восемь секунд. При упаковке не используется термоусадочная пленка, поскольку она может повредить теплоизоляционные пластины (они могут расплавиться под воздействием высоких температур). По роликовому транспортеру упакованные пластины направляются ко второму роботу, который выполняет паллетирование пластин в подходящие поддоны. Роботизированная линия может обрабатывать три типа пластин различной толщины, для паллетирования которых используются три вида поддонов. Между роботами расположено устройство для печати и наклейки этикеток на упаковки.

Сочетание ПК и ПЛК

Управление линией осуществляется с компьютера. По сети Ethernet компьютер подключается к устройству печати этикеток, контроллеру роботов, контроллеру упаковочного автомата и ПЛК (Siemens S7), управляющему остальной частью линии. ПЛК активирует пневматические захватные устройства, а также ленту подающего конвейера и роликовые транспортеры. Роликовые транспортеры приводятся в действие редукторным двигателем SEW и цепным приводом роликов. Скорость транспортера регулируется с помощью частотного преобразователя Lenze, связанного с ПЛК посредством интерфейса Profibus.

Оператор выбирает на ПК метод обработки загруженных нарезанных блоков. Заранее запрограммированная функция позволяет выбрать тип и шаблон резки идущих блоков, а также шаблон упаковки готовых пластин. В будущем компания планирует использовать технологию управления на основе чтения штрихкодов. Планируется также внедрить интегрированную систему управления предприятием. Программное обеспечение уже используется. Система управления, разработанная Fraxinus, обеспечивает высокую визуализацию и позволяет следить за рабочим процессом и обнаруживать любые неполадки. 

Пневматические захватные устройства

Специальные захватные устройства были разработаны компанией Fraximus. Компания спроектировала систему с двумя захватными устройствами: они располагаются на одной стороне двусторонней стенки, прижимающей пластины Isomo. Стенка с захватными устройствами оснащена дополнительным набором игл, прижимающих пластины, чтобы они не оседали.  Боковые стенки и иглы функционируют за счет пневматических цилиндров (Festo).

Ранее такие операции были возможны за счет использования шпинделевых осей с сервоприводом. Преимущество такой технологии заключалось в возможности интегрировать шестую ось с роботизированным управлением, однако это существенно повышало расходы и, как следствие, сокращало прибыль. Сейчас используются два блока по 100 и 120 см.

Поэтапный запуск

Сотрудничество с Fraxinus началось в декабре 2010 г. Учитывая конструкцию первой роботизированной линии (одна пластина на блок), компания Isomo выставила заказ в январе 2011 г. Для увеличения гибкости было решено использовать три пластины на блок. В марте началось строительство линии.

Процесс установки на объекте проводился в два этапа. Первый этап заключался в установке робота и упаковочного автомата (введены в эксплуатацию 6 июня 2011 г.). Складирование на поддонах по-прежнему выполнялось вручную, но процесс упаковки значительно ускорился (что было на руку компании, поскольку июнь является довольно напряженным месяцем).  Последний компонент — робот-штабелер — был установлен и успешно введен в эксплуатацию в августе 2011 г.  Работа упаковочной линии ускорилась в два раза. Эта линия обрабатывала 60 м³ материала в час, а некоторые другие — до 80 м  в час. Ночная смена стала не нужна.

Продукция FANUC в работе