Z novo avtomatizirano linijo za pakiranje je proizvajalec izolacijskih materialov Isomo odpravil ozko grlo in povečal proizvodnjo

Naloga:
Zagotoviti rešitev za hitro avtomatizirano ravnanje, ki bi povečala kapaciteto na koncu proizvodne linije manjših paketov polistirenskih izolacijskih plošč in proizvajalcu omogočala povečanje proizvodnje ustrezno vedno večjemu povpraševanju.

Rešitev:
Namestitev nove linije, opremljene z dvema robotoma FANUC 410iB/300 za razlaganje in prenos paketov plošč. Drugi robot, ki mu prvi podaja izdelke, s prijemali pobere ustrezno število plošč in jih prenese do stroja za pakiranje, če jih je dovolj. Celoten sklop naprav je mogoče preprosto nadzirati in upravljati z PC računalnikom.

Rezultat:
Zmogljivost pakiranja je podvojena, pri čemer je ozko grlo odpravljeno, stranka pa lahko poveča proizvodnjo. Zaradi hitrosti in učinkovitosti robotov so časi ciklov krajši in tri izmene združene v dve.


Prostor ustvarja dodatne prihodke

Verjetno zelo malo bralcev ve, da oznaka Isomo označuje ISOlation Modern, priznano znamko plošč iz ekspandiranega polistirena, ki jih v Belgiji na splošno imenujejo »Styrofoam«. Proizvodnja plošč Isomo v kraju Kortrijk je bila zagnana leta 1956 in je danes še vedno pod lastništvom družbe Vereecke.

Isomo proda 40 % svojih izdelkov v Belgiji. Nato sledi Francija, pomembno prodajno tržišče s predvideno rastjo, kjer se odpirajo priložnosti za manjše oblike. V preteklem letu je to tržišče hitro zrastlo, kar je bilo treba čim prej izkoristiti. Težava je bila ta, da je obstoječa linija pakiranja postala ozko grlo za manjše oblike in posledično nenaklonjena novostim in dobičkonosnosti. Vendar se je na začetku izvajalo hitro polročno pakiranje, da bi lahko izkoristili nov trg.   Od avgusta 2011 deluje nova robotizirana linija, ki omogoča hitro in dobičkonosno proizvodnjo manjših oblik. S podvojeno zmogljivostjo pakiranja (v primeru tega ozkega grla) in posledično podvojeno proizvodno zmogljivostjo je lahko ta oddelek združil tri izmene v dve. Ta naložba v vrednosti pol milijona evrov je na rastočem francoskem tržišču omogočila nemajhne poslovne rezultate.

Oddelek za upravljanje industrijske tehnologije je organiziral razpravo na temo instalacije novih robotov, ki so se je udeležili izvršni direktor podjetja Isomo Thierry Vereecke in njegov tehnični direktor Dieter Werniers, namestnik direktorja podjetja Fraxinus (ki je zasnovalo in zgradilo nove linije za pakiranje) Hans Van Essche in njegov projektni inženir Jelle Parmentier ter Peter Kiekens in Annelies Vander Hulst iz podjetja FANUC (ki je dobavilo robote).

Proizvodnja plošč Isomo

Surovina za plošče Isomo je ekspandirani polistiren. Ta sestavni del je izum podjetja BASF iz petdesetih let prejšnjega stoletja. Odkar je patent potekel, izdelek na trgu ponujajo različna podjetja. Obstajata dve osnovni vrsti: bel čisti polistiren in črn polistiren z ogljikovimi primesmi. Izolacija (tudi zvočna) je pri slednjem boljša. Odvisno od namena izdelka se v polistiren dodajo različni dodatki (npr. za požarno odpornost).

Osnovni dobavljeni izdelek so mikrocelice velikosti sladkorja v prahu, ki so obdane s polistirensko oblogo in napolnjene s pentanom. S segrevanjem se prostornina plina poveča, zaradi česar lahko celice ekspandirajo na kar 50-kratno velikost, pri tem pa se njihova notranjost napolni z zrakom. Ta prah v prvem koraku masovne proizvodnje ekspandira z vnosom pare v silos za povečanje votlih polistirenskih polnil, pri čemer je velikost polnila funkcija pare, ki se dovaja med ekspanzijo. Dosežena stopnja ekspanzije je funkcija gostote, ki jo bo imela izdelana plošča. Po začetnem prisilnem sušenju za določen čas se ta polnila shranijo v silos za nadaljnjo obdelavo.

V drugem koraku se ustrezna količina polnil po cevnem transportu premesti iz silosa v kalup. Ta polnila nato ob dovajanju zraka še dodatno ekspandirajo. Zaradi omejene prostornine (velikost kalupa je 6 x 1,2 x 1 m), se ekspandirana polnila stisnejo skupaj in spojijo v homogen blok z visoko vsebnostjo zraka (okoli 95 % prostornine), ki se zadržuje v spojenem zaprtem polistirenskem polnilu.

Ta blok izolacijskega materiala je shranjen več dni, dokler se ne dokonča celotna reakcija. Tretji korak obsega rezanje tega bloka. Postopek se izvede v treh korakih. Prvi obravnava gostoto: širok razpon vrednosti gostote kot funkcija stranke in prilagoditve, vse od enega milimetra (za izolacijske tapete) do debeline več deset centimetrov (za izolacijo zidov). Uporabnik večinoma poskuša ohraniti isto debelino plošče za uporabo ali se omeji na največ tri debeline, kar se posledično odrazi tudi pri želeni širini (ta je običajno 1,2 m ali 1 m, v zadnjem času pa 0,6 m). V zadnjem koraku se odreže material z ustrezno dolžino (včasih je bila ta običajno 2 m, danes pa se vse več uporabljajo različne dolžine od 33 cm naprej). Postopek rezanja je mehanski in pri njem se uporabljajo bakrene žice, ki se segrejejo zaradi svoje električne upornosti. Napeta žica tako tali material in prehaja skozi blok, pri čemer zatesni odrezane sloje ter zgladi njihovo površino. Nastavitev položaja žic se izvede ročno. Bloki se skozi vsa tri delovna območja prevažajo s krmiljenim transportnim trakom in se samodejno odrežejo.

Na podlagi referenc

Naslednji korak je pakiranje. Včasih so bile plošče običajno dolge 2 m (za izolacijo stenskih odprtin) in ob koncu osemdesetih let prejšnjega stoletja je bil kupljen stroj za njihovo pakiranje (s plastično folijo za lažje prenašanje plošč). Izrezani bloki se premestijo s transportnim trakom do stroja za pakiranje. Plošče se tam razložijo in ročno vstavijo v stroj, ki jih zavije v folijo in to folijo nato zavari. Paketi se nato ročno poberejo in zložijo na paleto.

Francija je pomemben trg za uporabnike manjših plošč in paketov za samograditelje. Manjše plošče se uporabljajo tudi pri prenovitvah in stenskih izolacijah. Hitrost obdelave večjih plošč 60 m2/h se je pri manjših ploščah zmanjšala na samo 30 m2/h. Stroj za rezanje je tako večino časa počival. Povedano drugače, celotna proizvodnja je drastično padla in cena manjših oblik je postala previsoka, zaradi česar ni bilo mogoče izračunati prodajne cene.

Da bi preprečili padec tega tržišča, so ob koncu leta 2010 vzpostavili posebno linijo za manjše oblike. Podjetje Isomo je prek družbe Desco, dobavitelja prvega stroja za pakiranje, ki se je izkazal za zelo uporabnega, navezalo stik s podjetjem Fraxinus. Ta je na podlagi stroja za pakiranje Seco zasnoval in izdelal robota, ki je omogočal pakiranje treh debelin hkrati.

Dva robota v vrsti

Nova robotska linija vključuje dve robotski poziciji, kjer je nameščen robot FANUC-410iB/300 (največja skupna nosilnost je 300 kg). Izbira robotov je določena tudi z največjo dovoljeno težo, delovnim območjem in različnimi silami, ki morajo delovati na robota. Odrezani paketi, sestavljeni iz različnih enakomerno zloženih kompletov plošč (debelina plošč je lahko različna), se podajajo iz rezalnega stroja na transportni trak. Na prvem robotskem mestu se paketi eden za drugim nalagajo na transportni trak, ki jih do mesta za razlaganje. Robot s prijemali pobere ustrezno število plošč in jih položi na valje, po katerih se podajajo do stroja za pakiranje. Če je število plošč z ustrezno debelino v paketu manjše od števila plošč v paketu, robot premesti plošče na eno od mest za čakanje. Če je v paketu na določenem mestu za čakanje na voljo dovolj plošč z ustrezno debelino, robot premesti ta paket z mesta za čakanje do stroja za pakiranje.

Paket se po valjih poda v stroj, ki ga zavije v folijo in to folijo nato ustrezno zatesni. Čas cikla stroja za pakiranje je osem sekund. Postopek ovijanja s stiskanjem je namenoma izpuščen, da se preprečijo morebitne poškodbe termoizolacijskih plošč (ki se lahko pri višjih temperaturah stalijo). Zapakirane plošče se po valjih premestijo do drugega robota, ki zlaga pakete po izbranem vzorcu za ustrezno paleto. Robot lahko obdela tri različne debeline in zloži plošče na tri različne palete. Med obema robotoma je nameščena naprava za tiskanje in pritrditev nalepk za ustrezno označitev paketov.

Povezava računalnik–PLC

Celoten sistem je mogoče nadzirati in upravljati prek računalnika. Računalnik prek povezave Ethernet komunicira s tiskalnikom nalepk, krmilnikom robota, krmilnikom stroja za pakiranje in PLC-jem (Siemens S7), ki upravlja preostale stroje v liniji. PLC zažene pnevmatska prijemala, transportni trak za podajanje in valje za odvajanje. Valje poganja tako motor SEW z več prestavami kot pogon verige valjev, hitrost pa uravnava frekvenčni pretvornik Lenze, ki komunicira s PLC-jem prek vodila Profibus.

V današnjem času mora operater v računalniku izbrati »način delovanja« glede na podani blok. Ta je vnaprej programiran glede na vrsto in vzorec rezanja podanega bloka ter želeni vzorec pakiranja. V prihodnosti nameravamo uvesti postopek krmiljenja, pri katerem bo stroj opremljen z bralnikom črtnih kod, in nekoliko pozneje tudi centralni sistem ERP ... Programska oprema je že na voljo. Nadzorni sistem, ki ga je razvilo podjetje Fraxinus, vključuje odličen grafičen prikaz in omogoča vizualni nadzor izvajanih del s prepoznavanjem morebitnih motenj.

Pnevmatska prijemala

Prijemala je po meri razvilo podjetje Fraxinus. Vključujejo dvojni sistem prijemanja: na eni strani se plošče Isomo stisnejo ob plosko pregrado, na drugi strani pa se vanje vtisne dodaten niz igel, nameščenih na nasprotni pregradi, ki preprečujejo, da plošče padejo. Pri uporabi stranskih pregrad in igel so v pomoč pnevmatski valji (Festo).

Na izbiro je bila tudi možnost uporabe servo vretena. Prednost je bila v možni integraciji v obliki šeste osi v krmilje robota, vendar bi bili stroški tega zelo visoki zaradi tega, ker bi moral biti običajni rob zelo nizek (trenutno se uporabljata dve širini blokov: 100 in 120 cm).

Fazni zagon

Stik s podjetjem Fraxinus je bil vzpostavljen decembra 2010. Podjetje Isomo je v januarju 2011 izdalo prvo naročilo na podlagi prvotne zasnove robotske linije (še vedno ena debelina plošč na blok). V fazi podrobnega načrtovanja je bila sprejeta odločitev za povečanje fleksibilnosti in uvedbo možnosti obdelave treh debelin plošč na paket. V marcu so se lahko začela dejanska gradbena dela.

Instalacija na mestu uporabe je potekala v dveh delih. Prvi del (z razlagalnim robotom in strojem za pakiranje) je začel obratovati 6. junija 2011. Zlaganje na palete je še vedno potekalo ročno, vendar se je dejansko ovijanje izvajalo precej hitro (zelo koristno, ker je junija veliko dela). Drugi del z zlagalnim robotom se je zaustavil v avgustu 2011 in nato znova uspešno zagnal. Hitrost linije za pakiranje je bistveno večja: 60 m³/h (za nekatere vrste do 80 m³/h), kar je dvakrat toliko kot prej. Nočna izmena tako ni več potrebna.

Uporaba izdelkov FANUC