Nová automatická linka na balenie pomohla spoločnosti Isomo, ktorá vyrába izolácie, odstrániť problém úzkeho profilu a zvýšiť produkciu

Úloha:
Poskytnúť vysokorýchlostné automatické riešenie na manipuláciu, ktoré by zvýšilo výrobnú kapacitu na konci výrobnej linky pri výrobe menších balení polystyrénových izolačných dosiek a výrobcovi by umožnilo rozšíriť výrobu na naplnenie rastúceho dopytu.

Riešenie:
Inštalácia novej linky, ktorá zahŕňa dva roboty FANUC 410iB/300 na vykladanie a presúvanie naukladaných dosiek. Prvý robot ukladá dosky a druhý pomocou chápadiel naberá správny počet dosiek a ďalej ich posúva do baliaceho stroja. Nastavenie s jednoduchým použitím sa ovláda cez počítač.

Výsledok:
Kapacita balenia sa zdvojnásobila, problémy sa odstránili a zákazníkom je umožnené dosahovať vyššiu produkciu. Rýchlosť a efektivita robotov skrátila časy cyklov a tri zmeny zhustila do dvoch.


Medzery vytvárajú vyššie obraty

Len málo čitateľov vie, že Isomo znamená moderná izolácia (ISOlation Modern). Je to dobre známa značka, ktorá vyrába penové polystyrénové dosky v Belgicku označované všeobecným názvom Styrofoam. Výrobná prevádzka dosiek Isomo sa nachádza v meste Kortrijk. Zahájená bola v roku 1956 a vo vlastníctve ju má stále Vereecke.

Štyridsať percent produkcie predáva spoločnosť Isomo do Belgicka. Potom nasleduje Francúzsko, významný trh s kapacitou na ďalší rozvoj, kde príležitosti pre rozvoj predstavujú najmä malé formáty. Počas minulého roka zaznamenal tento trh rýchly rast a bolo potrebné to využiť čo najskôr. Bol tu však ten problém, že existujúca baliaca linka nebola vhodná pre malé formáty, a preto v tomto smere nebola nápomocná pri dosahovaní vyšších ziskov. Spočiatku sa na balenie používala práca ľudí aj strojov na dosiahnutie rýchleho polo-automatického balenia s cieľom rýchleho vstupu na nový trh.   V auguste 2011 začala prevádzka novej robotizovanej linky, ktorá rýchlo a efektívne spracováva malé formáty. Okrem zdvojnásobenia kapacity balenia, ktorá potom vplývala aj na kapacitu výroby, sa oddeleniu podarilo prejsť z troch pracovných zmien na dve. Výsledkom tejto investície za pol milióna eur je významne narastajúci trh vo Francúzsku.

O inštalácii nového robota sa na oddelení priemyselnej techniky a správy viedla diskusia, ktorej sa zúčastnil výkonný riaditeľ Thierry Vereecke a vedúci technický pracovník Dieter Werniers zo spoločnosti Isomo, námestník riaditeľa Hans Van Essche a projektový manažér Jelle Parmentier zo spoločnosti Fraxinus (ktorá navrhla a zostavila novú baliacu linku) a Peter Kiekens a Annelies Vander Hulst zo spoločnosti FANUC (ktorá dodala roboty).

Výroba dosiek Isomo

Surový materiál dosiek Isomo je penový polystyrén. Tento komponent je vynálezom spoločnosti BASF z 50. rokov 20. storočia, ale keďže platnosť patentu spoločnosti vypršala, na trhu ho teraz ponúkajú viaceré spoločnosti. Existujú dva základné typy: čistý biely polystyrén a čierny polystyrén, ktorý obsahuje čierny karbón. Druhý menovaný má lepšie izolačné vlastnosti (aj čo sa týka zvukovej izolácie). V závislosti od požadovaných vlastností sa do polystyrénu pridávajú prísady (napr. na dosiahnutie protipožiarnych vlastností).

Základný produkt predstavujú mikrobunky veľkosti zrniek práškového cukru, ktorých vonkajšiu stenu tvorí polystyrén a plyn pentán, ktorý sa použil pri procese fúkania. Pri ohrievaní bunky nasávajú vzduch a plyn spôsobí, že bunky zväčšia svoj objem až o päťdesiat násobok. V prvom kroku výroby dávky sa vstreknutím pary do sila duté polystyrénové gulôčky nafúknu a prášok zväčší svoj objem. Veľkosť gulôčky je funkciou pary, ktorá sa na expanziu používa. Použije sa taká úroveň expanzie, aby výsledná hustota zodpovedala požiadavkám vyrábanej dosky. Po počiatočnom sušení, ktoré trvá vyhradený čas, sa gulôčky pred ďalším spracovaním uložia do skladovacích síl.

V druhom kroku sa zo skladovacieho sila vo vzduchu prenesie do formy určitý objem guličiek (podľa hmotnosti). Tieto gulôčky sa vstrekovaním vzduchu opäť nafukujú. Z dôvodu obmedzeného objemu (forma má rozmery 6 x 1,2 m x 1 m) sa nafúknuté gulôčky vzájomne stláčajú, až vytvoria homogénnu dosku, ktorá z 95 % obsahuje vzduch zachytený v polystyrénových guličkách.

Takéto dosky izolačného materiálu sa každý deň ukladajú do skladu, až kým sa nedokončí celá reakcia. Tretím krokom je rezanie dosiek. Tri kroky: Podľa hustoty: Široká paleta hustôt, ktoré závisia od klienta a prispôsobenia od jedného milimetra (pre izolačné tapety) až po niekoľko desiatok centimetrov (pre izoláciu stien). Obyčajne je snaha zachovať rovnakú hrúbku dosky alebo používať maximálne tri rozličné hrúbky. Od toho sa odvodzuje aj šírka (bežná šírka je 1,2 m alebo 1 m a od nedávna aj 0,6 m). V poslednom kroku sa odreže správna dĺžka, kedysi väčšinou 2 m, ale teraz sa používajú rôzne dĺžky od 33 cm. Toto sa vykonáva mechanicky použitím predpätých medených drôtov, ktoré sa prostredníctvom elektrického odporu zahrejú.  Jeden horúci napnutý drôt prereže dosku pričom vytvára tesnenie na rezanej vrstve a zabezpečuje hladký povrch. Nastavenie pozície drôtu sa vykonáva manuálne. V riadenom dopravníku prechádzajú dosky cez tri miesta spracovania a automaticky sa režú.

Na základe odporúčaní

Ďalším krokom je balenie. Na balenie dosiek (do plastovej fólie na uľahčenie prenášania väčšieho počtu dosiek), ktoré zvyčajne mali dĺžku 2 m (často používané na izoláciu stien) sa koncom 80. rokov kúpil samostatný stroj. Transportný pás prenesie narezané dosky do baliaceho stroja. V stroji sa dosky vyložia a manuálne položia na fóliu, ktorá ich potom zaobalí. Po zabalení sa fólia zvarí. Vytvorené balíky sa manuálne vyzdvihnú a uložia na paletu.

Významnú časť francúzskeho trhu tvorili domáci kutilovia, ktorí vyžadovali dosky menších rozmerov a balíky s menším počtom dosiek. Na renováciu a izoláciu stien sú taktiež potrebné dosky menších rozmerov. Zatiaľ čo kadencia veľkých dosiek dosahovala úroveň 60 m2/hodinu, pri malých doskách táto hodnota klesla na 30 m2/hodinu. Kvôli tomu musel rezací stroj často čakať. Inými slovami, celková výrobná kapacita dramaticky klesla a náklady malých formátov nadmerne vzrástli, v dôsledku čoho sa nedala vypočítať predajná cena.

Na podporu rozvoja tohto trhu sa koncom roka 2010 rozhodlo, že sa vytvorí špecifická linka na výrobu menších formátov. Cez spoločnosť Desco, dodávateľa prvého baliaceho stroja, ktorý sa ukázal ako veľmi uspokojivý, spoločnosť Isomo kontaktovala Fraxinus.  Na základe baliacich strojov Seco spoločnosť Fraxinus navrhla a skonštruovala inštaláciu robota, ktorý umožňuje spoločné balenie dosiek troch rôznych hrúbok.

Dva roboty za sebou

Na dvoch miestach novej robotickej linky sú umiestnené roboty FANUC-410iB/300 (s maximálnym celkovým zaťažením 300 kg). Pri výbere robota rozhodla maximálna hmotnosť, pracovné prostredie a rôzne sily, ktoré musia na robot pôsobiť. Z rezacieho stroja sa na transportný pás presúvajú balíky pozostávajúce z rôznych stohov nasledujúcich za sebou a označené adekvátnym počtom dosiek (pričom ich hrúbka sa môže odlišovať). Na prvej pozícii robota sa jednotlivé balíky postupne ukladajú na dopravník, ktorý ich prepravuje do polohy na vykladanie. Použitím chápadla robot naberie správny počet dosiek a uloží ich na valčekovú dráhu, ktorá ich posúva do baliaceho stroja. Ak počet dosiek určitej hrúbky nie je dostatočný na zabalenie, robot uloží dosky do pozície čakania. Keď sa v niektorej pozícii čakania nahromadí dostatočný počet dosiek danej hrúbky, robot ich zoberie z pozície čakania a odošle do baliaceho stroja.

Na valčekovej dráhe sa dosky presunú do fóliovacieho stroja, tam sa zabalia a fólia sa nakoniec zvarí. Čas cyklu baliaceho stroja je osem sekúnd. Dosky sa zámerne nebalia do sťahujúcej fólie, aby tak nedošlo k ich poškodeniu (pri vyššej teplote by sa dosky mohli topiť). Zabalené dosky sa prostredníctvom valčekovej dráhy presunú k druhému robotu, ktorý zabezpečuje správne uloženie balíkov na príslušnú paletu. Robot dokáže spracovať dosky troch odlišných hrúbok, a teda ich ukladá na tri typy paliet. Medzi robotmi sa nachádza zariadenie, ktoré tlačí a pripevňuje štítky. Každý balík je vďaka tomu správne označený.

Kombinácia počítača a PLC

Celý postup sa riadi a prevádzkuje cez počítač. Využitím Ethernetu sa cez počítač prevádzkuje tlač štítkov, riadiaca jednotka robota, riadiaca jednotka baliaceho stroja a systém PLC (Siemens S7), ktorý riadi zvyšok linky. Systém PLC riadi pneumatické chápadlá, pás dopravníka a prevádzku valčekovej dráhy. Obe valčekové dráhy poháňa prevodový motor SEW a reťazový pohon valčekov. Rýchlosť zabezpečuje riadenie frekvencie Lenze, ktoré cez rozhranie Profibus komunikuje so systémom PLC.

Metódu spracovania prichádzajúceho rozrezaného kvádra dnes operátor vyberá v počítači. Metóda spracovania je predprogramovaná. Funkciu typu, vzor rezania prichádzajúceho kvádra a spôsob balenia môže operátor zvoliť podľa preferencií. Uvažujeme, že v budúcnosti bude riadenie prebiehať na princípe čiarových kódov a centrálny systém ERP bude nasledovať až potom. Softvér už na to máme. Systém dohľadu, ktorý vyvinula spoločnosť Fraxinus, poskytuje grafickú vizualizáciu, čo uľahčuje lokalizáciu prerušení 

Pneumatické chápadlá

Tieto chápadlá vyrobila na objednávku spoločnosť Fraximus. Systém prichytenia má dve fázy. Najprv sa obojstranné plochy pritlačia na dosky Isomo a potom z týchto plôch vystúpia sady ihiel, ktoré sa zapichnú do dosiek (výsledkom je pevné prichytenie dosiek).  Prevádzka bočných stien a ihiel sa vykonáva za pomoci pneumatických cylindrov (Festo).

Ďalšiu možnosť na realizáciu tejto činnosti predstavovali osi servo vretien. Táto možnosť ponúkala tú výhodu, že do riadenia robota by sa dala integrovať šiesta os, ale náklady by značne narástli, pretože okraje by museli byť veľmi malé  (v súčasnosti sú k dispozícii len dve šírky  100 a 120 cm).

Postupné spustenie

Spoločnosť Fraxinus bola kontaktovaná v decembri 2010. Na základe prvých návrhov robotickej linky (ktoré počítali s jednotnou hrúbkou dosiek) spoločnosť Isomo zadala svoju objednávku v januári 2011. Pri podrobnejšom rozpracovaní návrhu sa rozhodlo, že sa zvýši flexibilita tým, že sa umožní spracovanie dosiek troch rôznych hrúbok. V marci sa začalo s konštrukciou.

Inštalácia v závode prebehla v dvoch fázach. Prvá fáza: 6. júna 2011 sa do prevádzky uviedol robot na rozkladanie dosiek a baliaci stroj. Rozkladanie z paliet sa vykonávalo manuálne, ale balenie už prebiehalo celkom rýchlo (čo bolo veľmi užitočné, keďže jún je náročný mesiac).  Posledný kus zariadenia, robot na ukladanie, sa do prevádzky úspešne zapojil v auguste 2011.  Baliaca linka dosahuje vysokú rýchlosť. Dokáže zabaliť 60 m³/hodinu a pri niektorých typoch dokonca  až 80 m³/hodinu, čo je dvakrát viac, ako to bolo predtým. Vďaka tomu sa mohli zrušiť nočné zmeny.

Použité produkty spoločnosti FANUC