Cap 13 -aplicatii Robocare

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

205

13 Aplicaţii ale sistemelor de robocare

13.1 Sisteme de robocare pe roţi Sistemele de fabricaţie flexibile utilizate în producţia de serie mică şi mijlocie, sunt definite ca fiind o interacţiune dintre fluxurile de materiale, de energie şi de informaţie cu scopul de a satisface sarcinile de producţie. Pentru automatizarea fluxului de materiale se impune: − Utilizarea unui sistem de robocare pentru automatizarea operaţiilor de transfer lung din cadrul fluxului tehnologic de fabricaţie sau de montaj; − utilizarea de roboţi industriali pentru automatizarea operaţiilor de manipulare (transfer scurt) a pieselor din cadru celulelor de fabricaţie flexibilă sau a celulelor de montaj automat; − integrarea informaţională a tuturor componentelor sistemului de fabricaţie flexibilă (maşini unelte, centre de prelucrare, echipamente de montaj, instalaţii de alimentare /evacuare, roboţi industriali, sistem de robocare, depozit central automat şi depozite intermediare automate etc.); Prin integrarea informaţională a tuturor echipamentelor şi a activităţilor ce le implică transferul automat de materiale, se realizează premizele optimizării fluxului de materiale în cadrul unui proces de producţie. În domeniul industrial sistemele de robocare sunt utilizate pentru automatizarea fluxului de materiale, dintre: a. depozitul central automat şi celule de fabricaţie flexibilă; b. depozitul central automat şi liniile tehnologice de montaj. Un sistem de robocare este o tehnologie de vârf în domeniul transferului automat de materiale, care se compune dintr-un număr de vehicule ghidate automat după o traiectorie materializată printr-o cale de ghidare şi controlate în mişcarea lor de un calculator. Robocarul este capabil să-şi selecteze traiectoria spre staţia de lucru servită fără intervenţia operatorului uman. Un sistem de control central comandă şi conduce sistemul de robocare. Problema esenţială este optimizarea traficului de robocare pentru o anumită traiectorie aleasă. Pentru a atinge acest ţel managementul întregului sistem este asigurat de un sistem de planificare asistată de calculator, CAPS - Computer Aided Planning System. Acesta asigură comanda de la distanţă a tuturor robocarelor în toate staţiile de lucru pentru încărcarea /descărcarea materialelor sau pieselor, separate sau fixate pe palete, deplasarea robocarelor pe traiectoria prestabilită, durata staţionărilor, deplasarea la staţia de încărcare a bateriilor etc. Dependent de programul de producţie principal, MPS - Master Production Schedule şi în acord cu desenul de execuţie, elaborat prin proiectarea asistată de calculator, CAD - Computer Aided Design, şi cu tehnologia de execuţie, elaborată prin proiectarea procesului tehnologic asistat de calculator, CAPP - Computer Aided Process Planning, în baza programului – bonul de materiale, BOM - Bill of Materials elaborat de CAPS se emite o comandă de preluare a materialelor sau pieselor dintr-un depozit automat, AS/RS - Automated Storage and Retrieval System. În conformitate cu tabelul de componenţă al ansamblului general şi cu lotul lansat în fabricaţie, se stabileşte, în acord şi cu MPS, fluxul de aprovizionare cu materiale a depozitului automat, ţinând seama şi de principiul "just in time". Optimizarea fluxul de materiale este asigurată de programul de planificare a necesarului de materiale, MRP - Material Requirement Planning, care programează perioada de achiziţie a diferitelor cantităţi de materiale, perioada de introducere a acestora în depozite, respectiv de scoatere şi de transfer a lor cu ajutorul sistemului de vehicule ghidat automat.

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

206

Aceste materiale sau piese sunt încărcate în mod automat de un robot industrial pe un robocar, după care sunt transferate de acesta în staţiile de lucru ale sistemului de fabricaţie flexibil, FMS - Flexible Manufacturing System, sau sistemului de asamblare flexibilă, FAS - Flexible Assembly System. 13.3.1 Automatizarea fluxului de materiale pe liniile tehnologice de fabricaţie Sistemul de fabricaţie flexibilă din Fig. 13.1 are în componenţa sa 5 staţii de lucru : 1. Prima staţia de lucru este compusă dintr-un depozit automat AS/RS şi un robot industrial RI 1, care MF MP A

3

RI3

2 AGV

B

MP1 1

A+B AS/RS

RI1

4

RI2

RI4

MP2

RI6

RI5

5

MP3

Fig. 13.1 Sistem de fabricaţie flexibil compus din 5 staţii de lucru: nr. 1 – un depozit automat; nr. 2 – o celulă de frezare; nr. 3 – o celulă de control; nr. 4 – o celulă de montaj automat; nr. 5 – o celulă de sudare 2. 3.

4.

5.

extrage din depozit piesele de tip A sau B şi le transferă pe platforma robocarului AGV pentru a fi transferate în staţia de lucru nr.2; A doua staţie de lucru este o celulă de frezare compusă dintr-o maşină de frezat MF şi robotul industrial RI2, care transferă piesa de tip A de pe robocarul AGV în menghina pneumatică MP a maşinii de frezat; A treia staţie de lucru este o celulă de măsurare care se compune din robotul industrial RI 2, ce transferă piesa de tip A din menghina pneumatică a maşinii de frezat, în dispozitivul de prindere al mesei de poziţionare MP1. Robotul industrial RI3 este echipat cu un instrument de măsură adecvat, şi efectuează operaţia de măsurare, valorilor citite fiind înregistrate automat. A patra staţie de lucru este o celulă de asamblare ce se compune dintr-o masa de poziţionare MP2, pe care robotul industrial IR2 transferă piesa A, de tip alezaj, în aşteptare. În momentul sosirii in staţia de lucru a robocarului purtând piesa B de tip arbore, robotul industrial RI 4 preia piesa de tip A de pe masa de poziţionare şi o asamblează cu piesa de tip B de pe paleta transportată de robocar. A cincia staţie de lucru este o celulă de sudare compusă din robotul industrial RI 5, utilizat pentru manipulare pieselor A şi B asamblate, de pe robocar pe masa de poziţionare MP 3 şi robotul industrial de sudare RI6 ce manipulează pistolul de sudare pentru îmbinarea celor două piese. După sudarea celor două piese acestea sunt transferate de robotul industrial RI5, pe platforma robocarului, care le transportă la depozitul automat AS/RS.

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

RI2 MF

207

În Fig. 13.2 se prezintă în detaliu o vedere asupra staţiei de lucru nr. 2, din care se observă principalele componente, şi anume: o maşină de frezat MF, tip FSRS 400 - XNC, un robot industrial românesc RI2 cu acţionare electrică tip REMT–2, care transferă piesa de pe robocarul AGV, conceput şi executat la Universitatea "Politehnica" din Timişoara, în dispozitivul de lucru al maşinii de frezat, care este de fapt o menghină cu bacuri paralele acţionată pneumatic.

13.3.2Automatizarea

fluxului de materiale pe liniile tehnologice de montaj

2

AGV AGV

Fig. 13.2 Staţia de lucru nr. 2 unde cooperează o maşină de frezat MF cu un robot industrial RI2 şi un robocar AGV 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

În figura 8.3 se prezintă un sistem de robocare utilizat la servirea staţiilor de lucru din cadrul unei linii tehnologice de asamblare automată a caroseriilor de automobile [2]. În cadrul Fig. 13.3 se evidenţiază următoarele posturi de lucru: 1. – preluare automată a componentelor

caroseriei; – posturi de aşteptare în vederea intrării în fluxul tehnologic de montaj; – locuri de muncă servite de operatori umani pentru prima operaţie tehnologică; – depozit intermediar (tampon) automat; – locuri de muncă servite de operatori umani pentru a doua operaţie tehnologică; – depozit intermediar (tampon) automat; – locuri de muncă servite de operatori umani pentru a treia operaţie tehnologică; – depozit intermediar (tampon) automat; – post de control; – locuri de muncă destinate recondiţionărilor; – ştand de probă pentru testarea performanţelor;

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

208

12. – predarea automată a caroseriei.

11

12

7 8

9

1

10

6

5

2 4 3

Fig. 13.3 Layout-ul unui sistem de robocare utilizat în servirea unei linii tehnologice de montaj a caroseriilor [2] Sistemul de robocare are 150 de vehicule, care servesc atât pentru transportul automat al materialelor şi al subansamblurilor de la un post de lucru la altul, cât şi ca platforme mobile de montaj, respectiv ca şi mase de lucru pentru operaţia de testare. Robocarele asigură transportul caroseriilor de la linia tehnologică de sudare, respectiv a componentelor acestora, la staţiile de lucru ale liniei tehnologice de montaj. În cadrul posturilor de lucru ale liniei tehnologice de montaj se desfăşoară diferite operaţii şi anume: montajul uşilor şi capotelor, sudare, polizare, control şi testare. După efectuarea tuturor acestor operaţii caroseria este predată liniei automate de vopsire. În cadrul operaţiei de montaj platforma robocarului serveşte şi ca masă mobilă de montaj. Pentru a uşura accesul operatorului la zona de lucru, platforma robocarului poate fi programată să se ridice şi să se rotească. În acest mod fiecare operator uman îşi poate regla în mod individual orientarea subansamblului şi înălţimea la care să efectueze operaţiile de montaj. Intru-cât pentru efectuarea operaţilor de montaj piesele sunt staţionare, timpii de deplasare şi oboseala operatorului se reduc, ceea ce are ca efect reducere rebuturilor şi în final îmbunătăţirea productivităţii şi a calităţii muncii prestate.

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

209

În comparaţie cu alte sisteme convenţionale de transfer a materialelor cum ar fi: transportoarele cu role, transportoarele cu bandă, conveierele etc., robocarele sunt capabile să-şi selecteze singure traseul pentru a ajunge la destinaţia dorită. Pentru a se deplasa de la un post de lucru la altul, robocarele urmăresc traiectoria materializată printr-un sistem de ghidare activ, de tip inductiv, care are firele încorporate în suprafaţa de

Fig. 13.4 Robocar utilizat în transportul caroseriilor pe liniile tehnologice de montaj ale automobilelor [2] rulare. In Fig. 13.4 se prezintă un robocar utilizat în transferul caroseriilor pe linia tehnologică de asamblare. Sistemele de robocare permit funcţionarea într-un regim discontinuu, cu opriri repetate, in diferitele posturi de montaj servite, ceea ce le recomandă pentru liniile de asamblare asincrone. Principalul avantajul al liniei de asamblare asincrone, constă în faptul că poate funcţiona în ritmul de lucru al operatorului, ceea ce nu este posibil în cazul liniilor de asamblare sincrone. De aici rezultă şi un alt avantaj şi anume acela de a putea termina lucrul mai devreme, odată ce norma de lucru a fost realizată, fără a perturba activitatea pe linia tehnologică de asamblare.

210

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

Un alt aspect, deloc de neglijat, îl constituie reducerea nivelului de zgomot produs de deplasarea vehiculelor, întrucât robocarele sunt acţionate electric şi se deplasează pe roţi echipate cu anvelope de cauciuc, ceea ce conduce in final la îmbunătăţirea microclimatului de lucru. Sistemul de conducere şi de comandă al robocarelor, transmite fiecărui vehicul în parte, comenzile de identificare a sarcinilor, care constau într-un pachet de informaţii privind încărcătura sa şi anume: locul de preluare al sarcinii, tipul acesteia adică semifabricat, piesă sau subansamblu, traseul de parcurs, destinaţia sa, momentul în care este necesară ajungerea ei la destinaţie şi alte informaţii specifice transportului pe distanţe medii şi mari. În Fig. 13.5 se prezintă un detaliu al liniei de asamblare a caroseriilor de automobile servit de un sistem de robocare, sistem ce a fost implementat în anul 1990 la firma BMW din localitatea Regensburg, Germania, de către firma Voest - Alpine Steinel [1]. În Fig. 13.6 se prezintă layout-ul unui sistem de robocare ce deserveşte posturi automate de lucru pentru operaţii de sudare, de polizare sau de şlefuire şi alte operaţii specifice fabricaţiei caroseriilor de automobile.

Fig. 13.5 Detaliu al unui sistem de robocare pentru fabricaţia de caroserii de automobile, implementat la firma BMW – Regensburg, Germania de firma Voest - Alpine Steinel [1]

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

211

Pe aceasta pagina se inserează Fig. 13.6 layout robocare Cap13 Fig. 13.6 Pag211

Post de încărcar

Posturi de

Posturi de şlefuire -

Pregăti re pentru Posturi de

Posturi de

Post de

Fig. 13.6 Layout-ul unui sistem de robocare pentru fabricaţia de caroserii de automobile, implementat la firma BMW – Regensburg, Germania de firma Voest - Alpine Steinel [1] 13.1.3.Sisteme de robocare suspendate Sistemele de robocare suspendate se compun în principal din robocarele suspendate propiu-zise, calea de ghidare care materializează traiectoriile posibile de parcurs, dispozitivele de comutare, sau macazurile, şi sistemul de conducere şi control al robocarelor. În Fig. 13.7 se prezintă layout- ul unui sistem de robocare suspendate de tip KHB ale firmei Translift [9] în componenţa căruia intră: − zona de aşteptare, locul în care se efectuează depăşirile; − macaz tip placă turnantă (vezi Fig. 10.42 d şi Fig. 10.44 d) pentru schimbare direcţiei de mers prin rotirea cu 900, macazul permiţând însă şi rotiri de până al 3600.

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

212

− macaz pentru deplasarea robocarului în plan orizontal (vezi Fig. 10.42 f) sau în plan vertical, fără întreruperea continuităţii şinei de ghidare, macaz care facilitează aducerea obiectului transportat în zona de lucru. Zonă de aşteptare, locul în care se stabilesc priorităţi, se efectuează depăşiri

Zona de parcare Macaz tip placă turnantă pentru schimbare direcţiei de mers, rotiri de până al 3600 (vezi Fig. 10.42 d şi Fig. 10.44 d)

Transport pe verticală cu un elevator prin retragere şinei de ghidare (vezi Fig. 10.42 g)

Raza minimă 500 mm

Dezvoltare ulterioară cu şine drepte, curbe, macazuri, robocare suspendate etc.

Macaz pentru deplasarea robocarului în plan orizontal sau în plan vertical, fără întreruperea continuităţii şinei de ghidare (vezi Fig. 10.42 f)

Fig. 13.7 Layout-ul unui sistem de transport cu robocare suspendate tip KHB-Translift [9] − elevator pentru transportul pe verticală, asigurând transferul la diverse niveluri, prin retragere şinei de ghidare (vezi Fig. 10.42 g); − zona de parcare, unde se retrag robocarele în aşteptarea de noi comenzi. Alimentarea cu energie electrică se face prin barele de alimentare montate pe şinele de ghidare. Robocarele suspendate tip KHB produse de firma Translift utilizează o linie de curent la 42V şi 50 Hz. Robocarele suspendate sunt mici şi uşor de întreţinut. Ele necesită un culoar de lăţime redusă, iar sistemul de ghidare permite rularea pe curbe cu rază foarte redusă. Viteza da deplasare a robocarelor suspendate este cuprinsă între 10-100 m/min. Rolele de ghidare sunt prevăzute cu un bandaj din masă plastică, cea ce face ca nivelul de zgomot la deplasarea robocarelor să fie foarte redus. În funcţie de necesităţi robocarele pot fi comandate (mişcate, oprite, expediate, rechemate) manual sau automat prin calculator. Robocarele suspendate au un consumul redus de energie electrică, ceea ce are ca efect costuri de exploatare minime. In Fig. 13.8 se prezintă un detaliu al unui sistem de robocare suspendat pentru transportul motoarelor la montajul final, implementat în anul 1989 de către firma Voest- Alpine Steinel [1] la firma Opel din Bochum, Germania

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

Fig. 13.8 Detaliu al unui sistem de robocare suspendat pentru transportul motoarelor la montajul final, implementat la firma Opel – Bochum, Germania de firma Voest - Alpine Steinel [1]

213

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

214 13.4 Sisteme de robocare ETV

Sistemele de robocare utilizând Electric Track Vehicle sunt un mijloc de transport uzinal modern, extrem de eficace, utilizat cu preponderenţă în transferul de documente din bănci, instituţii administrative, firme de asigurări, precum şi pentru transferul cărţilor din biblioteci, respectiv pentru transporturi specifice în spitale, dar şi în întreprinderi în special pentru transportul componentelor electronice. În Fig. 13.9 se prezintă layoutul unui sistem de robocare echipat cu vehicule de tip ETV – KHB OV, produse de firma TRANSLIFT [9], implementat la o firmă de asigurări. Robocarele ETV tip KHB-OV produse de firma Translift şi prezentate în Fig. 13.10, pot fi comandate manual sau automat. Având un sistem de acţionare propiu vehiculul ETV circulă fără zgomot, rulând pe o şină de Director

Centru de calcul Financiar

Organizare Reclamă

Arhivă

Juridic Birou de asigurare

Birou de asigurare Birou de asigurare

Plaţi şi evidenţă conturi

Calculatoare

Multiplicare Corespondenţă Materiale

Reprezentanţă

Cereri

Centrul de preluare a datelor şi de analiză

Baza de date

Fig. 13.9 Layout-ul unui sistem de robocare ETV – KHB OV, realizat de firma Translift [9] şi implementat la o firmă de asigurări ghidare având alimenta-rea cu curent integrată. Containerele transportate sunt astfel executate ca la nevoie să poată asigura păstrarea în aceeaşi poziţie orizontală a materialelor transportate, indiferent dacă traseul parcurs este orizontal sau vertical. În acest scop fiecare schimbare de direcţie se face lin şi fără smucituri.

Fig. 13.10 Robocar ETV tip KHB OV produs de firma Translift [9]

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

215

13.5 Sisteme de robocare pe pernă de aer Prima uzina de construit vagoane de cale ferată utilizând sisteme de robocare sustentate pe pernă de aer [MIH 89a] [MIH 89b] a fost întâmpinată cu scepticism, deoarece o hală de montaj de vagoane fără şine de cale ferată, în accepţiunea clasică a acestor hale (Fig. 13.11), părea inimaginabil doar cu câţiva ani în urmă. Astăzi aproape fiecare producător de vagoane de cale ferată, în cazul modernizării uzinei sau construirii alteia noi, utilizează tehnica transportului pe pernă de aer. Robocarele pe pernă de aer, capabile să se deplaseze în orice direcţie, dacă sunt integrate într-o linie de fabricaţie sau de montaj, le conferă acestora o mare flexibilitate şi permit totodată creşterea productivităţii Platformă glisantă de triaj cu troliu Dispozitive de ridicare

Macara 2 x 40 t

Fig. 13.11 Sistemul clasic de transfer a vagoanelor de cale ferată, utilizând şine de cale ferată, vinciuri şi macarale de mare tonaj muncii, în condiţiile în care are loc o micşorare a investiţiilor totale pentru un spaţiu de producţie nou. Astfel pentru o fabrică nouă bazată pe transport utilizând perna de aer [MIH 91], avantajele sunt evidente: reducere cu cca. 50 % a cheltuielilor de investiţii; creştere de 20 – 40 % a productivităţii muncii.

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

216

Mai mult prin noua tehnologie de transport este posibilă realizarea unui sistem de fabricaţie flexibil pentru vagoane de cale ferată. Nu mai sunt necesare atâtea linii de cale ferată, după cum rezultă şi din Fig. 13.12 în comparaţie cu sistemul clasic prezentat în Fig. 13.11, sau alte instalaţii fixe, ancorate în fundaţie, care să limiteze posibilităţile de transport a vagoanelor sau configuraţia layout-ului. Toate echipamentele sunt deplasabile pe module pe pernă de aer, astfel încât fabricaţie se adaptează la modificările impuse de o producţie de serie mică. Efectele economice obţinute sunt datorate avantajelor

Robocare pe pernă de aer

Cricuri 4 x 20 t

Fig. 13.12 Sistemul modern de transfer a vagoanelor de cale ferată, utilizând robocarele pe pernă de aer utilizării tehnicii transportului pe pernă de aer [MIH 93] şi anume: ♦ lipsa aproape totală a frecării la transportul sarcinii (μ = 0,001); ♦ manevrabilitate mare prin deplasarea în orice direcţie; ♦ poziţionare exactă şi manevrabilitate pe spaţii reduse; ♦ capacitate de transport teoretic nelimitată; ♦ dimensiuni mici de gabarit ale vehiculelor de transport; ♦ înălţimea de lucru şi efortul operatorului uman este redusă; ♦ pretenţii de rezistenţă a pardoseli mai mici, datorită repartiţiei sarcinii pe o suprafaţă mare; ♦ transportul sarcinii fără şocuri şi vibraţii; ♦ consum de energie redus;

Aplicaţii ale sistemelor de robocare

217

♦ costuri de investiţie, exploatare şi întreţinere scăzute. Totodată nu trebuie neglijat faptul ca s-a creat un nou concept de organizare, atât din punct de vedere al

Fig. 13.13 Robocar pe pernă de aer transferând un vagon de cale ferată [8] spaţiului de producţie, cât şi din cel al modului de lucru, prin desfăşurarea activităţi pe echipe şi pe staţii de montaj flexibile. În fabricaţia flexibilă de vagoane de cale ferată pentru dotarea de bază, în afara robocarelor pe pernă de aer (Fig. 13.13), care funcţionează în module de 1, 2, 3 sau 4 unităţi simultan şi care au o capacitate portantă de 80 t, se mai necesită următoarele echipamente periferice:  Platformă combinată de lucru şi de depozitare intermediară a componentelor, a pieselor şi a materialelor tehnologice necesare, sustentabilă pe pernă de aer;  Vehicule de transport pe pernă de aer, pentru transportul platformelor de lucru şi a cricurilor;  Platforme ridicătoare de montaj pe pernă de aer, pentru lucrul sub podeaua vagonului în vederea montării echipamentelor mecanice şi electrice specifice;  Transportoare pe pernă de aer pentru înălţimi mari. În Fig. 13.14 se prezintă un asemenea transportor utilizate la montajul uşilor de vagoane de cale ferată de mare viteză [KRO 93]. Toate aceste instalaţii de ridicat, care sunt deplasabile pe pernă de aer în orice direcţie, dacă sunt integrate într-o linie de fabricaţie sau de montaj, conferă acestora o mare flexibilitate şi au ca efect direct o creştere semnificativă a productivităţii muncii şi o micşorare considerabilă a investiţiilor pentru construirea sau dezvoltarea de spaţii de producţie noi. În anul 1996 firma DELU [8] a dezvoltat o unitate mobilă de Fig. 13.14 Transportor pe măsurare a vagoanelor. Cu această unitate mobilă nu mai este pernă de aer la înălţimi mari necesar transportul vagoanelor la o staţie specială de măsurare, utilizat la montajul uşilor deoarece unitatea se poate deplasa la fiecare vagon în parte. Aceasta vagoanelor ICE conduce la o economie mare de timp destinat de regulă transportului vagoanelor, iar măsurarea poate fi realizată chiar în staţia în care s-a terminat activitatea de montaj a vagonului.