Možnosti snížení výrobních nákladů v plastikářské výrobě

Stav techniky a nové technologické přístupy

Obvyklým technologickým vybavením výroby plastových dílců jsou vstřikovací stroje s hydraulickými pohony. Jejich základem je regulované čerpadlo poháněné elektromotorem, na něž pak navazují jednotlivé hydraulické okruhy stroje vybavené rychlými servoventily, popř. proporcionálními ventily a snímači dráhy. Technika těchto pohonů je spolehlivá, léty osvědčená a umožňuje s vysokou mírou přesnosti programovat jak samotný průběh silového působení hydrauliky, tak i vlastní pohyby stroje. Faktem však zůstává, že tomuto typu pohonu je vlastní relativně nízká energetická účinnost pohybující se na úrovni 50–60 %. To způsobuje v prvé řadě okolnost, že hlavní hydraulické čerpadlo stroje musí běžet po celou dobu vstřikovacího cyklu, a to bez ohledu na velikost okamžité energetické spotřeby stroje, která se v průběhu celého pracovního cyklu výrazně mění (viz obr. průběhu odběru energie). K dalším energetickým ztrátám pak přispívá viskozita hydraulického oleje, respektive ztráty třením, které vznikají průtokem tohoto oleje hydraulickými rozvody (hadice, trubky, ventily).

Elektrické vstřikovací stroje

Již několik let se na trhu nabízejí tzv. elektrické vstřikovací stroje, jejichž jednotlivé pracovní osy jsou poháněny zásadně servomotory. Servoelektrické pohony využívají el. energii mnohem efektivněji a mohou pracovat na sobě zcela nezávisle. Využíváním rekuperační energie získané při brzdění servomotorů navíc dochází k další optimalizaci celkové spotřeby energie strojů. Výsledkem součinnosti těchto faktorů je dosažení úspory ve spotřebě el. energie o 25 % až 50 % v porovnání s hydraulickým vstřikovacím strojem – v závislosti na velikosti daného stroje a charakteru výroby.

Uvedená výše úspory se na první pohled jeví jako velmi vysoká. V našich středoevropských podmínkách se však náklady na spotřebovanou elektrickou energii podílejí na konečné výrobní ceně výlisku v průměru 3 % až 4 %, což znamená, že očekávaná třetinová úspora el. energie se projeví snížením výrobní ceny o pouhé 1,3 %. Elektrické vstřikovací stroje jsou však také schopny v porovnání s hydraulickými stroji dosahovat vyšší přesnosti a vyšších rychlostí pohybů. Velkým zrychlením a vysokými mezními rychlostmi souběžných pohybů dosahují el. vstřikovací stroje kratší doby chodu na prázdno, tedy i vyšší hospodárnosti výroby.

Rychlejšímu nástupu elektrických vstřikovacích strojů u nás zatím brání jejich vyšší pořizovací cena a jejich omezený sortiment z hlediska velikosti a provedení. Pro své výše uvedené přednosti se však již dnes úspěšně prosazují, a to především při výrobě rozměrově přesných a tenkostěnných výrobků, vyráběných ve velkých sériích a v krátkém výrobním cyklu.

Nové hydraulické oleje

Nelze se však domnívat, že v oblasti snižování spotřeby el. energie bylo u hydraulických vstřikovacích strojů již řečeno poslední slovo. V roce 2008 uvedla švýcarská společnost Natoil na trh novou řadu průmyslových olejů rostlinného původu. Tyto nové, ekologicky nezávadné produkty na bázi slunečnicového oleje vynikají mimořádnou stabilitou a nízkou viskozitou v širokém rozsahu pracovních teplot.

Dlouhodobé praktické provozní zkoušky ukázaly, že hydraulické vstřikovací stroje s tímto typem olejové náplně vykazují výrazně nižší ztráty a jejich celková spotřeba el. energie se snižuje o 5 % až 25 % v porovnání s dosud běžně používanými standardními typy hydraulických olejů řady 46, v závislosti na velikosti stroje a typu výroby. Tím se jejich spotřeba přibližuje spotřebě strojů elektrických. Použitím nového typu oleje se rovněž významným způsobem prodloužila životnost olejové náplně ve stroji a snížilo se i opotřebení některých komponent z jeho hydrauliky.

Zavádění automatizace

Podle odhadu Mezinárodní federace robotiky (IFR) překročí do konce roku 2009 počet celosvětově v průmyslu používaných robotů 1,1 milionu kusů. Státy s nejvyšším podílem robotizace jsou Japonsko (34 %), USA (16 %) a Německo (14 %). Celá střední a východní Evropa představuje v tomto mezinárodním srovnání pouze necelé 1 %. Na druhou stranu Česká republika společně s Polskem a Ruskem v poslední době zvyšuje meziroční počet instalovaných průmyslových robotů až o 60 %. Je zřejmé, že konkurenceschopnost českého průmyslu už nadále nebude spočívat pouze v levné pracovní síle – ta v podstatě nikdy levná nebyla, byla jen nízká oproti ceně lidské práce u našich západoevropských sousedů. Za stávající složité hospodářské situace je další úspěšný vývoj českého průmyslu podmíněn snižováním nákladů, zhromadněním výroby, zvyšováním kvality díky přesnosti a opakovatelnosti a zvýšením produktivity zkracováním pracovních cyklů.

Ještě donedávna rychle rostoucí tempo plastikářské výroby není možné udržet prostým rozšiřováním stávajících technologií a do výrobního sektoru se postupně začínají zavádět provázané automatizované celky. Dosavadní nesourodá mechanizace nebo jednoduchá automatizace přináší problémy jak v technické přípravě výroby, tak ve výrobě samotné, proto výrobci při zadávání a realizaci automatizace postupně přecházejí na nový – projektový – přístup. Tento přístup se snaží v rámci zaváděné automatizace komplexně obsáhnout maximum výrobních a kontrolních úkonů a je přitom zastřešován pouze jedním – generálním – dodavatelem. Dodavatel a řešitelé se snaží o optimální funkční propojení vstřikovací formy, vstřikovacího stroje, manipulátoru nebo robota, chapadla, jednoúčelových zařízení, podpůrných periferií a případně kontrolního a monitorovacího systému tak, aby celé pracoviště bylo výkonné, autonomní, schopné pracovat bez zásahu obsluhy po několik hodin či směn a vyžadovalo minimální údržbu.

Kromě zvýšení produktivity práce a snížení provozních nákladů je vedlejším produktem obvykle zvýšení bezpečnosti provozu. Projekt řeší otázky univerzálnosti nebo jednoúčelovosti robotu, jeho autonomie, typu pohonů, přesnosti, chybovosti, ceny, prostorového uspořádání atp. Pracoviště musí být konstrukčně navrženo nejen dle požadavků zákazníka, ale i s ohledem na legislativní a technicko-normativní předpisy týkající se funkčnosti, ergonomičnosti pracoviště, provozní bezpečnosti a také s ohledem na možnost snadného a rychlého odstranění poruchy. Celé pracoviště jako každé jiné strojní zařízení v tomto směru podléhá plnění všeobecných požadavků směrnice na strojní zařízení a musí na ně být v souladu s legislativními předpisy vydáno ES prohlášení o shodě. Komplexní dodávka takového pracoviště již v sobě posouzení shody zahrnuje, na rozdíl od dříve tak rozšířeného nesystémového dovybavování strojů periferiemi a mechanizací.

Plastikářská výroba využívající automatizované systémy vykazuje snížení zmetkovitosti až o jeden řád, a to především díky pravidelnému pracovnímu cyklu vstřikovacího stroje a minimálním výrobním výpadkům, které jsou hlavními příčinami vysokého počtu zmetků z kontinuální výroby s lidskou obsluhou. Aby bylo možné autonomii provozu zajistit, jsou mnohé automatizované systémy vybaveny i stoprocentně robotizovanou vstupně-výstupní kontrolou monitorující vybrané kvalitativní parametry. To vede k další selekci případných zmetků a zabezpečení a dokumentování kvality dodávek dle norem odběratelů.

Přestože technická řešení automatizace výrobního pracoviště mohou být rozličná, důležitý je konečný výsledek. Výrobce si v podstatě zakoupením automatizované výrobní jednotky zajišťuje možnost vyrábět definovaný produkt v definované kvalitě a množství s minimálními nebo nulovými výpadky v dodávkách za výsledného snížení výrobních nákladů a zvýšení provozní bezpečnosti. Manipulátory a průmyslové roboty využívané v plastikářské výrobě takto přinášejí v konkurenčním boji komparativní výhody a jsou na rozdíl od manuálních pracovníků schopny pracovat 24 hodin denně, 7 dnů v týdnu, bez ztráty motivace a kolísání výkonnosti.

Monitorování výroby

Cesta snižování nákladů může vést i přes vyšší dohled nad celkovou výrobou a její vzájemnou provázaností. V takto monitorované a řízené výrobě počítačové systémy samy nejen plánují, ale i zpětnovazebně kontrolují kvalitu a kvantitu výroby, eliminují doby prostojů, zajišťují návštěvu odborného servisu, umožňují dálkový dohled nad výrobou z domu nebo z pracovní cesty aj. Mnoho lisoven středního a většího typu se proto v současné době zajímá o počítačový monitoring, ať už z důvodu nových kvalitativních požadavků od svých odběratelů nebo i z důvodu nutnosti lepšího využití strojového parku. Podle dosavadních zkušeností se po zavedení monitorování výroby ve středně velkých lisovnách (kolem 20 vstřikovacích lisů) může zefektivněním výroby ušetřit výrobní kapacita až jednoho stroje, což při kalkulaci nákladů monitorovacího systému představuje návratnost investice 6 až 12 měsíců.

Více informací o monitorovacích systémech a jejich možnostech lze získat z článku „Monitorování výroby a sběr dat v lisovnách plastů“, MM Průmyslové spektrum 1–2/2008.

Závěr

Snižování výrobních nákladů je v současné době velmi často diskutované téma a výrobci plastových dílců jsou nuceni přistoupit k razantním úsporným programům. Cílem článku bylo ukázat několik možností, jak případných úspor dosáhnouz, a to hlavně využíváním nových technologií – elektrických vstřikovacích strojů, nových druhů hydraulických olejů, zaváděním automatizovaných pracovišť a počítačovým monitorováním výroby. Tyto inovace sice zpočátku vyžadují nemalé vstupní investice, ale ve svém dlouhodobém důsledku jsou efektivní a přinášejí nižší provozní náklady. Dodavatel vstřikovacích strojů firma Arburg ve všech těchto směrech nabízí provozovatelům lisoven možnost konzultací a všestrannou technickou podporu.

Ing. Jaroslav Novák, CSc.

Ing. et Ing. Daniel Orel, Ph.D.

Arburg

daniel_orel@arburg.com

www.arburg.com