Pracoviště automatizované zakázkové výroby

Ve strojírenské výrobě neustále roste požadavek na zvyšování poměru mezi užitnou hodnotou stroje a jeho prodejní cenou. Obzvláště to platí v subdodavatelském sektoru, kde nízká výrobní marže bývá klíčovým kritériem uzavřeného kontraktu. Obráběcí stroje jsou ve velké míře používány v sériové výrobě, a proto jejich výrobci hledají způsoby, jak zvyšovat svou produktivitu a zároveň zkracovat vedlejší nevýrobní časy. Navyšování produktivity vylepšením konstrukce obráběcích strojů má své fyzikální limity, proto se nové cesty hledají například ve schopnosti stroje pracovat v bezobslužném režimu, a to díky automatizaci výrobního procesu. Jednou z možností je aplikace průmyslových robotů pro obrobkovou, případně i nástrojovou manipulaci.

Je ale nutné se na tuto problematiku dívat v širších souvislostech. Nemůžeme se zaměřit pouze na robotizované pracoviště, ale je nezbytné brát v úvahu veškeré aspekty výroby, které jsou navzájem provázány a koordinovány. Od logistiky přes nástrojový management, kontrolu až po samozřejmě (nejenom) v kontextu současné doby surovinovou a energetickou otázku. A to vše orámované personální kapacitou a znalostmi zaměstnanců.

Většina výrobců obráběcích strojů nemá průmyslové roboty ve svém výrobním portfoliu, ale v rámci projektu nabízejí zákazníkům řešení robotizovaných pracovišť a využívají k tomu buď subdodávku z nabídky výrobce robotů rozšířenou o další opce, jako například chapadlo, manipulační hlavice či bezpečnostní prvky, anebo navrhnou, sestaví a komplexně dodají a oživí robotické pracoviště, včetně úložného místa.

Mimo základní parametry, ke kterým patří velikost, tvar i hmotnost manipulovaných dílců a objem dávky, musí řešení respektovat požadavky na délku bezobslužného provozu pracoviště a univerzálnost, tedy rozsah, v němž se výše uvedené parametry mohou pohybovat. Zohlednit je třeba také snadnost a časovou náročnost změny nastavení pro jiný typ výrobku a důsledky volby manipulace s jednotlivými díly nebo s celými paletami. V rámci štíhlé výroby hraje velkou roli i zástavbová plocha. Nejmenší požadavky na zastavěnou plochu mají obvykle roboty portálové nebo roboty integrované do pracovního prostoru stroje – jako například řešení Armroid od společnosti Okuma, a to díky jejich soustružnickým strojům, primárně určeným pro automatizaci kusové výroby. Je-li robot v klidové poloze, je plně součástí pracovního prostoru stroje, a veškeré nároky na půdorysnou plochu vyžadovanou systémem robotizace jsou tak dány zásobníkem dílců. Na druhou stranu samostatná robotická pracoviště jsou více univerzální a dovolují např. změnu dílců tyčového charakteru na dílce prizmatické, ale kladou větší nároky na prostor. Zastavěná plocha paletových robotických systémů je závislá na počtu, velikosti a typu palet a jejich stohovatelnosti. Tato volba zásadním způsobem ovlivňuje prostoje v podobě času potřebného pro manipulaci s obrobky. Z tohoto pohledu se zdají být výhodnější mobilní robotická pracoviště nebo systémy využívající nezávislé, automaticky řízené vozíky AGV (automated guided vehicles), které jsou ve velké míře například k vidění ve vrchlabské Škodě Auto.

„Stát na více nohou,“ jsou slova Václava Hofmeistra, ředitele společnosti Hofmeister, kterými popisuje různorodé produktové portfolio firmy, jež je známá zejména výrobou řezných nástrojů. Nezávislost pouze na jediném produktu či odběrateli zabezpečuje vždy dostatek zakázek a pomáhá ustát např. výkyvy poptávek. Na druhou stranu to s sebou nese vyšší nároky na plánování výroby, skladové zásoby, schopnosti pracovníků a další. To se firma rozhodla do jisté míry řešit automatizací.

„Různých katalogových automatizačních řešení v podobě paletových zásobníků je dnes na trhu mnoho, nám ale stále vycházelo nejlépe najít spolehlivého partnera a nechat si postavit automatizované pracoviště na míru ze standardních částí,“ popisuje Václav Hofmeister výběr vhodného řešení. „Na začátku jsme měli jasnou představu, ale nedokázali jsme domyslet spoustu detailů. V tom nám byli kolegové ze společnosti Misan velmi nápomocni,“ pokračuje ve vzpomínání. „Zadání společnosti Hofmeister bylo velmi specifické. Museli jsme navrhnout buňku s vysokým podílem variability,“ dodává Ondřej Svoboda, jednatel společnosti Misan. Buňka se skládá ze standardních částí: pětiosého obráběcího centra, průmyslového robotu, regálu pro zakládání palet a samozřejmě nadřazeného řídicího systému. 

„Už nyní jsme např. přišli na to, že nosnost robotu120 kg je pro nás limitující. Výhodné na našem řešení je ale právě to, že ve chvíli, kdy to bude potřeba, vyměníme stávající robot za větší,“ vyzdvihuje Václav Hofmeister hlavní výhodu koncepce buňky. „A až nám nebude dostačovat kapacita regálu (24 pozic), rozšíříme stávající regál třeba za roh. Nebo si k němu můžeme pořídit i druhý stroj atd.,“ dodává. Vedle možnosti rozšiřování buňky o druhý stroj či větší regál je její velkou výhodou také připravenost na rozšíření v podobě dalších pracovních operací pro robot, který v době, kdy stroj obrábí, stojí. „Robot si v budoucnu může vyměnit zápěstí a v průběhu obrábění jiné díly např. proměřovat nebo čistit a podobně,“ doplňuje Ondřej Svoboda výčet možností buňky, a tím její výhody oproti uzavřeným paletovým systémům nabízeným konkurencí.

Zavedení zákaznického řešení automatizace malosériové výroby, jakou mají ve společnosti Hofmeister, není otázkou dnů ani měsíců. Přípravy mohou trvat i roky. „Uživatel si musí nejprve vytvořit vlastní představu, a my k ní párujeme technické řešení. Říkáme, co jsme schopni z té představy splnit a jak. Případně jeho představy doplňujeme vlastními návrhy řešení, detaily a nadstavbami, které zadavatel sám nedohlídne. Jde o takový iterační proces – v tom je kouzlo řešení na míru,“ popisuje Ondřej Svoboda podobu spolupráce se zákazníkem na vývoji automatizovaného řešení. „Např. tady v Hofmeisteru, jelikož mají na každé paletě jiný přípravek (jinak velký polotovar/obrobek), jsme navrhli vedle identifikace palety také identifikaci přípravku, aby nemohlo dojít k záměně a následné kolizi,“ uvádí příklad. Buňka disponuje několika dalšími systémy kontroly pro zajištění plynulého a bezpečného chodu buňky. Jeden monitorovací systém s možností vzdáleného přístupu je obsažen v nadřazeném řídicím systému. V případě, že robot např. nenabere paletu, systém zahlásí závadu dle výběru na e-mail či zprávou na telefon. Další antikolizní systém je obsažen v řídicím systému stroje. Opce pro samodiagnostiku a samokorekce kontrolují nástroje i obrobky. Hlídají životnost nástrojů, aby mohly včas vřadit sesterský nástroj. A stroj má také vlastní virtuální kontrolu – dvojče, aby si kontroloval základní kolizní stavy. Model stroje, který odpovídá výrobnímu číslu, je přímo v řídicím systému – to znamená, že obsahuje všechny opce, doplňky apod. Data obrábění, která kontroluje, již prošla postprocesorem, což znamená, že pracuje s reálnými daty, se kterými pak také obrábí.

Volba obráběcího stroje je především odvislá od vyráběného množství, typu, velikosti a přesnosti vyráběného dílu. Volba způsobu a systému manipulace s obrobkem vychází ze stejných kritérií. Vše dohromady pak tvoří robotizované řešení customizované výroby. V případě automatizace malosériové výroby je dle slov doktora Svobody, jednatele firmy Misan, nutné především vycházet z komplexních požadavků, mezi které patří univerzálnost použití navrženého řešení, dosažení geometrické přesnosti vyrobeného dílu a samozřejmě snadná obsluha a seřizování. Při návrhu manipulačního zařízení je třeba dbát na spolehlivost založení a upnutí dílu, bezpečnost manipulace a flexibilitu přestavení na jiný díl.

V malosériové výrobě nerotačních dílů můžeme automatizaci realizovat například obráběcím centrem s jedním nebo více paletovými výměníky, pružným výrobním systémem se zásobníkem palet, robotizovanou buňkou s obráběcím centrem s výměnou palet a zakládáním obrobků. Při automatizaci malosériové výroby rotačních dílů aplikační inženýři Misanu mají několik možností, jak pracoviště řešit. Buď klasicky pomocí podavačů tyčí u soustruhů a soustružnických center, nebo zařízením Halter LoadAssistant – jednoduchým automatizačním systémem s vysokým stupněm flexibility od holandské společnosti Halter CNC Automation, dále pak již zmíněným řešením Okuma Armroid a pružnými výrobními systémy osazenými průmyslovými roboty.

O potřebě automatizace slýcháme na každém rohu. Je ale potřeba k ní přistupovat obezřetně, její prvky nelze aplikovat všude. Výrobní zařízení mají svoji omezenou použitelnost, a jen ve výjimečných případech se setkáme s požadavky na integraci pouze jednoho automatizačního prvku. Jak bylo nastíněno v článku, v praxi je běžná jejich kombinace, a proto je nutné vždy dobře zhodnotit, kdy použít jaký stroj či zařízení. Nevhodná integrace těchto prvků má pak negativní jak technický, tak i samozřejmě ekonomický dopad na firmu. Často nemá smysl pořizovat nákladná a vysoce sofistikovaná multifunkční zařízení, když si vystačíme s jednoúčelovým manipulátorem. A zde platí heslo „méně znamená více“. Je dobré se obracet na renomované, osvědčené integrátory.

Ti, kdo by řešení s vysokou mírou variability nejprve chtěli na vlastní oči vidět a vyslechli by rádi rady a tipy z osobní zkušenosti, mohou navštívit společnost Hofmeister a nechat si v jejich automatické výrobní buňce zhotovit např. nultou sérii.