Virtuální buňky pomáhaly při návrhu linky

Tento článek poskytuje konkrétní informace o tom, jak společnosti Comau a Alfa Romeo navrhly flexibilní velkoobjemovou linku BIW pro optimalizaci výroby modelu Giulia pomocí inovativního procesu dvouvrstvého rámování a současně zajistily škálovatelnost pro přidání budoucích modelů do stejné řady a splnily šibeniční, 35týdenní termín od nákupu až po uvedení produktu do provozu.

Alfa Romeo Giulia je čistá emoce. Tento luxusní automobil podporovaný působivou závodní tradicí a odvážným charakterem je stejně tak sexy, jako je sportovní, což je opravdový důkaz inovativního ducha historické automobilky. I přesto, že Alfa Romeo vytvořila toto italské mistrovské dílo, musela také navrhnout flexibilní velkoobjemový provoz Body-In-White (BIW), který by byl schopen naplnit ambiciózní výrobní cíle firmy a cíle týkající se doby uvedení výrobku na trh.

Zvláštností Alfa Romeo je kombinace inovativní technologie hliníkového motoru, zvýšeného výkonu, dokonalého rozložení hmotnosti 50/50 a detailů zaměřených na řidiče. Model byl navržen jako pocta závodnímu dědictví Alfa Romeo. Průkopnický a výrazný italský design přispěl k získání ceny za nejlepší design karoserie pro model Giulia na 18. ročníku soutěže EuroCarBody. Z celkového počtu 50 bodů získala Giulia 39,46 bodu a získala první místo díky své zároveň lehké i pevné konstrukci pláště karoserie a díky rozsáhlému použití ultralehkých materiálů, jako jsou uhlíková vlákna a hliník. Ještě působivější bylo to, že samotná výrobní strategie dosáhla plných 10 bodů z 10 možných.

Od počátku byl model Giulia koncipován tak, aby nastavil nové standardy pro design a výrobu automobilů. Řada byla navržena jako štíhlá a jednoduchá, se třemi úrovněmi úpravy (Giulia, Giulia Super, Giulia Veloce), z nichž každá má odlišné vlastnosti a výkonnostní specifikace. Tyto verze společně s Giulia Quadrifoglio, nejvýkonnějším silničním modelem Alfa Romeo, jaký byl kdy vyroben, měly sdílet stejnou lehkou architekturu a být vyráběny na stejné montážní lince. Kromě toho měla být linka nainstalována v rámci stávajícího závodu Cassino a společnost Alfa Romeo požadovala řešení platformy pro karoserii, které by zajistilo flexibilitu umožňující budoucí alternativy k produktu. A konečně, projekt bylo nutné definovat, vyvinout a nasadit v rekordním čase.

Společnost Alfa Romeo požádala o vedení výrobní strategie společnost Comau. Dlouholeté zkušenosti společnosti Comau s nejvýznamnějšími světovými OEM a jedinečné znalosti v oblasti lehkých materiálů jsou důkazem, že tato firma specializovaná na automatizační řešení je pro danou práci ideální. Možná že dokonce ještě důležitější byl jedinečný přístup společnosti Comau k inženýrské spolupráci, zvláště vzhledem k mimořádně napjatému načasování projektu a potřebě vybudovat novou linku v rámci stávajícího „brownfield“ provozu a jeho vlastních omezení půdorysu. Jako taková se společnost Comau stala nedílnou součástí vysoce kooperativního společného designérského týmu, jehož prvním úkolem bylo definovat požadavky na projekt z hlediska produkce, inženýrství a procesní výroby.

Během společné inženýrské fáze sdílel tento tým specifické technologie, domlouval se na výrobním přístupu a optimalizoval klíčové podpůrné faktory, aby zajistil, že technologická páteř velkoobjemové aplikace Alfa Romeo zvládne. Zde společnost Comau dokázala využít své osvědčené technické dovednosti při navrhování a vývoji komplexního řešení na základě modulárního, flexibilního a rozšiřitelného rámového systému OpenGate, který zaručuje vysokou opakovatelnost a dokáže zpracovat až čtyři různé modely pro maximální flexibilitu a návratnost investice. Vzhledem k tomu, že jeho kompaktní a štíhlá architektura obsahuje až 18 robotů s horní montáží a až 6 vyhrazených modelových bran, které zajišťují vysokorychlostní provoz s vysokou hustotou, mohlo řešení Comau usnadnit automatické sestavení modelu Giulia při splnění výrobních cílů Alfa Romeo. Součástí sestavy byly také části modulárního systému ComauFlex včetně uzavřené smyčky a spojovacího systému VersaRoll. VersaRoll se používá především pro nastavení geometrie stran karoserie a podvozku a zajišťuje rychlý pohyb materiálu přes linku. Tím se snižuje čas bez přidané hodnoty. Systémy OpenGate i VersaRoll navíc využívají roboty s horní montáží, což umožňuje nejvyšší hustotu robotů a zvyšuje objem spojovacích operací na každé stanici.

Stavba takové sofistikované, ale přirozeně flexibilní výrobní linky vyžadovala, aby společný inženýrský tým spolupracoval prakticky na všech úrovních procesu. Dva z prvků významně přispěly k úspěchu projektu, a to použití virtuálních simulačních technologií a přístup World Class Manufacturing společnosti Comau.

V úzké spolupráci obou společností byly vyvinuty virtuální testovací buňky za účelem vyhodnocení chování materiálů a spojovacích procesů, které měly být použity v rozsáhlém výrobním prostředí. Tým provedl také fyzické testování pro ověření specifických prvků, jako je například kvalita spojů různých spojovacích technik (nýtování, šroubení a svařování). Nakonec provedl společný inženýrský tým řadu testů, aby stanovil, jaké parametry jsou potřebné pro optimalizaci výrobního procesu, ověření geometrie různých sestav a zajištění nejvyšší úrovně výkonu a kvality vozidel.

Použití virtuálních buněk poskytlo týmu také přesnou a detailní simulaci celé výrobní linky. Díky ověření různých procesů virtuálním způsobem před fyzickou realizací linky mohly společnosti identifikovat potenciální problémy a zlepšit očekávané výsledky. Kromě toho byla virtuální simulace použita pro stanovení odhadovaných časů cyklů, které lze u nové linky očekávat. Tyto detaily byly obzvláště důležité vzhledem k potřebě přesně koordinovat pohyb a načasování mnoha robotů a jejich úpravy s mnoha prováděnými operacemi.

Podíváme-li se blíže na výrobu tohoto oceněného auta, je třeba podrobněji probrat konkrétní konfiguraci linky. První úsek linky je místo, kde se vytváří podvozek, který se skládá z předního rámu (zde je namontován motor a všechny související mechanické součásti), centrální podlahy (včetně první řady sedadel) a zadního rámu (druhá řada sedadel). Jakmile je spuštěn automatický cyklus, každý podvozek je postupně zpracován různými průmyslovými roboty. Když je podvozek dokončen, vstupuje do části, kde se připojuje karoserie. Zde pracují celkem dvě rámové stanice OpenGate, postupně a v jedinečné konfiguraci, která umožňuje realizovat jemné operace ve dvouvrstvém konstrukčním procesu.

To znamená, že konstrukce karoserie je v podstatě rozdělena na dva konkrétní montážní kroky. Na první stanici je vytvořena konstrukční neboli vnitřní část podvozku a jeho stran, zatímco v následné fázi je přidán tzv. vnější plášť. Tento pokročilý proces značně zlepšuje možnost přístupu, usnadňuje práci robotů při svařování, umisťování různých prvků a provádění dalších činností, které jsou potřebné k dokončení sestavy. Vzhledem k tomu, že roboty mají úplný a neomezený přístup ke konstrukční „kostře“ vozidla, jsou svařovací operace účinnější a přesnější než při tradičním procesu, což vede k lepší celkové geometrii výroby. Současně je na samostatné stanici připravena vnější část vozidla – umístěna a připevněna ke konstrukčnímu skeletu.

Rozsáhlé používání lehkých materiálů, jako je hliník, který je sám o sobě mnohem měkčí než jeho tradiční ocelové protějšky, vyžaduje při spojovacích a dokončovacích procesech vysokou přesnost a preciznost. A protože model Giulia Quadrifoglio je opatřen střechou a ochranným krytem z uhlíkových vláken, složitost procesu se dále zvyšuje. Na rozdíl od ostatních modelů Giulia, kde se hliníková střecha upevňuje pomocí laserového pájení, střecha z uhlíkových vláken modelu Giulia Quadrifoglio se připravuje a sestavuje na plně automatizované pracovní stanici. Proces, který je v patentovém řízení, se skládá z několika robotů, které jsou doplněny pokročilými systémy sledování a řízení. Celý proces je řízen z hlediska kvality a přesnosti – od automatického čištění komponent přes míchání, rozdělování a aplikaci dvousložkového lepidla až po jeho polymeraci, která zahrnuje inovativní systém InfraRed. Následuje testování vodotěsného těsnění.

Dalším inovativním aspektem výrobní strategie je použití pokročilých technologií, jako je například válcový lemovací systém RHEvo, které kombinují výkon a efektivitu se sběrem dat v reálném čase a monitorováním procesu. Při rychlostech až 750 mm.s-1 může systém RHEvo provádět lemování velmi složitých prvků napříč několika výrobními linkami, přičemž chrání geometrickou jednotnost smontovaných dílů, zkracuje dobu uvedení na trh a snižuje celkové výrobní náklady. U modelů Giulia se RHEvo používá k lemování zadního podběhu, což napomáhá zachovat silný točivý moment, který vysoce výkonný sportovní sedan vyžaduje. I zde se používají pokročilé systémy kontroly pro identifikaci a opravu jakýchkoli polohovacích proměnných vzniklých při umístění podvozku ve stanici. Systém kontroly nejen vypočítává přesné umístění podběhu, ale také odesílá data robotu, aby správně umístil kovadlinu vzhledem k podběhu. Při této spolupráci může následně robot rekalibrovat svou pozici tak, aby byl dokonale vycentrovaný vzhledem k podběhu. Systém RHEvo poté při práci v tahovém režimu automaticky olemuje podběh, čímž vytvoří během tří průchodů a za použití dvou typů válečků perfektně přesnou spodní obrubu. Jakmile je proces lemování dokončen, systém se automaticky znovu nastaví pro další model. Kromě toho je tento pokročilý systém dostatečně flexibilní, aby zvládl až čtyři různé modely bez nutnosti dalšího nastavení nebo zásahu obsluhy.

Tato úroveň inovací není pro společnost Comau nová. Její znalosti a globální technologická síť umožňují snižovat rizika instalace a spuštění provozu a současně zkracovat celkové časové rámce programu. Škálovatelnost a všestrannost technologického přístupu společnosti byla pro splnění přísných požadavků zásadní, avšak ještě důležitější byla společná vize toho, čeho měly obě společnosti dosáhnout. Díky neuvěřitelně úzké týmové spolupráci a procesům WCM byl tento průlomový projekt úspěšný na několika úrovních. Hlavním přínosem nabídky společnosti Comau je inženýrský tým, který může pracovat přímo s klienty, jako je Alfa Romeo, a společně vyvíjet technologická řešení na míru, která splňují skutečné provozní a investiční požadavky konkrétního projektu. Kromě toho se tým zabývá navrhováním inovativních a efektivních způsobů optimalizace klíčových výrobních procesů, zkracování doby spuštění a zvyšování výkonu od prvního dne. Jedná se o přístup založený na spolupráci v oblasti inženýrství, který je podpořen základním odhodláním společnosti Comau podporovat budoucnost otevřené automatizace.

Comau

Zibetti, Daniele

daniele.zibetti@bm.com

http://www.comau.com/EN