Roboţii industriali versus maşinile cu comandă numerică

Roboti

de Bogdan Georgescu

Roboţii industriali versus maşinile cu comandă numerică

Aflați ce joburi sunt luate din mâinile oamenilor sau de pe masa CNCurilor de către roboții industriali. După preluarea operațiilor de manipulare, sudură sau vopsire roboții trec la nivelul următor. Costul roboților se reduce, programarea lor se simplifică, lucrează perfect în echipă 24/24 și raportează la timp calitate perfectă.

În ultimul timp se poate observa cum roboții industriali au început să preia slujbele operatorilor în fabrici. Un robot poate înlocui un minim de trei operatori (câte un operator pe schimb) sau mai mulți, în funcție de numărul de operații și complexitatea acestora într-un ciclu de lucru. Subiectele pe care le vom aborda în acest articol sunt:

  • Piața roboților industriali;
  • Exemple de aplicații ce utilizează roboți industriali;
  • Limitele centrelor cu comandă numerică și cele ale roboților industriali;
  • Programarea roboților industriali;
  • Beneficiile producției cu roboții industriali. 

Piaţa roboţilor industriali

Un studiu de piață „Boston Consulting Grup” ne arată că există peste 1,6 milioane de roboți industriali, care valorează aproximativ 9,5 miliarde  dolari, și se estimează că aceste cifre vor crește în continuare în mod considerabil. (figura 1)

Rata de creștere anuală, a vânzărilor de roboți industriali este estimată a fi a doua cea mai bună din toate domeniile roboticii. Aceasta evidențiază tendința de a introduce mai mulți roboți în diverse industrii prin înlocuirea operatorilor umani și a unor procese, ca exemplu: frezarea tradițională și mașinile-unelte cu comandă numerică. 

Două segmente din domeniul roboticii au arătat creșteri impresionante în anii anteriori (figura 2) și anume:

1. Manipularea / încărcarea-descărcarea în și din mașini cu comandă numerică, 24%, devenind ceva comun în multe industrii.

2. Fabricaţia, cu rata de creștere anuală compusă 32% (operații specifice CNC/operatori umani).

Fabricația include aplicații robotizate ca: tăierea, șlefuirea, debavurarea, frezarea și lustruirea. Iar estimările arată că această tendință va deveni și mai dominantă în anii ce urmează. 

Aplicaţii robotizate

Printre aplicațiile comune se numără: gravura, debavurarea, frezarea, lustruirea, rectificarea și sculptura. Toate aceste aplicații au un numitor comun și anume, suprafețe complexe de prelucrat, ceea ce implică traiectorii complexe pentru robot. Momentan nu intrăm în detalii legate de natura materialelor prelucrate, pe noi interesându-ne procesul de producție. 

Programarea roboţilor industriali 

Pentru a deține un sistem robotizat avem nevoie de: echipamente roboți, software și programare, alimentatoare și efectori. Așadar, costurile pentru implementare sunt împărțite. După cum puteți ve dea în figura 3, ponderea cea mai mare o are software-ul și programarea, 40% din costul total, care de cele mai multe ori este realizată manual. Cu o soluție de programare offline, calitatea programelor crește și acestea sunt generate mult mai rapid. În plus, pe lângă reducerea timpilor de programare, software-ul ajută utilizatorii să analizeze echipamentele necesare și efectorii în mediul virtual, înainte de achiziționare, comandarea corectă a echipamentelor necesare fiind critică. Practic este posibilă validarea digitală completă a aplicației. 

Avantajele roboţilor industriali faţă de maşinile cu comandă numerică: 

  • Flexibilitatea:

Roboții de tip braț articulat oferă o flexibilitate de mișcare mult mai mare decât un centru cu comandă numerică. Un robot poate produce un reper complex din unghiuri multiple din aceeași poziție, fără a fi necesară repoziționarea sau prinderea de mai multe ori a reperului cum este în cazul mașinilor cu comandă numerică. 

  • Figura 3

Spre deosebire de mașinile de frezare, roboții pot fi redistribuiți pentru a realiza alte procese în fabrică: sudură cu arc electric, paletizare, etc. 

  • Roboţii sunt mai ieftini: de la 2 până la 5 ori mai ieftini decât mașinile de frezare.
  • Revizia pentru roboţi este mai ieftină: spre deosebire de reviziile scumpe pentru mașinile de prelucrat prin așchiere, mentenanța roboților este de obicei cu mult mai ieftină.
  • Schimbările de amplasare în hale: mărimea unei mașini cu comandă numerică necesită mult spațiu și odată plasată în hală este dificil de deplasat sau de schimbat amplasarea altor echipamente în jurul acesteia. În timp ce robotul necesită mult mai puțin spațiu și poate fi supus mai multor schimbări de amplasare cu o ușurință mai mare.
  • Repere de dimensiuni mari: configurații de tip roboți industriali pe echipamente de mărire a spațiului de lucru, permit procesarea reperelor de dimensiuni mari care nu pot fi procesate de către mașinile cu comandă numerică. De exemplu, procesele de producție ale elicelor de turbine eoliene și carenele bărcilor.
  • Productivitatea totală este mai mare: un robot poate realiza operații complete de frezare/ fabricație fără a fi necesară intervenția factorului uman.
  • Suportă materiale pentru prototipare: multe dintre materialele utilizate pentru prototipuri și matrițe sunt moi: clei, spumă, lemn, polimeri și metale moi. Un braț robotic este cel mai bun candidat pentru a-și deservi sarcinile în aceste medii de lucru. 

  • Figura 4

Aplicabilitatea în industrie

Procesele care necesită o precizie înaltă (> 0.01 mm) cu siguranță nu se află în domeniul de aplicații robotizate. În figura 4, avem un tabel cu industrii, tipuri de prelucrări și opțiunile de utilizare a roboților industriali:

  • Prelucrarea materialelor moi;
  • Aplicații care folosesc senzori, cum ar fi Force Feedback Controll (pentru: șlefuirea palelor de la elicele avioanelor; șlefuirea elicelor navelor marine sau procesarea cutiilor de electronice).
  • Aplicații pentru înlăturarea de material unde nu este obligatorie o precizie înaltă, precum debavurarea semifabricatelor turnate, prelucrarea reperelor metalice de dimensiuni mari, fabricația, construcțiilor grele și sectoarele din industria echipamentelor agricole.
  • Celulele galbene cu semne de întrebare in dică faptul că ar fi necesară o analiză mai în detaliu, întrucât trebuie să fie cunoscute clar specificațiile.

Provocările întâmpinate de roboţii industriali în producţie 

Precizia traiectoriilor: întâlnim des modele sau repere care să necesite traiectorii tridimensionale complexe. Iar generarea manuală a acestor traiectorii tridimensionale de înaltă precizie este o adevărată provocare.

Schimbări constante: în multe cazuri există o mare varietate de produse care să necesite ajustări locale. 

Restricţii ale fluxului de lucru: restricții ale echipamentelor fizice trebuie luate în considerare atunci când planificăm procesul de producție. De exemplu, cum optimizăm traiectoria robotului pentru a satisface cerințele sarcinii portante în operații de mare viteză. 

Rezultate de înaltă calitate: calitatea este de cele mai multe ori crucială: calitatea înaltă necesită o expertiză care este dobândită de-a lungul anilor, iar personalul experimentat este greu de găsit. Calitatea produselor este determinată de proces: traiectoriile robotului trebuie să urmărească parametri preciși, de exemplu viteze și adâncimi de avans, forțe, parametri de mișcare, ș.a.m.d., care sunt elemente cheie pentru satisfacerea calității necesare, să fie conform standardelor de producție ale companiei și resurselor utilizate. 

Productivitate: cum optimizăm performanța roboților, benzilor de transport și sistemelor de inspecție și control video într-un mediu rapid și automatizat. 

Sincronizarea cu dispozitivele externe: roboții pot fi implementați în diverse configurații, de exemplu: pe un sistem de mărire a spațiului de lucru cu un grad de libertate de translație la baza robotului, cu montare pe tavan, cu sisteme peri-robotice sau alte sisteme de poziționare cu multiple axe externe. Este posibil ca acestea să se dove dească a fi o provocare pentru a planifica procesul de producție care să considere și să controleze dispozitivele externe. 

Schema de amplasare: cum optimizăm poziționarea robotului, dispozitivele externe, gardurile și celelalte resurse, luând în considerare spațiul de lucru al robotului și evitarea coliziunilor. Provocarea devine mai mare în măsura în care celula devine mai aglomerată. Un alt factor important îl reprezintă cerințele de siguranță și sănătate care trebuie respectate. 

Protecţia echipamentelor şi personalului: cum exploatăm corect echipamentele și punem pe primul loc siguranța și sănătatea operatorului. Software-ul de programare al roboţilor industriali: NX CAM Robotics suportă procese de fabricație adaptivă. De exemplu, atunci când șlefuim un reper, este important să definim forța de șlefuire corectă pentru a o putea ajusta în funcție de cantitatea de material de înlăturat și de gradul de finisare al suprafeței dorite. Prin compararea suprafeței actuale și a suprafeței necesare, NX CAM Robotics calculează și setează o forță adaptivă de-a lungul traiectoriei.

 

  • Figura 5

Postprocesoare 

NX are integrate postprocesoare pre-configurate out of the box) pentru controlere de tip: ABB (S4, S4C, S4C+, IrC5), KUKA (KRC 1/2/3 și 4), FANUC (RJ2, RJ3, R30iA, R30iB) și SINUMERIK 840D. NX CAM POST Configurator ne permite personalizarea postprocesoarelor existente pentru a îndeplini cerințele aplicațiilor noastre.

 

  • Figura 6

Beneficii ale utilizării roboţilor industriali:

  • Crearea rapidă și cu ușurință a programelor complexe; 
  • Validarea digitală a proceselor robotizate;
  • Ușurința de furnizare a rezultatelor gata de utilizare în producție;
  • Rezolvarea impedimentelor în stagiile primare ale fazelor de planificare ale proceselor de producție;
  • Regenerarea traiectoriilor la schimbarea reperelor;
  • Eliminarea pașilor de conversie și reducerea costurilor IT cu o singură platformă;
  • Setarea propriilor reguli ale roboților pentru a menține flexibilitatea și cunoștințele de fabricație;
  • Programare simplificată cu automatizareaproceselor pe toate nivelele. 

Aşadar, în urma informaţiilor prezentate, ce putem concluziona? 

Automatizarea liniilor de producție folosind roboți industriali crește într-un ritm rapid. Astfel, trebuie să fim pregătiți pentru a putea deveni lideri de piață. Redistribuirea resurselor de tip roboți industriali este mai facilă iar totalul costurilor de achiziție și mentenanță este considerabil mai mic în comparație cu mașinile-unelte. 


BOGDAN GEORGESCU este Trainer Siemens NX la Digital Twin Inginer Roboți Industriali


 


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord