Robotai prie įrenginio ir įliejimo lizdo automatizacija - Išsamus 2025 m. vadovas

Įvadas į injekcinio lizdo automatiką

Dinamiškai kintančiame plastikų gamybos pasaulyje, injekcinio lizdo automatika nebėra pasirinkimas, o tapo esminiu konkurencingumo reikalavimu. Pagal 2023 m. PARP „Pramonė 4.0 praktikoje MVĮ“ ataskaitą, net 62% Lenkijos perdirbėjų nurodo kvalifikuotų operatorių trūkumą kaip pagrindinę augimo kliūtį. Susidūrę su šiais iššūkiais, periferiniai robotai ir integruotos automatikos sistemos jau nebėra prabanga, o strategine būtinybe, užtikrinančia gamybos stabilumą, kokybės kartojamumą ir kainų pranašumą.

IFR „World Robotics 2023“ tyrimai rodo, kad chemijos ir plastikų pramonė jau sudaro 6% visų robotizuotų įrenginių Europoje, o augimo tendencija kasmet spartėja. Injekcinės mašinos Tederic DE, DH ir NE serijų sklandžiai bendradarbiauja su robotais, vaizdo sistemomis ir periferine įranga, kurdamos naujos kartos integruotus injekcinius lizdus. Tinkamai suprojektuota injekcinio lizdo automatika gali sutrumpinti ciklo laiką net 40%, pašalindama proceso siauras vietas.

Kas yra injekcinio lizdo automatika?

Injekcinio lizdo automatika tai kompleksinė, integruota įrenginių, programinės įrangos ir inžinerinių sprendimų sistema, kuri visiškai arba iš dalies automatizuoja plastikų injekcijos procesą ir šalines operacijas. Ji apima visus gamybos etapus – nuo žaliavos paruošimo, per patį injekcijos procesą, iki apdailos operacijų ir kokybės kontrolės pagamintų detalių.

Šiuolaikinis injekcinis lizdas gali apimti šiuos pagrindinius komponentus: manipuliacinius robotus (pickerius, 3 ašių, 6 ašių, SCARA arba kobotus), transportavimo ir kokybės kontrolės sistemas (2D ir 3D kameras), automatines medžiagos tiekimo ir džiovinimo sistemas, aušinimo sistemas su temperatūros kontrole ±0,1°C, formos temperatūros reguliatorius ir integruotas SCADA valdymo sistemas, kurios komunikuoja per Euromap ir OPC-UA standartus.

Pagal 2023 m. Euromap ir VDMA „Automatika injekcinių formų lizduose“ ataskaitą, kompleksinė automatizacija su pickeriais ir vaizdo sistemomis leidžia pasiekti 20-30% ciklo laiko sutrumpinimą, palyginti su rankiniu aptarnavimu, kartu padidinant detalių kokybės kartojamumą.

Periferinių robotų tipai

Teisingo roboto injekcinei mašinai tipo pasirinkimas yra lemiamas sprendimas, lemiantis automatizacijos sėkmę. Kiekvienas roboto tipas turi specifinių savybių, privalumų ir apribojimų, kuriuos reikia palyginti su realiais gamybos reikalavimais.

Pickeriai (pick-and-place robotai)

Pickeriai yra populiariausias sprendimas injekcinių lizdų automatizacijoje. Jie pasižymi paprasta kinematine konstrukcija, paprastai paremta trimis tiesinėmis ašimis (X, Y, Z). Portalinio tipo konstrukcija – skersinis sijonas montuojamas tiesiai virš injekcinės mašinos, minimalizuojant užimamą gamybinę erdvę.

Pickerių privalumai:

• Aukščiausias pozicionavimo kartojamumas - tikslumas iki ±0,05 mm, būtinas tiksliai sandėliavimui
• Ekstremaliai trumpas ciklo laikas - nuo 0,8 iki 2,5 s sekundės, priklausomai nuo detalės masės ir atstumo
• Mažiausios investicijos - nuo 15 000 EUR su griebtuvu ir programavimu
• Intuityvus programavimas - naujos detalės per 15-30 mminučių
• Aukštas patikimumas - virš 50 000 valandų be gedimų

Pickerių trūkumai:

• Ribotas kinematinis lankstumas - sunku atlikti sudėtingas erdvines manipuliacijas
• Ribota keliamoji galia - paprastai 0,5-5 kg, maksimaliai 15 kg
• Nėra šalinių operacijų galimybių - tik pick-and-place
• Reikalinga erdvė virš mašinos - problematiška patalpose su žemomis lubomis

Šešiaašiai robotai (6-axis industrial robots)

Šešiaašiai robotai atstovauja aukščiausią lankstumo lygį automatizacijoje. Konstrukcija, paremta šešiomis besisukančiomis ašimis, leidžia pasiekti praktiškai bet kurią darbinės erdvės padėtį ir orientaciją.

Šešiaašių robotų privalumai:

• Pilna kinetinė laisvė - bet kuri padėtis su bet kuria įrankio orientacija
• Platus keliamosios galios diapazonas - nuo 3 kg iki 210 kg
• Tikslus trajektorijos valdymas - kartojamumas iki ±0,03 mm
• Galimybė atlikti daugiafunkcines operacijas - išėmimas, įdėklai, montavimas, etikečių klijavimas per vieną ciklą
• Universalumas pagal panaudojimą - greitas įrankių keitimas ir perprogramavimas

Šešių ašių robotų trūkumai:

• Aukšta investicijų kaina - nuo 40 000 EUR iki daugiau nei 150 000 EUR
• Sudėtingas programavimas - reikalingas 3-5 dienų mokymas
• Didesnė užimama erdvė - iššūkis tankiai užpildytose patalpose
• Ilgas ciklo laikas - 30-50% lėtesnis nei specialus pickeris

SCARA robotai (Selective Compliance Assembly Robot Arm)

SCARA robotai yra specializuota kategorija, sukurta ultragreitoms operacijoms horizontalioje plokštumoje. Konstrukcija, pagrįsta dviem lygiagretėmis besisukančiomis ašimis ir viena vertikalia ašimi, užtikrina standumą vertikalia kryptimi išlaikant lankstumą horizontalioje plokštumoje.

SCARA robotų privalumai:

• Didžiausias operacijų greitis - ciklas per 0,3-0,8 ssekundės
• Išskirtinis tikslumas - kartojamumas iki ±0,01 mm
• Kompaktiška konstrukcija - svoris 30-60 kg, lengvas montavimas
• Žemos eksploatacinės išlaidos - energijos suvartojimas 0,4-1,2 kW

SCARA robotų trūkumai:

• Ribotas vertikalaus judėjimo diapazonas - paprastai 200-400 mm
• Nėra įrankio orientacijos - visada vertikaliai žemyn
• Ribota keliamoji galia - paprastai 1-20 kg

Kobotai (bendradarbiaujantys robotai)

Kobotai reprezentuoja revoliucinį požiūrį į automatizaciją, kai robotas yra projektuojamas tiesioginiam ir saugiam bendradarbiavimui su žmogumi. Pažangios jutiklių sistemos leidžia nedelsiant sustoti aptikus kontaktą su operatoriumi.

Kobotų privalumai:

• Aukščiausias saugumo lygis - jėgos limitas 150N pagal ISO/TS 15066
• Minimalūs įrengimo reikalavimai - nereikia aptvaro
• Intuityvus programavimas - „vedimo ranka“ metodu
• Žema įėjimo slenkstis - nuo 25 000 EUR
• Galimybė bendradarbiauti žmogaus ir roboto - lankstumas gaminant

Kobotų trūkumai:

• Ribotas greitis - 250-1000 mm/s riboja ciklus 40-80%
• Mažesnė keliamoji galia - paprastai 3-20 kg, retai 35 kg
• Kompromisas dėl tikslumo - kartojamumas ±0,05-0,1 mm
• Ribotas pasiekiamumas - 500-1300 mm

Injekcinio lizdo periferija ir papildoma įranga

Šiuolaikinis injekcinis lizdas yra daug daugiau nei robotas ir injekcinė mašina. Periferija yra kritinis gamybos ekosistemos elementas, dažnai nulemiantis galutinį našumą ir kokybę. Periferijų optimizavimas gali atnešti net 25% operacinių išlaidų sumažėjimą.

Pagrindinė periferija apima:

• Medžiagų paruošimo sistemos - absorbcinės džiovyklės su rasos tašku iki -40°C, centriniai padavėjai, maišymo stotys su ±0,5% tikslumu, perdirbimo malūnai
• Temperatūros valdymo sistemos - tikslūs aušintuvai ±0,1°C, daugiazonės formų temperavimo sistemos, karštų kanalų sistemos
• Kokybės kontrolės sistemos - 2D/3D kameros, atmetimo sistemos, dinaminės svarstyklės su 0,01 g tikslumu
• Transportavimo sistemos - juostiniai konveieriai, tarpiniai buferiai, vibraciniai orientatoriai, automatinio pakavimo sistemos

Valdiklių integracija ir komunikacijos standartai

Veiksmingos automatizacijos raktas yra sklandus visų įrenginių bendravimas. Injekcinės mašinos Tederic DE, DH ir NE serijų yra aprūpintos moderniausiais valdikliais, palaikančiais visus pagrindinius pramoninės komunikacijos standartus.

Euromap 12 - pagrindinis standartas, apibrėžiantis elektrinį sąsają 8 s8 įėjimo ir 8 išėjimo signalų tarp injekcinės mašinos ir roboto (pasirengimas, formos atidarymas, ciklo paleidimas, įspėjimai). Tederic siūlo Euromap 12 kaip standartą, užtikrinant suderinamumą su Star Seiki, Yushin, Wittmann, Sepro ar Engel robotais.

Euromap 67 - modernus RS-232 lub arba Ethernet serijinio protokolas, leidžiantis dvipusį procesinių, diagnostinių duomenų ir pranešimų keitimąsi realiu laiku. Leidžia nuotoliniu būdu programuoti robotą iš injekcinės mašinos panelės.

OPC-UA - universalus Industry 4.0 standartas duomenų mainams IoT architektūroje. Injekcinės mašinos Tederic su OPC-UA opcija gali publikuoti šimtus parametrų į MES, ERP, SCADA sistemas be papildomų konverterių. Užtikrina visišką gamybos skaidrumą ir pažangios analitikos galimybes.

Pagrindiniai robotų parinkimo techniniai parametrai

Teisingo roboto pasirinkimas reikalauja pagrindinių techninių parametrų analizės ir jų palyginimo su tikraisios aplikacijos reikalavimais.

1. Nominalus roboto keliamoji galia (kg)

Maksimalus svoris, kurį robotas gali saugiai pernešti, įskaitant griebtuvo, gaminio ir papildomų įrankių svorį. Taikykite 150% atsargos principą - jei gaminys sveria 3 kg, o griebtuvas 1,5 kg, rinkitės robotą su keliamąja galia minimum 7 kg. Tipinės sritys: pickeriai 0,5-15 kg, SCARA 1-20 kg, 6-ašiai 3-210 kg, cobotai 3-35 kg.

2. Darbinis diapazonas / veikimo spindulys (mm)

Maksimalus atstumas, kurį robotas gali pasiekti nuo montavimo bazės. Turi apimti visą darbinę zoną: nuo formos centro per atidėjimo zoną iki šalinių operacijų stočių. Tipinės sritys: pickeriai 400-1500 mm, SCARA 400-1000 mm, 6-ašiai 500-3100 mm, cobotai 500-1300 mm.

3. Pozicionavimo kartojamumas (mm)

Pagrindinis parametras, apibrėžiantis tikslumą grįžtant į tą pačią poziciją po daugkartinų ciklų. Pagal ISO 9283: pickeriai ±0,05-0,1 mm, SCARA ±0,01-0,02 mm, 6-ašiai ±0,03-0,08 mm, cobotai ±0,05-0,1 mm. Tolerancijoms IT7-IT8 reikalingas <0,05 mm.

4. Maksimalus greitis / ciklo laikas (mm/s arba s) ___

judėjimo greitis tiesiogiai susijęs su ciklo laiku. Trumpiems injekcijos ciklams (2-5 s) rinkitės greičiausius pickerius (0,8-1,5 s/ciklas). Tipiniai greičiai: pickeriai 2000-4000 mm/s, SCARA 5000-10000 mm/s, 6-ašiai 1000-2500 mm/s, cobotai 250-1000 mm/s.

5. Apsaugos laipsnis IP (Ingress Protection)

Standartiniai robotai turi IP54 (apsauga nuo dulkių ir vandens purslų). Drėgnai aplinkai rinkitės IP65 (apsauga nuo srovės) arba IP67 (atsparumas panardinimui).

6. Darbinė aplinkos temperatūra (°C)

Standartinis diapazonas yra nuo +5°C iki +45°C. Nešildomoms patalpoms rinkitės išplėstines versijas nuo -10°C iki +55°C. Karštai aplinkai reikalingos aukštos temperatūros versijos iki +60°C.

7. Gyvavimo ciklų skaičius / MTBF (ciklai arba valandos)

Aukštos klasės robotai projektuojami 1-2 m milijonų ciklų arba 50 000-80 000 valandų prieš pagrindinę priežiūrą. Esant 24/7 ir 10 s ciklui, robotas atliks ~3 m milijonus ciklų per metus.

Injekcinių lizdų automatikos taikymo sritys

Automobilių pramonė - durų paneliai, konsolės, variklių gaubtai, LED apšvietimo detalės. Reikalavimai: pilna automatika, 100% vaizdo kontrolė, 6 ašių robotai 15-50 kg, kartojamumas <0,05 mm, ciklai 30-90 s.

Vartojamosios elektronikos ir buitinės technikos pramonė - išmaniųjų telefonų, nešiojamųjų kompiuterių, televizorių korpusai, smulki buitinė technika. Reikalavimai: lankstumas perprogramuojant, įbrėžimus aptinkančios vaizdo sistemos, ciklai 15-45 s, aukštas paviršiaus estetiškumas.

Medicinos pramonė - švirkštai, infuzinės sistemos, nešiojamoji diagnostika. Reikalavimai: gamyba švaros zonose ISO 7-8, nerūdijančio plieno robotai, 100% dokumentacija, biokompatiškos medžiagos USP Class VI.

Pakavimo ir maisto pramonė - dangteliai, puodeliai, indai, vienkartiniai įrankiai. Reikalavimai: ultra greiti pickeriai (0,8-2 s), daugiagyslinis liejimas (16-96 lizdų), IML sistemos, maistui tinkančios medžiagos.

Elektros pramonė - jungiklių korpusai, montažinės dėžutės, jungtys, LED šviestuvai. Reikalavimai: UL94 V-0 klasės atsparios ugniai medžiagos, liejimas su metaliniais įdėklais, elektros savybių kontrolė, VDE, UL, CSA sertifikavimas.

Kaip pasirinkti robotą ir periferiją jūsų lizdui?

Optimalios automatikos komplekto pasirinkimas reikalauja sistemingos daugelio veiksnių analizės.

Detalės ir proceso charakteristika: detalės masė, geometrija, medžiaga, matmenų tolerancijos, estetikos reikalavimai.

Gamybiniai parametrai: metinis apimtis, liejimo ciklo laikas, modelių skaičius, darbo režimas (24/7 ar pamainomis), ROI (grąžos investicijoms) įvertinimas (paprastai 18-36 mėn.).

Erdviniai apribojimai: turima erdvė aplink injekcinę mašiną, aukštis po lubomis, medijų prieinamumas (400V, suspaustas oras 6-8 bar), aplinkos sąlygos.

Integracijos reikalavimai: suderinamumas su injekcine mašina (Euromap, OPC-UA), integracija su MES/ERP, integruotina periferija, galimybės ateities išplėtimui.

Komandos kompetencijos: programavimo patirtis, 24/7 aptarnavimo prieinamumas, atsarginių dalių prieinamumas, taikomosios paramos prieinamumas, Total Cost of Ownership (TCO) per 10 l metus.

Periferinių robotų priežiūra ir techninis aptarnavimas

Tinkama priežiūra yra ilgalaikio, sklandaus darbo pagrindas. Sisteminė prevencinė priežiūra gali prailginti be gedimų veikimo laiką 40-60% ir sumažinti neplanuotų prastovų išlaidas 70-80%.

Kasdienės procedūros (5-10 m min.):

• Vizualinis griebtuvo ir čiulptukų patikrinimas
• Roboto galinės dalies valymas nuo dulkių ir nešvarumų
• Pneumatinių žarnų ir kabelių patikra
• Judesių patikrinimas be detalės
• Vaizdo sistemų kamerų lęšių valymas

Savaitinės (30-45 m min.):

• Kruopštus išorinis valymas ir vėdinimo angos
• Mechaninių laisvių ir varžtinių jungčių patikra
• Automatinių sistemų tepalo lygio patikra
• Tikslumo patikra referenciniuose taškuose
• Pneumatinio slėgio patikra, kondensato nusėdimo nuleidimas
• Programų konfigūracijos atsarginė kopija

Mėnesinės (2-3 valandos):

• Vedlių ir jungčių tepimas ličio tepalu NLGI 2
• Maitinimo kabelių patikra, varžtų įtempimas
• Judančių dalių nusidėvėjimo patikra
• FRL filtrų valymas arba keitimas
• TCP (Tool Center Point) kalibravimas
• Saugos sistemų testas (STOP, užtvaros, blokavimai)
• Įvykių ir aliarmų žurnalo peržiūra

Metinės (pagrindinė patikra, 1-2 dienos, įgaliotas servisas):

• Išsami mechaninė patikra - guoliai, pavaros, diržai
• Jungčių laisvių matavimas ir nusidėvėjimo įvertinimas
• Elektrinė patikra - izoliacijos varža
• Tepalų, tarpiklių, filtrų, valdiklio baterijų keitimas
• Visų ašių pakartotinis kalibravimas matavimo įranga
• Programinės įrangos ir saugos pataisų atnaujinimas
• Techninė ataskaita apie būklę ir rekomendacijas

Eksploatacinės dalys, reikalaujančios reguliaraus keitimo:

• Mechaniniai griebtuvai - kas 500 000-1 000 000 ciklų
• Vakuminiai siurbtukai - kas 200 000-500 000 ciklų
• Pneumatiniai sandarikliai - kas 12-24 mmėnesius
• FRL vieneto filtrai - kas 3-6 mmėnesius
• Valdiklio baterijos - kas 24-36 mmėnesius
• Tepalai ir alyvos - papildymas kas 6-12 mmėnesius

Apibendrinimas

Injekcinio lizdo automatizavimas naudojant periferinius robotus yra ne ateitis, o šiuolaikinės, konkurencingos plastikų gamybos realybė. Susiduriant su kvalifikuotų operatorių trūkumu, augančiais kokybės reikalavimais ir spaudimu mažinti sąnaudas, išsami injekcinio lizdo automatika tampa lemiamu sėkmės veiksniu.

Pagrindinės vadovo išvados:

• Robotinių sprendimų įvairovė - nuo paprastų pickerių iki lanksčių 6-ašių robotų ir bendradarbiaujančių cobotų, kiekvienas tipas turi savo optimalų pritaikymą
• Ciklo laiko sutrumpinimas iki 40% - išsami automatizavimo sistema su robotais ir vaizdo sistemomis gali sutrumpinti ciklo laiką 20-30%, o optimizuojant periferijas net iki 40%
• ROI per 18-36 mmėnesių - įskaitant taupymą darbo sąnaudų sąskaita, broko mažinimą ir OEE augimą
• Visapusiškas požiūris į lizdą - sėkmei reikalinga periferijų, kontrolės sistemų, transporto ir duomenų valdymo integracija
• Komunikacijos standartizavimas - Euromap 12/67 ir OPC-UA yra pagrindas „plug-and-play“ integracijai tarp skirtingų gamintojų
• Saugumas ir ergonomika - cobotai leidžia saugų žmogaus ir roboto bendradarbiavimą, didinant lankstumą
• Profilaktinė priežiūra - raktas - gali prailginti be gedimų veikimo laiką 40-60%ir sumažinti prastovų sąnaudas 70-80%

Optimalaus automatikos sprendimo pasirinkimas reikalauja išsamaus detalės charakteristikos, gamybos parametrų, infrastruktūros apribojimų ir ilgalaikių verslo tikslų analizės. Nėra universalių sprendimų - kiekviena aplikacija yra unikali ir reikalauja individualaus inžinerinio požiūrio.

Jei planuojate injekcinio lizdo automatizavimą ar robotizacijos įgyvendinimą, susisiekite su TEDESolutions ekspertais. Kaip oficialus Tederic partneris, siūlome išsalias konsultacijas dėl robotų ir periferijų parinkimo, lizdo išdėstymo projektavimą, valdymo sistemų integraciją, „turnkey“ sprendimų įgyvendinimą bei pilną techninę ir aptarnavimo paramą.

Taip pat žiūrėkite mūsų straipsnius apie automatizavimą ir Industry 4.0 plastikų perdirbime bei paslauginį injekcijos liejimą ir sutartinę gamybą.