Perifērie roboti un iesmidzināšanas šūnas automatizācija — pilnīgs ceļvedis 2025

Ievads iesmidzināšanas šūnas automatizācijā

Dinamiski mainīgajā plastmasas ražošanas pasaulē iesmidzināšanas šūnas automatizācija vairs nav izvēle, bet gan pamatprasība konkurētspējai. Saskaņā ar PARP 2023. gada ziņojumu "Industry 4.0 MVU praksē", pat 62% Polijas pārstrādātāju norāda kvalificētu operatoru trūkumu kā galveno izaugsmes šķērsli. Saskaroties ar šiem izaicinājumiem, perifērie roboti un integrētas automatizācijas sistēmas vairs nav luksuss, bet stratēģiska nepieciešamība, kas nodrošina ražošanas stabilitāti, kvalitātes atkārtojamību un izmaksu priekšrocības.

IFR pētījums "World Robotics 2023" rāda, ka ķīmijas un plastmasas nozare jau veido 6% no visām robotu instalācijām Eiropā, un augošā tendence paātrinās gadu no gada. Tederic iesmidzināšanas mašīnas no DE, DH un NE sērijām nemanāmi sadarbojas ar robotiem, redzes sistēmām un perifērijas aprīkojumu, veidojot jaunas paaudzes integrētas iesmidzināšanas šūnas. Pareizi izstrādāta iesmidzināšanas šūnas automatizācija var samazināt cikla laiku līdz pat 40%, novēršot procesa vājās vietas.

Kas ir iesmidzināšanas šūnas automatizācija?

Iesmidzināšanas šūnas automatizācija ir visaptveroša, integrēta ierīču, programmatūras un inženiertehnisko risinājumu sistēma, kas pilnībā vai daļēji automatizē plastmasas iesmidzināšanas procesu un saistītās darbības. Tā aptver visus ražošanas posmus - no izejvielu sagatavošanas, caur pašu iesmidzināšanas procesu, līdz pēcapstrādei un gatavo detaļu kvalitātes kontrolei.

Mūsdienīga iesmidzināšanas šūna var ietvert šādus galvenos komponentus: manipulācijas robotus (pick-and-place, 3-asu, 6-asu, SCARA vai kobotus), transportēšanas un kvalitātes kontroles sistēmas (2D un 3D kameras), automātiskās materiālu padeves un žāvēšanas sistēmas, dzesēšanas sistēmas ar temperatūras kontroli ±0.1°C, veidņu temperatūras kontrolierus un integrētas SCADA vadības sistēmas, kas sazinās caur Euromap un OPC-UA standartiem.

Saskaņā ar Euromap un VDMA 2023. gada ziņojumu "Automation in Injection Moulding Cells", visaptveroša automatizācija ar pick-and-place robotiem un redzes sistēmām ļauj sasniegt cikla laika samazinājumu par 20-30% salīdzinājumā ar manuālu darbu, vienlaikus palielinot detaļu kvalitātes atkārtojamību.

Perifēro robotu veidi

Pareizā iesmidzināšanas robota tipa izvēle ir galvenais lēmums, kas nosaka automatizācijas panākumus. Katram robotam ir specifiskas īpašības, priekšrocības un ierobežojumi, kas jāsalīdzina ar reālajām ražošanas prasībām.

Pick-and-place roboti

Pick-and-place roboti ir populārākais risinājums iesmidzināšanas šūnu automatizācijā. Tie ir vienkāršas kinemātiskas konstrukcijas roboti, parasti ar trim lineārām asīm (X, Y, Z). Portāla vai šķērssijas konstrukcija tiek uzstādīta tieši virs iesmidzināšanas mašīnas, samazinot aizņemto ražošanas platību.

Pick-and-place robotu priekšrocības:

• Augstākā pozicionēšanas atkārtojamība - precizitāte līdz ±0.05 mm, kritiska precīzai sakraušanai
• Īpaši īss cikla laiks - 0.8-2.5 s atkarībā no detaļas masas un attāluma
• Zemākās investīcijas - no 15 000 EUR ar satvērēju un programmēšanu
• Intuitīva programmēšana - jaunas detaļas 15-30 minūtēs
• Augsta uzticamība - vairāk nekā 50 000 stundu bez atteicēm

Pick-and-place robotu trūkumi:

• Ierobežota kinemātiskā elastība - grūtības ar sarežģītām telpiskām manipulācijām
• Ierobežota kravnesība - parasti 0.5-5 kg, maksimums 15 kg
• Nav sekundāro operāciju - tikai pick-and-place
• Nepieciešama vieta virs mašīnas - problēma zemās zālēs

Sešasu roboti (6-asu industriālie roboti)

Sešasu roboti pārstāv augstāko automatizācijas elastības līmeni. Konstrukcija ar sešām rotācijas asīm ļauj sasniegt praktiski jebkuru pozīciju un orientāciju darba zonā.

Sešasu robotu priekšrocības:

• Pilnīga kinemātiskā brīvība - jebkura pozīcija ar jebkuru instrumenta orientāciju
• Plats kravnesības diapazons - no 3 kg līdz 210 kg
• Precīza trajektorijas kontrole - atkārtojamība līdz ±0.03 mm
• Daudzuzdevumu darbība - izņemšana, ieliktņi, montāža, marķēšana vienā ciklā
• Daudzpusība - ātra instrumentu maiņa un pārprogrammēšana

Sešasu robotu trūkumi:

• Augstas investīciju izmaksas - no 40 000 EUR līdz vairāk nekā 150 000 EUR
• Sarežģīta programmēšana - nepieciešamas 3-5 dienas apmācībai
• Lielāka aizņemtā platība - sarežģīti blīvās ražošanas zālēs
• Garāks cikla laiks - par 30-50% lēnāki nekā specializēti pick-and-place

SCARA roboti

SCARA roboti ir specializēta kategorija, kas paredzēta īpaši ātrām darbībām horizontālajā plaknē. Konstrukcija ar divām paralēlām rotācijas asīm un vienu vertikālo asi nodrošina stingrību vertikālajā virzienā, saglabājot elastību horizontālajā plaknē.

SCARA robotu priekšrocības:

• Augstākais darbības ātrums - cikls 0.3-0.8 sekundes
• Īpaša precizitāte - atkārtojamība līdz ±0.01 mm
• Kompakta konstrukcija - svars 30-60 kg, viegla uzstādīšana
• Zemas ekspluatācijas izmaksas - enerģijas patēriņš 0.4-1.2 kW

SCARA robotu trūkumi:

• Ierobežots vertikālās kustības diapazons - parasti 200-400 mm
• Nav instrumenta orientācijas - vienmēr vertikāli uz leju
• Ierobežota kravnesība - parasti 1-20 kg

Koboti (sadarbības roboti)

Koboti ir revolucionāra pieeja automatizācijai, kur robots ir paredzēts tiešai un drošai sadarbībai ar cilvēkiem. Uzlabotās sensoru sistēmas nodrošina tūlītēju apstāšanos, ja tiek konstatēts kontakts ar operatoru.

Kobotu priekšrocības:

• Augstākais drošības līmenis - 150N spēka limits saskaņā ar ISO/TS 15066
• Minimālas uzstādīšanas prasības - nav nepieciešami drošības žogi
• Intuitīva programmēšana - "hand guiding" metode
• Zems ieejas slieksnis - no 25 000 EUR
• Cilvēka-robota sadarbība - ražošanas elastība

Kobotu trūkumi:

• Ierobežots ātrums - 250-1000 mm/s ierobežo ciklu par 40-80%
• Mazāka kravnesība - parasti 3-20 kg, reti 35 kg
• Precizitātes kompromiss - atkārtojamība ±0.05-0.1 mm
• Ierobežota sasniedzamība - 500-1300 mm

Perifērijas un papildaprīkojums iesmidzināšanas šūnai

Mūsdienīga iesmidzināšanas šūna ir daudz vairāk nekā robots un iesmidzināšanas mašīna. Perifērija veido kritisku ražošanas ekosistēmas elementu, bieži nosakot galējo efektivitāti un kvalitāti. Perifērijas optimizācija var dot līdz pat 25% ekspluatācijas izmaksu samazinājumu.

Galvenās perifērijas iekārtas ietver:

• Materiālu sagatavošanas sistēmas - adsorbcijas žāvētāji ar rasas punktu līdz -40°C, centralizētā padeve, maisīšanas stacijas ar ±0.5% precizitāti, regrind dzirnavas
• Temperatūras kontroles sistēmas - precīzi čilleri ±0.1°C, daudzzonu veidņu temperatūras kontrolieri, karstā kanāla sistēmas
• Kvalitātes kontroles sistēmas - 2D/3D kameras, brāķa noraidīšanas sistēmas, dinamiskie svari ar 0.01 g precizitāti
• Transporta sistēmas - lentes konveijeri, starpprocesu buferi, vibrācijas orientieri, automātiskās iepakošanas sistēmas

Vadības integrācija un komunikācijas standarti

Efektīvas iesmidzināšanas šūnas automatizācijas pamatā ir visu ierīču nevainojama komunikācija. Tederic DE, DH un NE sēriju iesmidzināšanas mašīnas ir aprīkotas ar moderniem kontrolieriem, kas atbalsta visus galvenos industriālos komunikācijas standartus.

Euromap 12 - pamata standarts, kas definē 8 ieeju un 8 izeju elektrisko interfeisu starp iesmidzināšanas mašīnu un robotu (gatavība, veidnes atvēršana, cikla starts, trauksmes). Tederic piedāvā Euromap 12 kā standartu, nodrošinot savietojamību ar Star Seiki, Yushin, Wittmann, Sepro vai Engel robotiem.

Euromap 67 - mūsdienīgs seriāls komunikācijas protokols RS-232 vai Ethernet, kas ļauj divvirzienu procesa un diagnostikas datu apmaiņu reāllaikā. Nodrošina attālinātu robota programmēšanu no iesmidzināšanas mašīnas paneļa.

OPC-UA - universāls Industry 4.0 standarts datu apmaiņai IoT arhitektūrā. Tederic iesmidzināšanas mašīnas ar OPC-UA opciju var publicēt simtiem parametru MES, ERP, SCADA sistēmām bez papildu pārveidotājiem. Tas nodrošina pilnu ražošanas caurspīdīgumu un padziļinātas analītikas iespējas.

Galvenie tehniskie parametri robotu izvēlei

Pareiza robota izvēle prasa analizēt galvenos tehniskos parametrus un salīdzināt tos ar faktiskajām pielietojuma prasībām.

1. Robota nominālā kravnesība (kg)

Maksimālā masa, ko robots var droši nest, ieskaitot satvērēju, detaļu un papildu instrumentus. Lietojiet 150% rezervi - ja detaļa sver 3 kg un satvērējs 1.5 kg, izvēlieties robotu ar vismaz 7 kg kravnesību. Tipiskie diapazoni: pick-and-place 0.5-15 kg, SCARA 1-20 kg, 6-asu 3-210 kg, koboti 3-35 kg.

2. Darba sasniedzamība / darbības rādiuss (mm)

Maksimālais attālums, ko robots var sasniegt no montāžas bāzes. Tam jāaptver visa darba zona: no veidnes centra līdz izkraušanas zonai un sekundāro operāciju stacijām. Tipiskie diapazoni: pick-and-place 400-1500 mm, SCARA 400-1000 mm, 6-asu 500-3100 mm, koboti 500-1300 mm.

3. Pozicionēšanas atkārtojamība (mm)

Galvenais parametrs, kas nosaka precizitāti, atgriežoties vienā pozīcijā pēc vairākiem cikliem. Saskaņā ar ISO 9283: pick-and-place ±0.05-0.1 mm, SCARA ±0.01-0.02 mm, 6-asu ±0.03-0.08 mm, koboti ±0.05-0.1 mm. IT7-IT8 pielaidēm nepieciešama <0.05 mm.

4. Maksimālais ātrums / cikla laiks (mm/s vai s)

Kustības ātrums tieši nosaka cikla laiku. Īsiem iesmidzināšanas cikliem (2-5 s) izvēlieties ātrākos pick-and-place (0.8-1.5 s/cikls). Tipiskie ātrumi: pick-and-place 2000-4000 mm/s, SCARA 5000-10000 mm/s, 6-asu 1000-2500 mm/s, koboti 250-1000 mm/s.

5. IP aizsardzības klase (Ingress Protection)

Standarta robotiem ir IP54 (aizsardzība pret putekļiem un ūdens šļakatām). Mitrai videi izvēlieties IP65 (aizsardzība pret strūklām) vai IP67 (iegremdēšanas izturība).

6. Darba apkārtējā temperatūra (°C)

Standarta diapazons ir +5°C līdz +45°C. Neapkurinātām zālēm izvēlieties paplašinātas versijas -10°C līdz +55°C. Karstām vidēm nepieciešamas augstas temperatūras versijas līdz +60°C.

7. Dzīves cikli / MTBF (cikli vai stundas)

Augstākās klases roboti paredzēti 1-2 miljoniem ciklu vai 50 000-80 000 stundu līdz lielajai apkopei. Pie 24/7 režīma un 10 s cikla robots veic ~3 miljonus ciklu gadā.

Nozares lietojumi iesmidzināšanas šūnu automatizācijā

Automobiļu industrija - durvju paneļi, konsoles, dzinēja pārsegi, LED apgaismojuma detaļas. Prasības: pilna automatizācija, 100% vizuālā kontrole, 6-asu roboti 15-50 kg, atkārtojamība <0.05 mm, cikli 30-90 s.

Patērētāju elektronika un sadzīves tehnika - viedtālruņu korpusi, klēpjdatoru korpusi, TV, mazā sadzīves tehnika. Prasības: elastīgas pārmontāžas, redzes sistēmas skrāpējumu noteikšanai, cikli 15-45 s, augsta virsmas estētika.

Medicīnas industrija - šļirces, infūzijas sistēmas, portatīva diagnostika. Prasības: ražošana ISO 7-8 tīrtelpās, nerūsējošā tērauda roboti, 100% dokumentācija, USP Class VI bioloģiski saderīgi materiāli.

Iepakojums un pārtikas industrija - aizdares, krūzītes, konteineri, vienreizlietojamie galda piederumi. Prasības: ultra-ātrs pick-and-place (0.8-2 s), daudzligzdu formēšana (16-96 ligzdas), IML sistēmas, pārtikas kontaktam apstiprināti materiāli.

Elektrotehniskā industrija - slēdžu korpusi, sadales kārbas, savienotāji, LED gaismekļi. Prasības: liesmu slāpējoši materiāli UL94 V-0, insert molding ar metāla ieliktņiem, elektrisko īpašību kontrole, VDE, UL, CSA sertifikācija.

Kā izvēlēties robotus un perifērijas savām šūnām?

Optimālas automatizācijas komplekta izvēle prasa sistemātisku daudzu faktoru analīzi.

Detaļas un procesa raksturlielumi: detaļas masa, ģeometrija, materiāls, izmēru pielaides, estētikas prasības.

Ražošanas parametri: gada apjoms, iesmidzināšanas cikla laiks, modeļu skaits, darba režīms (24/7 vai maiņās), ROI pieņēmumi (parasti 18-36 mēneši).

Telpas ierobežojumi: pieejamā telpa ap iesmidzināšanas mašīnu, griestu augstums, mediju pieejamība (400V, saspiestais gaiss 6-8 bar), vides apstākļi.

Integrācijas prasības: savietojamība ar iesmidzināšanas mašīnu (Euromap, OPC-UA), MES/ERP integrācija, integrējamās perifērijas, nākotnes paplašināšanas iespējas.

Komandas kompetences: programmēšanas pieredze, 24/7 servisa pieejamība, rezerves daļu pieejamība, aplikāciju atbalsts, Total Cost of Ownership 10 gadu griezumā.

Perifēro robotu apkope un uzturēšana

Atbilstoša apkope ir ilgtermiņa, bezatteices darbības pamats. Sistemātiska preventīvā apkope var pagarināt bezatteices darbību par 40-60% un samazināt neplānotu dīkstāvi par 70-80%.

Ikdienas uzdevumi (5-10 minūtes):

• Vizuāla satvērēju un vakuuma piesūcekņu pārbaude
• Robota gala instrumenta tīrīšana no putekļiem un piesārņojuma
• Pneimatisko līniju un kabeļu pārbaude
• Pārbaudes kustības tests bez detaļas
• Redzes sistēmas kameru lēcu tīrīšana

Iknedēļas uzdevumi (30-45 minūtes):

• Rūpīga ārējā tīrīšana un ventilācijas atveres
• Mehānisko brīvkustību un skrūvju savienojumu pārbaude
• Eļļas līmeņa pārbaude automātiskajās smērēšanas sistēmās
• Precizitātes verifikācija atsauces punktos
• Pneimatiskā spiediena kontrole, kondensāta novadīšana
• Konfigurācijas programmu rezerves kopijas

Ikmēneša uzdevumi (2-3 stundas):

• Vadotņu un šarnīru eļļošana ar NLGI 2 litija smēri
• Barošanas kabeļu pārbaude, spaiļu pievilkšana
• Kustīgo detaļu nolietojuma pārbaude
• FRL filtra tīrīšana vai nomaiņa
• TCP (Tool Center Point) kalibrēšana
• Drošības sistēmu testēšana (STOP, gaismas barjeras, slēdzenes)
• Notikumu žurnāla un trauksmju pārskats

Ikgadējie uzdevumi (lielā apkope, 1-2 dienas, autorizēts serviss):

• Visaptveroša mehāniskā pārbaude - gultņi, reduktori, siksnas
• Šarnīru brīvkustības mērīšana un nolietojuma novērtējums
• Elektriskā pārbaude - tinumu izolācijas pretestība
• Smērvielu, blīvju, filtru un kontroliera bateriju nomaiņa
• Visu asu pārkalibrēšana ar mēriekārtām
• Programmaparatūras un drošības ielāpu atjaunināšana
• Tehniskais ziņojums ar stāvokli un rekomendācijām

Patērējamās daļas, kurām nepieciešama regulāra nomaiņa:

• Mehāniskie satvērēji - ik pēc 500 000-1 000 000 ciklu
• Vakuuma piesūcekņi - ik pēc 200 000-500 000 ciklu
• Pneimatiskie blīvējumi - ik pēc 12-24 mēnešiem
• FRL vienības filtri - ik pēc 3-6 mēnešiem
• Kontroliera baterijas - ik pēc 24-36 mēnešiem
• Smērvielas un eļļas - papildināšana ik pēc 6-12 mēnešiem

Kopsavilkums

Iesmidzināšanas šūnu automatizācija ar perifērajiem robotiem nav nākotne, bet gan mūsdienu konkurētspējīgas plastmasas ražošanas realitāte. Saskaroties ar kvalificētu operatoru trūkumu, augošām kvalitātes prasībām un spiedienu samazināt izmaksas, visaptveroša iesmidzināšanas šūnas automatizācija kļūst par galveno panākumu faktoru.

Galvenie secinājumi no ceļveža:

• Robotu risinājumu daudzveidība - no vienkāršiem pick-and-place līdz elastīgiem 6-asu robotiem un sadarbības kobotiem, katram tipam ir optimāls pielietojums
• Cikla laika samazinājums līdz 40% - visaptveroša automatizācija ar robotiem un redzes sistēmām var saīsināt ciklu par 20-30%, bet ar perifērijas optimizāciju pat par 40%
• ROI 18-36 mēnešu perspektīvā - ņemot vērā darba izmaksu ietaupījumu, brāķa samazinājumu un OEE pieaugumu
• Holistiska pieeja šūnai - panākumi prasa perifērijas, vadības sistēmu, transporta un datu pārvaldības integrāciju
• Komunikācijas standarti - Euromap 12/67 un OPC-UA ir plug-and-play integrācijas pamats dažādu ražotāju iekārtām
• Drošība un ergonomika - koboti ļauj drošu cilvēka-robota sadarbību, palielinot elastību
• Preventīvā apkope ir izšķiroša - var pagarināt bezatteices darbību par 40-60% un samazināt dīkstāves izmaksas par 70-80%

Optimāla automatizācijas risinājuma izvēle prasa padziļinātu detaļas raksturlielumu, ražošanas parametru, infrastruktūras ierobežojumu un ilgtermiņa biznesa mērķu analīzi. Universālu risinājumu nav - katrs pielietojums ir unikāls un prasa individuālu inženierijas pieeju.

Ja plānojat iesmidzināšanas šūnas automatizāciju vai robotizācijas ieviešanu, sazinieties ar TEDESolutions ekspertiem. Kā autorizēts Tederic partneris mēs piedāvājam visaptverošas konsultācijas robotu un perifērijas izvēlē, šūnas izkārtojuma projektēšanā, vadības sistēmu integrācijā, turnkey risinājumu ieviešanā un pilnā tehniskajā un servisa atbalstā.

Skatiet arī mūsu rakstus par ražošanas cikla optimizāciju un AI balstītu prognozējamo apkopi iesmidzināšanas mašīnām.