Hitachi Energy v Brně nasadila roboty do lakovací linky
Ing. Václav Holeček, Ing. Jaroslav Blažek, Ing. Martin Vodák
Pojem Industry 4.0 je v posledních letech aktuálním tématem mnoha (nejen průmyslových) podniků na celém světě. Lze se setkat s názorem, že tato průmyslová etapa je etapou robotizace a znamená nahrazení práce člověka robotem. Nejedná se však o pouhé využití samotných robotů, ale o jejich komplexní propojení s nejmodernější IT technologií napříč výrobními procesy a navazujícími systémy. Různé stroje a roboty se propojují internetovou sítí, spojují se s cloudovými uložišti a dalšími inteligentními systémy. Díky tomuto spojení vznikají inteligentní řešení, u kterých by měl být robot člověku pomocníkem.
Tyto projekty zvyšují konkurenceschopnost mnoha výrobních podniků. Vzájemná interakce těchto systémů přináší výhody v efektivnějším a flexibilnějším plánování, rychlejším a přesnějším sběru dat, a tím kontinuální optimalizaci výroby. Napojené digitální platformy a cloudové uložiště umožnují správu technologických postupů, výkresové dokumentace a dalších dokumentů na jednom místě. Díky tomuto sdílení dat mezi jednotlivými stroji, útvary a dalšími subjekty z jednoho místa je dosahováno nejen úspory času, a tím větší flexibility, ale také je zde významná možnost využití těchto dat v rámci dalších inteligentních řešení pro návodky, postupy atd. Důvodů proč investovat do těchto nových technologií může být mnoho. Ve většině se ovšem jedná o tyto základní kategorie.
- Zvýšení kapacity.
- Zvýšení efektivity procesů.
- Maximalizace opakovatelnosti kvality.
- Snížení enviromentální zátěže výrobního procesu.
- Propojení procesu s ERP systémy podniku(?).
- Zpřesnění a zefektivnění sběru dat z procesu.
- Zajištění potřeb reportů kvality zákazníkovi(?).
Nejen to byly důvody, proč jsme se i my ve společnosti Hitachi Energy ve výrobním závodě v Brně rozhodli v roce 2021 provést studii proveditelnosti robotizace v rámci procesu práškového lakování.
Hitachi Energy je přední technologický lídr usilující o udržitelnou energetickou budoucnost pro dnešní i budoucí generace. Díky inovativním řešením a portfoliu pokrývá celý hodnotový řetězec v oblasti energetiky, průmyslu a infrastruktury. Společně se zákazníky a obchodními partnery tvoří průkopnickou misi v oblasti technologií se zaměřením na digitální transformaci, nezbytnou k urychlení přechodu energetiky na uhlíkově neutrální.
Výrobní jednotka v Brně je významným světovým producentem komponent plynem izolovaných rozvoden (GIS) velmi vysokého napětí. Ve své lakovací lince s průjezdním profilem (délka x výška x šířka) 11 000 x 1200 x 800 mm kombinuje řadu výrobků, které jsou rozmanité jak z hlediska velikosti, hmotnosti, tvaru a složitosti lakování, tak široké škály barevných odstínů.
Ve spojení s rozměrovou velikostí výrobků se jedná o vysoce sofistikovaný výrobní proces, který sebou nese mnoho úskalí. Samotný proces lakování je navíc začleněn do středu výrobního řetězce svařovny a montáže zapouzdřených vodičů GIS a je tedy velice náročné komplexně propojit proces s ostatními výrobními útvary tak, aby byl zajištěn nejen plynulý proces, ale také, aby byla s ohledem na potřeby zajištění kvality zákazníkovi splněna i zpětná historie celého procesu.
Zapouzdřené vodiče GIS jsou zákazníkům po celém světě dodávány v celé škále barevných odstínů nejen dle přání zákazníka, ale také dle funkčních a bezpečnostních požadavků. Aplikovaný povlak nátěru musí vzhledem k funkcionalitě splňovat vysoké standardy kvality. Povlak práškového nátěru neplní pouze estetickou část, ale je nanášen z funkčních potřeb GIS. Povlak je aplikován nejen na vnější povrchy pouzder a odlitků, ale také uvnitř. Z tohoto důvodu musí lakovací uzel disponovat 2 lakovacími boxy.
Obr. 1 – Lakování vnitřního povrchu zapouzdření
V prvním lakovacím boxu je aplikován epoxidový práškový nátěr pro vnitřní povrchy zapouzdření (obr. 1), vodičů a aktivních dílů. Tento lakovací box je dále využíván pro nanášení polyesterového práškového nátěru v nestandardních odstínech speciálních komponent. Druhý lakovací box je výhradně určen pro aplikaci polyesterového práškového nátěru na vnější povrchy (obr. 2) v různých barevných odstínech dle požadavků zákazníka.
Obr. 2 – Lakování vnějšího povrchu zapouzdření
Instalace
Aby bylo možné začlenit roboty do lakovacího procesu, znamenalo to významnou změnu kontextu celé linky, včetně implementace nového řídicího systému s ohledem na přesnou identifikaci výrobků, a další technologické procesy jako je navěšování, chemická předúprava, sušení, maskování a po lakování následné vytvrzení nátěru, které jsou součástí linky. Dále bylo nezbytné vyřešit implementaci nových bezpečnostních prvků, implementaci systému MES, a hlavně propojení celého systému s ERP softwarem společnosti. V rámci výběrového řízení byl pro integraci projektu vybrán významný český systémový integrátor lakovacích linek společnost SURFIN Technology. Společnost byla schopna nabídnout řešení, které bylo v souladu s požadavky nejen potřeb Hitachi Energy, ale také termínu realizace.
V prosinci 2021 byla zahájena demontáž a v lednu 2022 byl zahájen provoz lakovací linky s plně robotickým lakovacím uzlem (obr. 3 a 4), který je vybaven 4 lakovacími roboty, aplikační technikou HDLV® – High Density Low Velocity společnosti Nordson Corporation a novým softwarem InSight pro řízení lakovací linky, plánování výroby, sběr a reporting dat. Software je vyvíjen společností i4Industry.
Obr. 3 – Celkový pohled na lakovací uzel
Lakovací uzel pro aplikaci práškového nátěru byl osazen 2 lakovacími kabinami Nordson ColorMax®Engineered a 4 lakovacími roboty ABB IRB 500 spolu s robotickými pistolemi Encore HD.
V řešení robotického lakování byly využity nejmodernější standardy jako je programování s pomocí virtuální reality, nebo systém tzv. Parametrických programů. Tento systém umožňuje využití jednoho robotického programu pro více modifikací daného dílu, což je významné hlavně u pouzder a vodičů, které se vyrábějí v délkách od 2 do 10 metrů. Tato modifikace komponenty není zadávána operátorem, ale je detekována automaticky, a to výrazně zefektivňuje celý proces robotického lakování.
Spolehlivou dodávku prášku do lakovacích pistolí zajišťují membránová čerpadla Nordson Encore HD. Lakovací pistole Encore HD integrované na lakovacích robotech umožňují společně s podávacím centrem Spectrum HD vysokou míru kvality výsledného povlaku a jeho reprodukovatelnost. Integrovaná čerpadla HDLV zajišťují přesné podávání prášku a v kombinaci s přesností a rychlostí robota je dosahováno konzistentních výsledků s významnou úsporou práškového nátěru.
Řídící systém PowderPilot HD umožňuje díky jednoduchému ovládání spojeného s řídicím systémem InSight nastavit všechny potřebné parametry včetně požadovaných údržbových a čistících cyklů.
Rychlá výměna práškového nátěru, která byla jedním ze zásadních požadavků, je zajištěna díky implementaci systému Color-on-Demand společnosti Nordson. Díky tomuto systému, je obsluha schopna jednoduše a rychle provést zcela automaticky změnu odstínu v rámci desítek sekund. To je přínosem hlavně v prvním lakovacím boxu, kde jsou velmi často lakovány speciální komponenty s nestandardními odstíny.
Řídicí systém InSight a jeho funkce automatického plánování společně s dalšími prvky přináší lepší možnosti reagovat na změny v plánování, které jsou oceňovány právě v dnešní hektické době na trhu.
Obr. 4 – Umístění robotů v lakovacím uzlu
Bezpečnost a životní prostředí
Celé řešení je podtrženo vysokou mírou zajištění bezpečnosti obsluhy, kde byly napříč celým procesem implementovány nejmodernější bezpečnostní prvky. Zároveň jsme tímto řešením byli schopni odstranit neergonomické činnosti, které byly pro lakýrníky namáhavé a potenciálně nebezpečné.
Spojení řídicího systému a robotizace také přineslo výrazné snižování množství odpadu, množství spotřebovaného práškového nátěru a množství odpadních vod chemické předúpravy, která je součástí linky práškového lakování.
Tímto moderním řešením se nám významně podařilo přiblížit k našemu globálnímu cíli stát se technologickým lídrem a společně tak přispět k udržitelné energetické budoucnosti pro další generace.
Prvním impulzem pro řešení projektu robotizace a automatizace bylo potřebné navýšení výrobních kapacit. Výsledný projekt však díky týmu lidí, kteří se na něm v rámci společností Surfin Technology, Nordson, i4ndustry a Hitachi Energy podíleli, má mnoho dalších benefitů. Z nichž lze zejména zdůraznit:
- efektivní plánování výroby a sledování výrobního procesu,
- dosažení environmentálních cílů – maximální využití materiálu a snížení produkce odpadů práškových barev a odpadních vod,
- významné zvýšení bezpečnosti,
- zajištění vysoké míry opakovatelnosti procesu – snížení chybovosti,
- celkovou variabilitu výrobního procesu umožňující efektivní lakování dílů dle potřeb zákazníka.
Článek je zařazen v kategoriích
Zveřejněno: 10.10.2022
