Sudėtingame šiuolaikinės gamybos šokyje, kur tikslumas, greitis ir nuoseklumas apibrėžia sėkmę, RoboticAssemblyMachine iškilo kaip transformuojanti jėga. Šios automatizuotos sistemos, apjungiančios robotines rankas, pažangius jutiklius ir išmaniąją programinę įrangą, iš naujo apibrėžė surinkimo procesus įvairiose pramonės šakose – nuo ​​automobilių gamyklų, gaminančių milijonus dalių, iki medicinos įstaigų, gaminančių subtilius prietaisus. Tai daugiau nei mechaninės rankos – tai integruoti sprendimai, kurie sujungia grubią jėgą su chirurginiu tikslumu, prisitaikydami prie įvairių užduočių ir pašalindami žmogaus darbo apribojimus. Šiame straipsnyje nagrinėjama robotinių surinkimo mašinų anatomija, galimybės, pritaikymas ir evoliucija, atskleidžiant, kaip jos tapo nepakeičiamos siekiant gamybos meistriškumo.

Robotinės surinkimo mašinos apibrėžimas: daugiau nei mechaninis judėjimas

A RoboticAssemblyMachine yra specializuota automatizuota sistema, skirta surinkimo užduotims atlikti – jungti, tvirtinti, montuoti ar lygiuoti komponentus – naudojant robotines rankas kaip pagrindą. Skirtingai nuo atskirų robotų, šios mašinos yra suprojektuotos taip, kad kompleksiniai sprendimai, integruojant aparatinę įrangą (robotus, griebtuvus, konvejerius) ir programinę įrangą (programavimą, regos sistemas, dirbtinį intelektą), kad būtų galima vykdyti sudėtingas sekas su minimaliu žmogaus įsikišimu.

Jų esmė – paprasta, bet galinga misija: pakeisti arba papildyti rankinį surinkimą, kuris yra linkęs į nuovargį, klaidas ir neefektyvumą, ypač atliekant pasikartojančias ar tikslumui reikalingas užduotis. Nesvarbu, ar tai būtų išmaniojo telefono mikroschemų, automobilio transmisijos ar širdies stimuliatoriaus plokštės surinkimas, „RoboticAssemblyMachine“ užtikrina procesų nuoseklumą, kai net 0,1 mm nesutapimas gali pakenkti funkcionalumui.

Pagrindiniai komponentai: robotų surinkimo mašinos statybiniai blokai

Robotinės surinkimo mašinos meistriškumas kyla iš sklandaus pagrindinių jos komponentų, kurių kiekvienas pritaikytas tikslumui, prisitaikymui ir patikimumui užtikrinti, bendradarbiavimo:

1. Robotinė ranka: surinkimo „ranka“

Robotinė ranka yra mašinos darbinis arkliukas, galimas įvairių konfigūracijų – nuo ​​3 ašių (paprastoms linijinėms užduotims) iki 6 ašių (sudėtingiems, daugiakrypčiams judesiams). Pažangesni modeliai (pvz., „Fanuc LR Mate 200iD“, „ABB IRB 1200“) siūlo:

• Pakartojamumas±0,02 mm tikslumas, itin svarbus atliekant tokias užduotis kaip 0,5 mm kaiščių įdėjimas į grandinių plokštes.
• Naudingoji apkrovaNuo gramų (mikroelektronikai) iki šimtų kilogramų (automobilių dalims).
• FlexibilityProgramuojami judėjimo keliai, leidžiantys greitai perprogramuoti naujus gaminius.

2. Galutiniai efektoriai: „Pirštai“, prisitaikantys prie užduočių

Galiniai efektoriai – prie robotinės rankos pritvirtinti pritaikyti įrankiai – lemia mašinos gebėjimą apdoroti įvairius komponentus:

• GriebtuvaiVakuuminiai griebtuvai (plokštiems paviršiams, pvz., telefonų ekranams), mechaniniai žandikauliai (metaliniams laikikliams) arba magnetiniai griebtuvai (geležinėms dalims) jutikliais reguliuoja sukibimo stiprumą, kad nebūtų pažeisti gležni daiktai.
• Tvirtinimo įrankiaiAutomatiniai atsuktuvai, kniedikliai arba suvirinimo aparatai su sukimo momento valdymu (pvz., „Atlas Copco“ QMC serijos) užtikrina, kad varžtai būtų priveržti pagal tikslias specifikacijas (pvz., 5 Nm elektronikai, 50 Nm automobilių dalims).
• Dozavimo įrankiaiKlijams arba hermetikams tepti, su programuojamais srauto greičiais, kad būtų užtikrintas tolygus padengimas (labai svarbu medicinos prietaisų vandeniui atsparumui užtikrinti).

3. Jutimo sistemos: „akys ir rankos“, užtikrinančios tikslumą

Jutikliai transformuoja robotines rankas iš mechaninių judintuvų į išmanius surinkėjus:

• Mašininis matymas2D/3D kameros (pvz., „Cognex VisionPro“) padeda robotui surasti netinkamai sulygiuotas dalis, patikrinti, ar nėra defektų, arba patikrinti teisingą surinkimą (pvz., užtikrinti, kad jungtis būtų visiškai įstatyta).
• Force-Torque SensorsĮtvirtinti rankoje arba galiniame efektoriuje, jie aptinka pasipriešinimą (pvz., įdedant detalę) ir realiuoju laiku reguliuoja jėgą, taip apsaugodami nuo trapių komponentų, tokių kaip stiklo plokštės ar medicininiai kateteriai, pažeidimų.
• Artumo jutikliaiAptikti detalių buvimą, kad būtų išvengta tuščių surinkimų ir užtikrinta, jog surinkimo seka vyktų be klaidų.

4. Valdymo sistema: „Smegenys“, koordinuojančios operacijas

Valdymo sistema sinchronizuoja visus komponentus, naudodama:

• Robotų valdikliaiSpeciali programinė įranga (pvz., KUKA KRC4, Yaskawa MotoPlus), skirta judėjimo trajektorijoms programuoti, parametrams (greičiui, jėgai) nustatyti ir integracijai su kitomis mašinomis.
• PLC (programuojami loginiai valdikliai)Valdyti platesnę surinkimo liniją, įjungti robotinę mašiną užduotims pradėti (pvz., signalizuoti, kai detalė atkeliauja ant konvejerio) ir bendrauti su priešsrovio/pasrovio įranga.
• ŽMI (žmogaus ir mašinos sąsaja)Jutikliniai ekranai arba programinės įrangos ataskaitų suvestinės leidžia operatoriams stebėti našumą, koreguoti nustatymus arba šalinti klaidas (pvz., pristabdyti mašiną, jei dalis netinkamai paduojama).

Techninės galimybės: kas daro robotų surinkimo mašiną nepakeičiama

Robotizuota surinkimo mašina puikiai atlieka užduotis, kurios kelia iššūkių žmonėms, dėl keturių pagrindinių galimybių:

1. Mikro-precizinis surinkimas

Elektronikos ar medicinos prietaisų gamyboje, kur komponentų matmenys matuojami milimetrais arba mikronais, šios mašinos užtikrina neprilygstamą tikslumą. Pavyzdžiui:

• Robotinis surinkėjas, įdėjęs 0,3 mm šviesos diodus į spausdintinę plokštę, gali sulygiuoti komponentus ±0,01 mm tikslumu – tai gerokai viršija žmogaus galimybes – ir sumažinti defektų skaičių nuo 5% (rankinis) iki 0,01%.
• Laikrodžių gamyboje robotinės rankos surenka mažyčius krumpliaračius (<2 mm skersmens) su pastoviu sukimo momentu, užtikrindamos, kad laikrodžiai rodytų tikslų laiką.

2. Greitas kartojimas

Didelės apimties gamybai robotizuota surinkimo mašina veikia negailestingu greičiu be nuovargio:

• Automobilių surinkimo linija, kurioje naudojami robotiniai surinkėjai, gali priveržti automobilio važiuoklę 60 varžtų per minutę – tai atitinka 3 žmonių darbą, tačiau be jokių klaidų dėl pavargusių rankų.
• Išmaniųjų telefonų gamyklos robotinės mašinos per valandą surenka 1200 įrenginių – tokio greičio neįmanoma pasiekti su rankiniu darbu.

3. Mišraus modelio gamybos lankstumas

Šiuolaikinės robotų surinkimo mašinos greitai prisitaiko prie gaminių variantų – tai itin svarbus bruožas masinio pritaikymo eroje:

• Baldų gamintojo robotinė linija perjungia 5 kėdžių modelių surinkimą, iškviesdama iš anksto užprogramuotus kiekvieno dizaino kelius – tai įvyksta per 5 minutes, palyginti su 2 valandomis, kai nustatoma rankiniu būdu.
• Aviacijos ir kosmoso pramonėje robotai reguliuoja griebtuvo dydį ir sukimo momento nustatymus, kad surinktų tiek aliuminio, tiek titano detales orlaivių varikliams, sklandžiai tvarkydami medžiagų skirtumus.

4. Bendradarbiavimas su žmonėmis

„Kobotinės“ surinkimo mašinos (bendradarbiaujantys robotai) dirba kartu su žmonėmis ir turi tokias saugos funkcijas kaip jėgą ribojančios rankos ir susidūrimo jutikliai:

• Darbininkas uždeda automobilio dureles ant tvirtinimo elemento; tada kobotas tiksliai suvirina vyrius, o žmogus apžiūri galutinį gaminį – derindamas žmogaus sprendimą su roboto tikslumu.
• Elektronikos remonto srityje kobotas laiko plokštę stabiliai, o technikas lituoja trapius komponentus, taip sumažindamas mechaninio suvirinimo sukeltų klaidų riziką.

Pramonės taikymas: Surinkimo transformacija skirtinguose sektoriuose

„RoboticAssemblyMachine“ įsiskverbė į įvairias pramonės šakas, kiekviena išnaudodama savo galimybes unikaliems iššūkiams spręsti:

Automobilių pramonė: novatoriškas sektorius

Automobilių gamyba pirmoji plačiai pritaikė robotinius surinkėjus, ir šiandien jie atlieka 70% surinkimo užduočių:

• Case StudyVokiečių automobilių gamintojas naudoja 20 robotinių rankų elektromobilių (EV) akumuliatoriams surinkti. Kiekviena ranka paima akumuliatoriaus elementus (svoris 500 g), sulygiuoja juos korpuse ir užtepa terminės pastos – visa tai per 45 sekundes kiekvienai baterijai. Sistema apdoroja 8 akumuliatorių variantus (skirtingą elementų skaičių) perjungdama galinius efektorius ir iškviesdama išsaugotas programas, taip sutrumpindama perjungimo laiką nuo 4 valandų (rankinis) iki 10 minučių. Defektų skaičius sumažėjo nuo 21 TP3T iki 0,11 TP3T, kasmet sutaupant 1 TP4T2M pakartotiniam apdorojimui.

Elektronika: miniatiūrizacijos sutramdymas

Mažėjant plataus vartojimo elektronikos (pvz., sulankstomų telefonų, nešiojamų įrenginių) apimčių, robotizuota surinkimo mašina yra vienintelis tinkamas sprendimas:

• Case StudyPietų Korėjos technologijų įmonė pasitelkia robotinius surinkėjus sulankstomų telefonų vyrių – sudėtingų mechanizmų, sudarytų iš daugiau nei 20 dalių (kaiščių, spyruoklių, krumpliaračių), gamybai. Regėjimo sistemos padeda robotui sulygiuoti dalis 0,02 mm tikslumu, o jėgos jutikliai užtikrina, kad spyruoklės būtų tinkamai įtemptos (jei per laisvos, vyris sugenda; jei per stipriai, ekranas įtrūksta). Rankiniu būdu surinkus šiuos vyrius, defektų dažnis buvo 15%; robotinis surinkimas sumažino jį iki 0,5%.

Medicinos prietaisai: atitiktis ir tikslumas

Medicinos įrangos surinkimui taikomi griežti reikalavimai (FDA, ISO) ir atsekamumas, todėl robotinės mašinos idealiai tinka:

• Case StudyJAV įmonė naudoja robotinius surinkėjus insulino pompoms gaminti. Kiekvienas aparatas registruoja kiekvieną veiksmą (pvz., „8:32 val.: rezervuaro sandarikliui pritaikyta 0,4 N jėga“) skaitmeniniame audito žurnale – tai supaprastina FDA patikrinimus. Jėga valdomos rankos švelniai valdo plastikinius komponentus, vengdamos įbrėžimų, kuriuose gali kauptis bakterijos, o vaizdo sistemos tikrina, ar dozės žymekliai atspausdinti teisingai. Mažos partijos (1000 vienetų), kurios anksčiau trukdavo 2 savaites (rankinis surinkimas), dabar trunka 3 dienas, laikantis 100% standarto.

Aviacija ir kosmosas: statyba ekstremalioms aplinkoms

Orlaivių komponentams (pvz., turbinų mentėms, avionikai) reikalingas surinkimas, kuris atlaikytų itin didelį karštį, slėgį ir vibraciją:

• Case StudyEuropos aviacijos ir kosmoso įmonė naudoja robotinius surinkėjus 200 varžtų pritvirtinimui prie reaktyvinio variklio korpuso. Kiekvienas varžtas turi būti priveržtas 80 Nm (±1 Nm) momentu, kad būtų išvengta nuotėkių esant 1000 °C temperatūrai. Robotinės rankos su sukimo momento jutikliais ir vaizdo valdymu pasiekia šį nuoseklumą, o rankų darbo darbuotojams būtų sunku laikytis griežtų tolerancijų. Rezultatas: variklio gedimų skaičius sumažėjo 40%.

Privalumai, palyginti su rankiniu surinkimu

Robotizuotos surinkimo mašinos privalumai yra daug platesni nei greitis, nes ji daro išmatuojamą poveikį kainai, kokybei ir saugai:

Challenges and Mitigation Strategies

Nepaisant jų privalumų, robotizuotų surinkimo mašinų diegimas reikalauja įveikti pagrindines kliūtis:

1. Didelė pradinė investicija

Viena robotizuota surinkimo celė gali kainuoti $50 000–$500 000, o tai yra kliūtis mažiesiems gamintojams.
Sprendimas:

• Laipsniškas diegimas: pradėkite nuo didelės grąžos užduočių (pvz., klaidų kupinų rankinių veiksmų), kad pagrįstumėte investicijų grąžą.
• Nuomos arba „robotų kaip paslaugų“ (RaaS) modeliai sumažina išankstines išlaidas, o mėnesiniai mokesčiai priklauso nuo naudojimo.

2. Sudėtingas programavimas

Robotinių trajektorijų programavimas naujiems produktams reikalauja specializuotų įgūdžių, o tai riboja lankstumą.
Sprendimas:

• Patogi vartotojui programinė įranga (pvz., „Universal Robots“ „Polyscope“) su vilkimo ir numetimo sąsajomis leidžia operatoriams programuoti robotus per kelias valandas, o ne dienas.
• Neprisijungus pasiekiami programavimo įrankiai (pvz., „ABB RobotStudio“) leidžia inžinieriams virtualiai išbandyti maršrutus, išvengiant prastovų.

3. Integracija su senosiomis sistemomis

Senesnėms gamykloms su rankiniais konvejeriais arba pasenusiais jutikliais gali būti sunku prisijungti prie robotinių mašinų.
Sprendimas:

• Modifikuoti senąją įrangą daiktų daiktų (IoT) jutikliais, kad būtų galima bendrauti su robotais.
• Naudokite modulines ląsteles (pvz., FANUC CRX bendradarbiaujančias ląsteles), kurios integruojasi su esamomis linijomis per standartines sąsajas.

4. Priežiūra ir prastovos

Robotinėms sistemoms reikalinga reguliari priežiūra (pvz., jungčių tepimas, jutiklių kalibravimas), todėl kyla gamybos vėlavimų rizika.
Sprendimas:

• Nuspėjamoji priežiūra: dirbtiniu intelektu paremti jutikliai stebi rankos vibraciją, variklio temperatūrą ir griebtuvų susidėvėjimą, įspėdami komandas apie techninės priežiūros poreikius prieš gedimus.
• Vietoje vykstantys technikų mokymai užtikrina greitą dažniausiai pasitaikančių problemų (pvz., užstrigusių griebtuvų) sprendimą.

Ateities tendencijos: naujos kartos robotų surinkimo mašinos

Tobulėjant technologijoms, robotų surinkimo mašinos taps išmanesnės, lankstesnės ir labiau integruotos:

1. Dirbtinio intelekto valdomas savęs optimizavimas

Mašininio mokymosi algoritmai leis robotams prisitaikyti realiuoju laiku:

• Robotinis surinkėjas, aptikęs dažnus naujos detalės nesutapimus, automatiškai pakoreguos savo regėjimo parametrus, taip sumažindamas klaidas be žmogaus įsikišimo.
• Dirbtinis intelektas optimizuos judėjimo trajektorijas, kad ciklo laikas sutrumpėtų 10–15%, pvz., pakeis varžtų tvirtinimo žingsnių tvarką, kad būtų sumažintas rankos judėjimas.

2. Skaitmeninio dvynio integracija

Virtualios robotų surinkimo ląstelių kopijos imituos gamybą prieš fizinį įdiegimą:

• Inžinieriai, testuojantys naujo telefono modelio surinkimo seką skaitmeniniame dvynyje, gali nustatyti susidūrimo riziką arba kliūtis, taip sutaupydami savaičių savaites fizinių bandymų ir klaidų.
• Dvyniai sinchronizuosis su tikrais įrenginiais, leisdami nuotoliniu būdu stebėti ir šalinti triktis (pvz., technikas Tokijuje per dvynį reguliuos robotą Detroite).

3. „Swarm Robotics“ sudėtingam surinkimui

Maži, koordinuoti robotai susidoros su dideliais ar sudėtingais produktais:

• 10 mini robotų „spiečius“, surenkantis automobilio prietaisų skydelį – kiekvienas atliekantis konkrečią užduotį (ventiliacijos angų, laidų, ekranų montavimas) – dirbantis lygiagrečiai, siekiant sutrumpinti ciklo laiką, naudojant 50%.

4. Tvarus dizainas

Ateities robotų surinkėjai pirmenybę teiks energijos vartojimo efektyvumui:

• Mažos galios varikliai ir regeneracinis stabdymas (energijos kaupimas, kai ranka lėtėja) sumažins elektros energijos suvartojimą 30%.
• Lengvos medžiagos (anglies pluošto svirtys) sumažins energijos suvartojimą, išlaikant tvirtumą.

Išvada: robotų surinkimo mašina kaip gamybos ateitis

Robotų surinkimo mašinos iš nišinių įrankių išsivystė į šiuolaikinės gamybos pagrindą, užtikrinantį tikslumą, greitį ir lankstumą, kurie iš naujo apibrėžia tai, kas įmanoma. Pasaulyje, kuriame vartotojai reikalauja pritaikymo, reguliuotojai taiko griežtesnius kokybės standartus ir nuolat trūksta darbo jėgos, šios mašinos yra ne tik „automatizavimas“ – jos skatina inovacijas.

Nuo gyvybę gelbstinčių medicinos prietaisų surinkimo iki naujos kartos elektrinių transporto priemonių kūrimo, nuo mažyčių elektronikos gaminių kūrimo iki aviacijos ir kosmoso gigantų konstravimo – „RoboticAssemblyMachine“ įrodo, kad surinkimo ateitis yra ne tik robotinė, bet ir intelektuali, prisitaikanti bei orientuota į žmogų. Jiems tapus protingesniems ir prieinamesniems, jie ir toliau sulygins žaidimo sąlygas, leisdami įvairaus dydžio gamintojams konkuruoti pasaulinėje rinkoje – po vieną tikslų ir efektyvų surinkimą.

#Kas yra fiksuota automatika? #lanksčios automatizavimo sistemos pvt ltd