System transportu przedmiotu obrabianego źródłem innowacji

Podwojenie wariantów produktów, skrócenie czasu przezbrojenia o połowę – oto sukces producenta maszyn specjalnych, firmy Harrandt, osiągnięty dzięki zmianie technologii stosowanej w liniach pomiarowych, testowych i montażowych. Sercem tej innowacji jest system transportowy SuperTrak B&R oparty na technologii silników liniowych.

„Tłoki silnikowe tylko z pozoru są absolutnie okrągłe i niewrażliwe na czynniki zewnętrzne. Podczas montażu wymagają one po pierwsze precyzji, po drugie delikatnego obchodzenia się” – twierdzi Samy Alain Song, szef działu innowacji i elektroniki w Feinwerktechnik Otto Harrandt GmbH, opisując jeden z podstawowych problemów dotyczących montażu tłoków.

Wymóg ten sprawia, że ​​konstruowanie systemów montażowych staje się coraz trudniejsze. Dzieje się tak dlatego, że w celu zwiększenia wydajności silników producenci samochodów w ciągu ostatnich dziesięciu lat zmniejszyli na przykład grubość montowanych pierścieni tłokowych o ponad połowę. W rezultacie pierścienie stały się znacznie bardziej wrażliwe i trudniej jest je stabilnie i niezawodnie obrabiać w systemie produkcji całodobowej. „Nawet niewielkie odchylenia w procesie montażu mogą powodować problemy z jakością” – podkreśla Song.

Z tego względu firma Harrandt sama opracowała procesy montażu i kontroli, takie jak pomiar tłoków z dokładnością do mikrometra, montaż pierścieni tłokowych i wciskanie sworzni tłokowych, ponadto wciąż je udoskonala, aby osiągnąć optymalne wyniki.

Tradycyjnie tłoki są transportowane w zakładzie montażowym z jednego stanowiska obróbkowego na inne za pomocą połączonych ze sobą systemów transportu obrabianych przedmiotów. „Systemy te są najbardziej opłacalnym rozwiązaniem w przypadku wysokich wolumenów i działają bardzo niezawodnie i stabilnie” – zapewnia Song. „Stosunkowo duża liczba zmiennych części potrzebnych przy nawet 30 wariantach tłoków oraz czas przezbrojenia wynoszący średnio około 1,5 godziny mają niewielkie znaczenie w ogólnym rachunku kosztów przy dużych wielkościach partii. Sytuacja wygląda jednak inaczej w przypadku dziś już powszechne spotykanych partii o wielkości kilku tysięcy sztuk. Producenci takich wyrobów wymagają zatem znacznie bardziej elastycznych opcji produkcyjnych z niewielką ilością zmiennych części i krótkimi czasami przezbrojenia. W związku z przechodzeniem na e-mobilność, trend w kierunku zmniejszania partii dotyczy również branży tłoków.

Skłoniło to firmę Harrandt do opracowania na potrzeby takich producentów nowej koncepcji systemu – właśnie zaprezentowano opartą na niej pierwszą linię montażową tłoków do silników dwusuwowych. Umożliwia ona zmierzenie, przetestowanie i zmontowanie 65 różnych wariantów tłoków przy czasie przezbrojenia wynoszącym zaledwie od 20 do 30 minut. Dodatkowo radykalnie zmniejszono przestrzeń zajmowaną przez linię.

Linia montażowa Harrandta jest rozmieszczona wokół owalnej szyny, której proste odcinki składają się z dwóch segmentów, każdy o długości jednego metra. Wzdłuż tych prostych odcinków inżynierowie Harrandta rozmieścili łącznie dziesięć stanowisk.

Na prostym, dwumetrowym odcinku z przodu instalacji znajduje się siedem stanowisk pomiarowo-montażowych. Na przeciwległym, równie długim odcinku owalu szyny znajduje się stanowisko załadunku i rozładunku, a pomiędzy nimi stanowisko kalibracji dla dwunastu, a maksymalnie 16 wózków. „Dzięki wprowadzeniu nowego systemu transportowego udało nam się zmniejszyć o połowę wymaganą powierzchnię w porównaniu z poprzednimi systemami o tej samej wydajności i liczbie stanowisk” – relacjonuje z dumą szef rozwoju.

"Mogliśmy zaadoptować prawie bez zmian stanowiska pomiarowe i montażowe naszych sprawdzonych systemów wysokiej klasy do nowej generacji systemu. Z jednej strony oznacza to dla naszych klientów możliwość korzystania z precyzyjnych i stabilnych procesów, a także czasów cyklu rzędu siedmiu sekund, które wcześniej możliwe były tylko na najsilniej wyposażonych liniach. Z drugiej strony mogliśmy się skupić na nowych możliwościach, jakie oferuje nam SuperTrak” – dodaje Song.

W efekcie firma Harrandt zachowała również system sterowania procesami i dodała sterownik B&R na potrzeby systemu transportowego SuperTrak. Zlecenie na opracowanie odpowiedniego oprogramowania otrzymała firma należąca do grona B&R Value Provider - Provitec GmbH. Nadal pomaga ona producentowi maszyn specjalnych w transferze i rozwoju know-how w zakresie oprogramowania na potrzeby kolejnych projektów.

Rozwiązanie dotyczące sterowania zapewnia wysoką prędkość transferu danych, potrzebną firmie Harrandt do płynnego monitorowania dwunastu (z opcją rozbudowy do szesnastu) wózków w systemie i zapewnić ich identyfikowalność. Możliwe jest również przemieszczanie wózków do dowolnego położenia z powtarzalnością zatrzymania rzędu ±0,01 mm ustaloną przez oprogramowanie, dzięki czemu, np. cylindry o różnych rozmiarach są ustawiane tak, aby krawędź płaszcza była zawsze w tym samym miejscu.

Ta elastyczność w pozycjonowaniu posłużyła firmie Harrandt do opracowania uniwersalnego nośnika cylindrycznych lub prostopadłościennych elementów obrabianych, który może pomieścić tłoki o wielu różnych rozmiarach. Już samo to znacznie zmniejszyło liczbę zmiennych części i czasy przezbrojenia.

Ponadto SuperTrak umożliwia zwiększenie prędkości transportu i pozwala dzielić stanowiska lub korzystać z dwóch identycznych stanowisk, jeśli realizowany na nich proces ma zbyt duży wpływ na ogólny czas cyklu. Jest to możliwe dzięki temu, że wózki mogą po prostu przejechać przez stanowisko, na którym ich obecność nie jest wymagana, bez zatrzymywania się.

Jeśli potrzebne są dodatkowe stanowiska procesowe, producentowi łatwiej jest wprowadzić je, gdy korzysta z systemu SuperTrak. Jak podkreśla Song: „Po pierwsze, możemy umieścić dodatkowe stanowiska na obwodzie toru. Można także wykorzystać wolne jeszcze obszary na odcinkach krzywej. Dokładność systemu transportowego również w tym przypadku spełnia nasze wymagania, co potwierdziły wewnętrzne analizy. Po drugie, system można łatwo rozbudować o proste segmenty, wówczas każdy z nich zapewnia wolne miejsce dla dwóch lub trzech kolejnych stanowisk. W przypadku konwencjonalnych konstrukcji taka rozbudowa byłaby możliwa tylko przy dużych nakładach finansowych i wymagałaby znacznie większej przestrzeni. Również konserwacja jest łatwiejsza, gdy korzystamy z SuperTrak. Wózki można łatwo wyjąć i wymienić w celu konserwacji, używając narzędzia pomocniczego. Nawet demontaż i wymiana części szyn jest możliwa bez większego wysiłku, co pozwala skrócić czasy przestoju związane z konserwacją.

Elastyczność SuperTrak pozwoliła firmie Harrandt w znacznym stopniu ograniczyć ryzyko związane w budową nowego zakładu. Było to widoczne zarówno w projekcie zakładu, jak i w możliwości zachowania na początek sprawdzonych stanowisk, łącznie z systemem sterowania procesem.

Osoby odpowiedzialne w firmie Harrandt mogły z większą pewnością podejmować decyzje na wczesnym etapie planowania, korzystając z symulacji procesu transportu. „Dzięki symulacji mieliśmy pewność, że w zakresie techniki jesteśmy na dobrej drodze. Pozwoliło nam to jeszcze bardziej ograniczyć ryzyko związane z nową technologią, zarówno dla nas, jak i naszych klientów” – twierdzi Song. Harrandt planuje ponadto wykorzystać funkcję symulacji do demonstrowania klientom wykonalności i wydajności planowanej instalacji już na etapie składania ofert.

Z zalet nowej technologii skorzystają zapewne nie tylko klienci zainteresowani wydajnymi liniami montażu tłoków. Instalacja z nowym rozwiązaniem transportu opartym na SuperTrak pozwala firmie Harrandt wykorzystać swoje know-how z zakresu automatyzacji oraz procesu montażu tłoków w budowie maszyn na potrzeby obecnych oraz nowych rynków.