Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte.

OK

MITUTOYO

přístroje pro měření tvaru a povrchu

divize KraussMaffei

Získáno 1160 hodin pro výrobu

Nový stroj GX900 s vysoko-rychlostní manipulací, stohováním dílů a plně automatickou výměnou nástrojů a uchopovačů

Automatická výměna nástroje
Vstřikování bude v budoucnu znamenat mnohem více, než jen výrobu dobrých dílů v rychlém sledu vstřiků za sebou. Zejména tehdy, pokud bude zákazník požadovat dodávky  just-in-time nebo dokonce zásobování montážního pásu just-in-sequence. Pak pomůže pouze flexibilní automatizace výroby plastů. Že vysoká flexibilita nemusí být na úkor produktivity, demonstroval působivě projekt zařízení na veletrhu K 2013.

Získáno 1160 hodin pro výrobu
Vytvoření flexibilního pracoviště vstřikování plastů je výzvou pro projektanty a zároveň i velkou příležitostí pro výrobce dílů. Zvláště, když jim získaná flexibilita umožňuje i přes relativně časté výměny nástrojů hospodárnou výrobu. Stále menší  výrobní série tak přestávájí být zlým snem a možnost rychle a za rozumné ceny realizovat spěšné zakázky v rychlém sledu za sebou odkrývá potenciál k dosažení dalších výnosů. Za předpokladu, že je flexibilní výrobní systém uspořádán tak, že zvládne několi krát za směnu vyměnit nástroj, a to vždy jen za pár minut.

podnik podíl na projektu internetové stránky

KraussMaffei Technologies GmbH,
München

vedení projektu
vstřikovací stroj
automatizace, technika  uchopovačů, stanice  uchopovačů, odkládací stůl  
www.kraussmaffei.com

Borealis Polymers N.V.,
Mechelen/Belgie  

materiál (PP Bormod BF970MO) www.borealisgroup.com

EAS Europe B.V.,
Renswoude/Nizozemí

plně automatický dvojitý stůl pro výměnu nástroje
magnetické upínací desky
spojky médií a vyhazovačů
www.easchangesystems.com

gwk Gesellschaft Wärme
Kältetechnik  mbH, Kierspe

chladicí technika www.gwk.com

Motan  GmbH, Isny

doprava materiálu www.motan-colortronic.com

Mundimold S.A., Valencia/Španělsko

nástroj na skládací bedny
nástroj na přepravky
www.mundimold.com

PSG Plastic Service GmbH,
Mannheim

regulační zařízení pro předehřívací stanici www.psg-online.de

Tabulka 1. Interdisciplinární spolupráce mezinárodních partnerů na projektu: prodlevy v průběhu procesu byly eliminovány technickými finesami systému

Při práci na projektu se velice rychle ukázalo, že izolované řešení jednotlivých dílčích úkolů a řazení funkčních bloků za sebe nevede k cíli. Namísto toho bylo nutné nalézt integrální řešení, u kterého je souběžně prováděno více funkcí, a veškeré dráhy jsou optimalizované.  Tato idea byla potvrzena na několika reprezentativních příkladech.
Přehled všech komponentů systému poskytuje dobrou představu o komplexnosti zařízení.

Jedno řízení pro všechna zařízení
Středobodem je v současnosti nejrychlejší (údaj výrobce, pozn. red.) dvoudeskový vstřikovací stroj GX 900 (uzavírací síla: 9000 kN) s hydro- mechanickou uzavírací jednotkou, zamykací jednotkou GearX a inovativními vodicími botičkami GuideX, zaručujícími vynikající paralelitu desek. V cyklu s časem 6,7 s jsou vstřikovány skládací přepravky (typ: PP Bormod ovoce a zeleninu s hmotností vstřiku 395 g. Elektricky poháněnou plastifikační jednotkou  (průměr šne-ku: 105 mm) a výkonným šnekem optimalizovaným na průtok materiálu je v paralelním provozu dosaženo potřebného průtoku taveniny. Řízení stroje MC 6 poskytuje obsluze rychlý přehled o všech funkcích stroje a periferních zařízení, například robota a systému pro  výměnu nástrojů. Posledně jmenovaný systém komunikuje s nadřazenou řídicí jednotkou zařízení přes rozhraní Euromap 71. Integrací všech řídicích funkcí do MC6  je zajištěn bezpečný management dat – s identickou strukturou datových vět, včetně kódování nástrojů a uchopovačů pro zajištění vyšší spolehlivosti procesu. Kromě toho je na velkém displeji řízení MC6 zobrazován záznam z Live-Cam o dění na odvrácené straně stroje, což obsluze ušetří mnoho kontrolních obchůzek. Řízení ale především nabízí snadno naučitelnou, jednotnou pracovní plochu, umožňující intuitivní ovládání.
Horizontální systém pro výměnu nástrojů firmy EAS Europe je tvořen novou, vylepšenou generací magnetických upínacích desek, stanicí pro předehřev nástrojů, dvojitým stolem, elektricky poháněným válečkovým systémem jak na stole, tak i na stroji pro zakládání a vyjímání nástrojů a multispojkami flat-face s optimali-zovanou těsností pro všechna média, jejichž prostřednictvím jsou v řádu sekund plně automaticky propojena všechna elektrická vedení i vedení ostatních médií (obr. 2).

Krátký cyklus vyžaduje „Handshake“ dvou robotů
Již na začátku plánování výrobní buňky se ukázalo, jaké úkoly je nutno automatizovat a optimalizovat pomocí vhodných opatření. Velice krátký čas cyklu pod 7 s například neposkytuje vyjímacímu robotu dostatek času na to, aby hotové bedny skládal na paletu. Po každém vstřiku by tak docházelo k prodlevě, kdy by se čekalo na robot vracející se z polohy pro stohování. To by učinilo ostatní opatření pro dosažení vysokého výkonu absurdními.
Proto se projektový tým rozhodl pro nasazení dvou robotů s dělbou práce. Za méně než 1 s je hotová bedna vyjmuta vyjímacím robotem z nástroje; rychleji by díly nedokázaly snad ani padat. Lineární robot vybavený ve všech osách pohony Ultra-High-Speed (typ: LRX 350 UHS) pracuje s ohledem na svou lehkou konstrukci téměř bez kmitání. Tím odpadají časy potřebné na ustálení, které jinak snižují výkon. Jeho konstrukce pro nosnost 350 kN postačuje pro zajištění vysokého výkonu systému i při případné pozdější přestavbě pracoviště na výrobky s vyšší hmotností vstřiku.
Následně předává vyjímací robot bedny druhému robotu – jde o fintu, kterou si tvůrci projektu museli pomoci: odkládací robot přebírá bedny z uchopovače vyjímacího robota „letmo“. Tento tzv. Handshake-proces (podání rukou) vyžaduje od obou manipulátorů vysokou přesnost polohování a opakovanou přesnost. Proto je paletovací robot (typ:   LRX 350) vybaven výkonnými pohony pro zajištění rychlého pohybu a přesnou převodovkou.
Robot odkládá bedny vždy ve výšce vrchní vrstvy na paletě, která je na desce zdvíhacího stolu poháněného servo-motorem. Po dokončení vrstvy je tento stůl spuštěn o výšku bedny dolů. Vertikální pohyb tak vykoná namísto odkládacího robota stůl, čímž je krácena dráha a ušetřen čas na její projetí. Pouze díky tomu je odkládací robot schopen se dostatečně rychle vracet k „podání rukou“ s vyjímacím robotem. Tím, že jsou bedny automaticky ukládány na přepravní paletu, je ještě více zvýšen výkon zařízení. Pro oba roboty je navíc k dispozici stanice pro automatickou výměnu uchopovačů – „rukou“ – při změně výrobku.

Enormní úspora času při výměně nástroje
Třikrát za pracovní den – jak uvádí specifikace pro změnu výroby, tedy jednou za směnu – je na stroji nutno vyměnit nástroj. Při konvenční koncepci výroby by díky tomu klesla produktivita zařízení v třísměnném provozu na 80% i kdyby bylo na každou výměnu uvažováno „pouze“ 90 min (tabulka 2). Stroj by tedy ztratil celou pětinu své výrobní kapacity, v praxi by to však často bylo ještě více, například pokud by pracovníci již prováděli v daném čase výměnu nástroje na jiném stroji.
Odborníci firmy KraussMaffei na vstřikování a automatizaci vypracovali společně se specialisty na výměnu nástrojů – firmou EAS Europe – a výrobcem nástrojů, firmou Mundimold, koncepci vysoce flexibilní výroby, díky které se produktivita výroby i při třech výměnách nástroje za pracovní den pohybuje okolo 99 %. Díky krátkému času na změnu výroby – méně jak tři minuty - dojde k rychlé amortizaci vícenákladů, protože bude takto získáno dalších 1160 hodin produkce za rok. Při využití tzv. „Shuttle-principu“ by mohl být zkrácen čas na změnu výroby ze 3 na 1 minutu, čímž by bylo dosaženo dalšího mírného zvýšení efektivity produkce.

    ruční výměna nástroje
klasická metoda
automatická výměna nástroje
"dvojitý stůl"
automatická výměna nástroje
"Shuttle-technika" 
směna [h] 7,5 7,5 7,5
počet směn [–] 3 3 3
pracovní dny [d] 267 267 267
pracovní doba za rok [h] 6007,5 6007,5 6007,5
kalendářní týdny [w] 52 52 52
průměrné zastavení výroby
[h]
[min]
1,5
90
0,05
3
0,017   
1

 

  ruční výměna nástroje
klasická metoda
automatická výměna nástroje
"dvojitý stůl"
automatická výměna nástroje
"Shuttle-technika"
 počet výměn nástroje  čas produkce
[h / den]
 čas produkce
[h / rok]
 efektivita [%]  čas produkce
[h / den]
 čas produkce
[h / rok]
 efektivita [%]  čas produkce
[h / den]
 čas produkce
[h / rok]
efektivita [%]
1  21,0  5607,0  93  22,5  5994,2  100  22,5  6003,0  100
2  19,5  5206,5  87  22,4  5980,8  100  22,5  5998,4  100
3  18,0  5967,5  80  22,4  5967,5  99  22,4  5993,9  100
4  16,5  5954,1  73  22,3  5954,1  99  22,4  5989,3  100
5  15,0  5940,8  67  22,3  5940,8  99  22,4  5984,8  100
6  13,5  5927,4  60  22,2  5927,4  99  22,4  5980,3  100
7  12,0  5914,1  53  22,2  5914,1  98  22,4  5975,7  99
8  10,5  5900,7  47  22,1  5900,7  98  22,4  5971,2  99
9  9,0  5887,4  40  22,1  5887,4  98  22,3  5966,6  99
10  7,5  5874,0  33  22,0  5874,0  98  22,3  5962,1  99
Zisk další výrobní kapacity při 3 výměnách/den 1161,5 h   při 3 výměnách/den 26,4 h  

Tabulka 2. Při automatické výměně nástroje namísto ruční roste velice výrazně výrobní kapacita. Při automatické výměně s využitím dvojitého stolu je možno dosáhnout efektivity výroby 99 %, protože čas produkce (při třech změnách za den) vzroste ze 4800 na více než 5960 h/rok. Zkrácení času na výměnu z 3 na 1 minutu použitím tzv. „Shuttle-principu“ naproti tomu přinese již jen mírné zlepšení

Nevyužívaný nástroj s hmotností okolo 10 t je uložen na horizontálním dvojitém stolu pro výměnu nástrojů s integrovanou předehřívací stanicí. V případě, kdy by byly měněny více jak dva nástroje, by bylo možné integrovat do zařízení systém pro skladování nástrojů, ze kterého by byl nástroj potřebný pro následující výrobu včas vyjmut a uložen do předehřívací stanice tak, aby jej bylo možno vyměnit bez časových ztrát za „vysloužilý“ nástroj.

Obr. 3. Média výrobního nástroje mají na pevné a pohyblivé straně definované polohy a přiřazení – tím je zajištěno bezchybné automatické propojení všech médií Obr. 4. Systém horkých kanálů a nástroj je temperován v předehřívací stanici na provozní teplotu

Automatické rozpojování a spojování vedení všech médií
Dvojitý stůl automaticky najede po válečcích ve směru rovnoběžném se strojem tak, aby neobsazené místo leželo před oblastí uzavírání nástroje. Řízení vstřikovacího stroje provede obsluhu pomocí dialogu výměnou nástroje. Přes nové rozhraní pro integraci periferních modulů komunikuje jednotka MC6  s řídicí jednotkou magnetického upínacího systému. Magnetické upínací desky jsou přepólovány, tím dojde k uvolnění nástroje, který je pak možno z nich sejmout. Prakticky současně aktivuje řídicí jednotka MC6 automatické a bezpečné rozpojení spojek vyhazovačů a vedení všech médií (obr. 3).
Následně se uzavírací jednotka rozevře o několik milimetrů, tím dojde k uvolnění nástroje. Elektricky poháněná válečková konzole vynese nástroj s adaptačními deskami z uzavírací jednotky. Aby byl čas na výměnu nástroje co nejkratší, je současně do stroje a automatizačních jednotek nahrána z MC6 nový datový soubor.
Po převzetí původního nástroje stůl popojede o cca 2 m dál a nastaví do předávací polohy připravený nový nástroj (obr. 4). Válečky na dvojitém stole a konzoli je nástroj spolehlivě ustaven mezi magnetické upínací desky uzavírací jednotky. Po bezpečnostní kontrole polohy povolí řízení MC6 uzavření uzavírací jednotky.
Jsou automaticky aktivovány magnetické upínací desky a všechna vedení médií jsou bezpečně spojena pomocí nově vyvinutých rychlospojek Flat-Face. Dvojitý stůl je v obou pozicích vybaven předehřevem, takže může být vyjmutý nástroj řízeně ochlazen nebo nový nástroj zahřát na provozní teplotu.

Průlom ve směru k velikosti dávky 1
Modelový případ „bedna na ovoce“ ukazuje, že plánování automatických vstřikovacích buněk musí vycházet z podrobné analýzy všech jednotlivých funkcí. A ještě více: u každé funkce musí být stanovena potřeba času u každého jednotlivého dílčího kroku. Pokud vede seřazení dílčích kroků do série za sebe k prodlevám u předřazených nebo navazujících funkcí, musí být tyto eliminovány technickými finesami.  Vedoucí partner v projektu musí disponovat potřebnými systémovými kompetencemi a zapojit do něj i své dodavatele.
Plně automatická výměna nástroje zvýšila v popsaném příkladu efektivitu výroby na 99 % – bylo získáno dalších 1160 hodin výroby za rok. Pouze takovýmto způsobem je možno realizovat výrobní systémy, které budou disponovat vedle vysokého stupně automatizace i vysokou flexibilitou a produktivitou a umožní průlom ve směru k velikosti dávky 1.

AUTOŘI
DIPL.-ING.  (FH) JOCHEN  MITZLER, nar. 1973, je vedoucí strategického managementu výrobků a technologií společnosti KraussMaffei Technologies GmbH, Mnichov.
GÖTZ SCHEIBE, nar. 1966, je manažer pro výrobky a technologie u firmy KraussMaffei.
B. A. (FH) ANIKA MARGGRANDER,  nar. 1981, je vedoucí prodeje u EAS Europe Süd; sales@easchangesystems.com

Stažení originálního článku v PDF zde

Kontakty