Rozhodnutí automatizovat proces je pro mnoho malých i velkých výrobců zásadní. Toto rozhodnutí se však týká mnohem více než jen technických možností a počátečních investičních nákladů. Jde spíše o strategické rozhodnutí, které určuje, jak budete vyrábět své produkty, jak flexibilní bude vaše výrobní linka a jak budete konkurovat na trhu.
Jakmile si vyberete cestu automatizace, do jisté míry si kupujete celou sadu schopností, budoucích možností, ale i omezení. Správné rozhodnutí může zlepšit kvalitu, zvýšit výkonnost a připravit vaši firmu na růst.
Špatná volba vás může uzamknout v systému, který je obtížné nebo nákladné upgradovat, když se vaše potřeby změní. Případně můžete zjistit, že jste utratili příliš mnoho za funkce, které nikdy nevyužijete.
Pokud jde o laserové systémy, komerčně dostupné produkty se obecně dělí na dvě velké kategorie - standardizované systémy a systémy na zakázku. I když se ve skutečnosti jedná pouze o dva konce spektra, je toto rozlišení užitečné pro nastínění klíčových kritérií pro rozhodování.
Tento článek vám má pomoci učinit správné rozhodnutí pro vaši firmu.
Co je to standardní laserový systém?
Standardní laserový systém je obvykle určen pro nižší vstupní cenu a je určen k provádění definovaného, omezeného rozsahu úloh. Tyto systémy jsou určeny výrobcům, kteří chtějí automatizovat běžné laserové procesy - jako je svařování, čištění nebo řezání - aniž by museli věnovat čas a náklady na vlastní konstrukci.
Standardní systémy jsou atraktivní zejména pro malé a středně velké výrobce nebo pro větší provozy, které chtějí rychle zvýšit kapacitu pro standardní, opakovatelné procesy. Výhoda spočívá v jejich jednoduchosti. Jsou konstruovány tak, aby byly spolehlivé, snadno se instalovaly a rychle nasazovaly.
Standardní systémy jsou obvykle samostatné jednotky umístěné v laserově bezpečném krytu třídy 1, vybavené přístupovými dveřmi, blokováním nebo světelnými závorami pro zajištění bezpečnosti obsluhy. Obvykle jsou navrženy tak, aby fungovaly spíše jako samostatné pracovní buňky nebo pracoviště než jako součásti plně automatizované výrobní linky.
V závislosti na cílové aplikaci a velikosti dílu může standardní systém využívat portálový (kartézský) pohyb nebo robotické rameno. Portálové systémy jsou obvykle postaveny na pracovní plošině z oceli nebo žuly, která poskytuje stabilní základ pro přesné operace. Robotické systémy nejčastěji obsahují šestiosého průmyslového robota.
Není neobvyklé, že dodavatelé nabízejí své standardní systémy s volitelnými možnostmi. Ty mohou zahrnovat různé laserové zdroje, optiku pro přenos paprsku a Visionsystémy nebo systémymonitorování procesu.
Často jsou k dispozici také různá rozhraní pro uchycení a montáž dílů, jako jsou zásobníky nebo rotační držáky, zejména pro značící systémy. Někdy jsou k dispozici rozhraní pro poloautomatické nakládání nebo vykládání, jako jsou dopravníky nebo otočné stoly.
Klíčovou vlastností standardních laserových systémů je jednoduchost a snadné použití. Rozhraní člověk-stroj (HMI) obvykle poskytuje přehledné ovládací prostředí s nabídkou a přístupem omezeným na přednastavené programy a základní parametry. To umožňuje používání operátory výroby s minimálním odborným školením. Pro procesního inženýra je vytváření nových úloh podobně zjednodušené a přístupné i osobám s omezenými programátorskými dovednostmi.
Co je laserový systém na zakázku?
Laserový systém na zakázku je od základu navržen tak, aby splňoval specifické výrobní požadavky, které se vymykají možnostem předem nakonfigurovaných systémů. Každý zakázkový systém je ze své podstaty jedinečný.
Laserové systémy na zakázku se však obvykle skládají z několika běžných - a případně i standardizovaných - stavebních prvků. Ty mohou zahrnovat:
- Automatizovaná manipulace s díly
- Upínání dílů a nástroje
- Pohyb a polohování dílů
- Laserový zdroj a distribuce paprsku
- Vision systémy, snímání a monitorování procesů
- Řídicí jednotka a související software
- Komunikační modul (pro propojení se systémy MES, PLC nebo jinými řídicími systémy pro automatizaci výroby).
- Bezpečnost a krytování
Tyto prvky lze kombinovat prakticky libovolným způsobem a je možné dosáhnout vysoké úrovně složitosti a propracovanosti. Pohybové systémy mohou zahrnovat více robotických ramen, portály, lineární stupně nebo otočné stoly. Někdy pracují nezávisle na sobě a zpracovávají díly paralelně. Někdy se koordinují, aby dosáhly potřebného dosahu, přesnosti a rychlosti.
Z hlediska uživatelského prostředí (UX) jsou zakázkové systémy obvykle vybaveny na míru upravenými rozhraními HMI, která poskytují hlubší možnosti ovládání a monitorování. Operátoři a procesní inženýři mohou mít přístup k pokročilým diagnostickým nástrojům, přizpůsobitelným procesním parametrům a rozhraním, která podporují správu programů a výrobu se složitými procesy. K provozování těchto nástrojů je obvykle zapotřebí značná míra odborných znalostí v oblasti programování a automatizace.
Přestože laserové systémy na zakázku mohou být samostatnými pracovními buňkami, často jsou navrženy pro integraci do automatizačních systémů a výrobních linek v rámci celého podniku. Mohou poskytovat připojení k sítím PLC, platformám MES a systémům SCADA pomocí standardních průmyslových protokolů, jako je EtherNet/IP, Profinet nebo OPC UA.
Volba mezi předem nakonfigurovaným a zakázkovým laserovým systémem
Výběr správného přístupu k laserové automatizaci zahrnuje zvážení mnoha faktorů. Některé z nich jsou zřejmé, například tržní a provozní náklady a dostupná plocha. Některé jsou méně zřejmé, například kvalita podpory dodavatele a možnost upgradu.
Rozhodování může být při takovém množství proměnných těžké. Pro zefektivnění tohoto procesu pomáhá identifikovat a zaměřit se na ty otázky, které rozhodují o úspěchu či neúspěchu nasazení technologie. Z hlediska funkčnosti systému jsme zjistili, že těchto sedm faktorů je obvykle nejkritičtějších.
Vhodnost pro aplikaci
To je základ a výchozí bod rozhodovacího procesu. Nejprve je nutné definovat váš proces a poté určit, zda laser může přinést nejlepší výsledky.
Abyste to mohli posoudit, musíte pochopit, co vám laser přináší - ať už je to rychlost, přesnost, snížený tepelné ovlivnění dílů nebo nižší provozní náklady - a rozhodnout se, jak se bude měřit úspěch. Pokud není jasně definováno, co je úkolem a co představuje úspěch, pak je malá šance, že ho dosáhnete.
Zde mohou být užitečné služby vývoje aplikací od partnerů v oblasti laserové automatizace. V ideálním případě by měli mít k dispozici vybavení a zkušenosti pro identifikaci, testování a optimalizaci vašeho laserového procesu.
Velikost dílu
Může se to zdát jako všední věc, ale hraje zásadní roli. Laserové systémy jsou omezeny svou pracovní velikostí.
Standardní systémy jsou navrženy na základě typických rozměrů dílů pro konkrétní odvětví - například malé, přesné komponenty ve zdravotnických zařízeních nebo středně velké sestavy pro všeobecné průmyslové použití. Pokud se díly vymykají těmto normám - ať už jsou větší nebo neobvykle tvarované - často to vyvolá potřebu zakázkového nebo výrazně upraveného systému.
Požadavky na propustnost
Možnosti propustnosti jsou oblastí, kde se běžně rozlišují předkonfigurovaná a zakázková řešení. Vzhledem k tomu, že produktivita je hlavním cílem automatizace, je to často rozhodující faktor.
Standardní systémy jsou obvykle navrženy jako pracovní buňky nebo stanice. Proto jsou obvykle nejvhodnější pro potřeby s nízkou až střední kapacitou. Vkládání a vykládání dílů, zejména pokud se provádí ručně, je pro standardní systém často limitujícím faktorem rychlosti.
Například technologie jako svařování on-the-fly mohou dosáhnout rychlosti svařování více než 1000 svarů za minutu. To může zvýšit propustnost samostatné pracovní stanice, jako je EV-Cube, ale optimalizace přísunui dílů a integrace do výrobní linky může propustnost dále zvýšit.
Naproti tomu rychlost, které může dosáhnout vlastní laserový systém, je často omezena pouze výší investice, prostorovými omezeními nebo jinými než laserovými překážkami. Zakázkové systémy mohou zahrnovat více laserových zdrojů nebo optiky, několik druhů pohybu systému nebo paralelně probíhající nelaserové procesy, aby bylo dosaženo velmi vysoké propustnosti.
V závislosti na vašich požadavcích může být i tak cenově výhodnější instalovat více standardních systémů než investovat do větší, na míru postavené linky.
Některé standardní systémy podporují možnosti automatického vkládání dílů nebo možnost integrace s dopravníkovými pásy. To může zvýšit propustnost díky minimalizaci doby prodlevy systému při nakládání nebo vykládání dílů.
Nástroje
Pokud se ponoříme hlouběji do problematiky manipulace dílů, stojí za to prozkoumat také způsob, jakým je díl upevněn. Standardní systémy mají obvykle omezený rozsah možností fixace dílů. Mezi ně mohou patřit pevné upínače, polohovací čepy, ruční nebo pneumatická sklíčidla (pro kulaté díly) a klínovité bloky. To může omezovat schopnost systému provádět složité dráhy svařování nebo pracovat s 3D tvarovanými díly, které vyžadují zpracování z několika úhlů.
Pokud díly vyžadují složité polohování, dynamické upínání nebo interakci s externími systémy, musí být nástroje navrženy odpovídajícím způsobem. Toho lze samozřejmě dosáhnout pomocí zakázkového robotického systému. Ale je to také místo, kde lze rozšířit možnosti předem nakonfigurovaného nástroje, za předpokladu, že výrobce má k tomu možnosti a ochotu.
Tolerance a kvalita
Přestože nástroje hrají důležitou roli při určování přesnosti a opakovatelnosti procesu, mohou být doplněny různými senzory a zejména systémy vidění. Ty mohou systému pomoci lépe se přizpůsobit odchylkám mezi jednotlivými díly nebo kompenzovat omezení v polohové konzistenci nástrojů.
Některé standardní systémy mohou zahrnovat systémy vidění a monitorování procesů jako standardní volitelné vybavení. Například svařovací konfigurace platformy IPG LaserCell jsou k dispozici se systémy LDD Real-Time Laser Weld Measurement pro inline monitorování svarů.
Je však možné, že kombinace složitosti dílů a požadavků na tolerance může vytvořit požadavky, které přesahují možnosti předem nakonfigurovaného systému. To posouvá řešení směrem k zakázkové nebo částečně zakázkové konstrukci.
Výkon laseru
Standardní laserové systémy jsou konstruovány tak, aby vyhovovaly určitému rozsahu výkonu laseru. To je obvykle dáno optikou nástroje, bezpečnostními systémy, potřebami chlazení a možná i požadavky na výkon.
Zvýšené požadavky na rychlost procesu nebo silnější materiály však mohou vyžadovat použití laseru s vyšším výkonem.
Některá z těchto omezení není snadné rozšířit. Pokud tedy aplikace bezpodmínečně vyžaduje vyšší výkon laseru, než jaký může poskytnout standardní systém, může to vést k rozhodnutí vytvořit laserové řešení na zakázku.
Interakce s operátorem
Kromě funkčnosti systému je důležitým faktorem také to, jak snadno jej lze naprogramovat a ovládat. To je další oblast, kde se standardní a zakázkové systémy obvykle výrazně liší.
Standardní systémy jsou vytvořeny pro předvídatelnou a přímočarou interakci a obvykle podporují omezený výběr operací. Programování nových úloh je často zjednodušeno a někdy dokonce omezeno na pouhé přetahování, jako je tomu například u systému cobot pro laserové svařování.
To vše zmírňuje požadavky na školení obsluhy i procesních inženýrů. Znamená to také, že systémy mohou být obvykle uvedeny do provozu ve výrobě téměř okamžitě po instalaci.
Vlastní robotické laserové systémy mohou obsahovat zjednodušené uživatelské rozhraní pro obsluhu. Pod ním se však obvykle skrývá mnohem sofistikovanější softwarové prostředí.
Výhodou této sofistikovanosti je, že mají prakticky neomezené možnosti. K tomu často patří i možnost integrace s dalšími systémy automatizace výroby.
To však také znamená, že jsou obvykle složitější a náročnější na programování, což vyžaduje větší odborné znalosti. Není neobvyklé, že uvedení nového systému nebo procesu do provozu trvá déle, zejména pokud zahrnuje rozsáhlou interakci s externími systémy.
Co dalšího zvažovat
Jak již bylo zmíněno, nákup laserového systému není ve skutečnosti černobílou volbou. U některých dodavatelů je možné začít s předem nakonfigurovaným systémem a upravovat jej pomocí možností, až se v podstatě stane systémem na míru. U jiných jsou předkonfigurované systémy rigidní a optimalizované pro úzký okruh úloh.
Standardní robotické laserové systémy obvykle stojí méně než nástroje na zakázku a výrobce je obvykle dodá rychleji. Instalace předkonfigurovaného systému navíc pravděpodobně vyžaduje menší nároky na učení, protože výrobce již má s jeho používáním v různých výrobních prostředích značné zkušenosti.
Úprava standardního systému za účelem rozšíření funkcí systému také obvykle znamená menší nárůst nákladů než získání stejných funkcí prostřednictvím zcela vlastního systému. To však neplatí univerzálně. Standardní systémy mají omezení, kvůli kterým může být provedení rozsáhlých úprav nákladnější než začít od nuly.
Jsou tu také logistické a finanční problémy. Úprava předem nakonfigurovaného systému, který je již v provozu, vyřadí tento nástroj z provozu. Tento výpadek má dopad. Náklady na provedení této úpravy však mohou jít z provozních nákladů, zatímco nákup nového systému je vždy investičním výdajem.
Nezapomeňte, že prodejce může nabízet pouze omezený sortiment výrobků. To je může motivovat k tomu, aby vás nasměrovali k řešení z jejich stávajících produktů nebo možností. Bohužel tento produkt nemusí nabízet optimální řešení pro vaši aplikaci.
Začínáme s laserovou automatizací
Díky jedinečné vertikální integraci nabízí IPG vše od laserových komponent a technologií až po standardní systémy, modulární platformy a výrobní linky na zakázku. Jako partner pro vše, co se týká laserové automatizace, vás netlačíme k určitému produktu nebo přístupu.
Začít je snadné - pošlete nám vzorové díly, navštivte některou z našich globálních aplikačních laboratoří nebo nám prostě řekněte o své aplikaci.
