Decyzja o automatyzacji procesu jest ważna dla wielu producentów, zarówno małych, jak i dużych. Wybór ten dotyczy jednak znacznie więcej niż tylko możliwości technicznych i początkowych kosztów kapitałowych. Jest to raczej strategiczne zobowiązanie, które kształtuje sposób wytwarzania produktów, elastyczność linii produkcyjnej i sposób konkurowania na rynku.
Wybierając ścieżkę automatyzacji, kupujesz - do pewnego stopnia - cały zestaw możliwości, ograniczeń i przyszłych opcji. Właściwa decyzja może poprawić jakość, zwiększyć przepustowość i przygotować firmę na rozwój.
Niewłaściwy wybór może zablokować cię w systemie, który będzie trudny lub kosztowny do uaktualnienia, gdy zmienią się twoje potrzeby. Alternatywnie, może się okazać, że wydałeś zbyt dużo pieniędzy na funkcje, których nigdy nie wykorzystasz.
Jeśli chodzi o systemy laserowe, dostępne na rynku produkty zazwyczaj dzielą się na dwie szerokie kategorie - systemy wstępnie skonfigurowane i systemy niestandardowe. Chociaż są to tak naprawdę tylko dwa końce spektrum, rozróżnienie to jest przydatne do nakreślenia kluczowych kryteriów podejmowania decyzji.
Niniejszy artykuł ma na celu pomóc w podjęciu właściwej decyzji dla Twojej firmy.
Co to jest wstępnie skonfigurowany system laserowy?
Wstępnie skonfigurowany system laserowy ma zwykle oferować niższy punkt wejścia cenowego i jest przeznaczony do wykonywania określonego, ograniczonego zakresu zadań. Systemy te są skierowane do producentów, którzy chcą zautomatyzować typowe procesy laserowe - takie jak spawanie, czyszczenie lub cięcie - bez poświęcania czasu i kosztów na niestandardową inżynierię.
Wstępnie skonfigurowane systemy są szczególnie atrakcyjne dla małych i średnich producentów lub dla większych firm, które chcą szybko zwiększyć wydajność standardowych, powtarzalnych procesów. Ich atrakcyjność polega na prostocie. Są niezawodne, łatwe w instalacji i szybkie we wdrożeniu.
Wstępnie skonfigurowane systemy są zazwyczaj samodzielnymi jednostkami umieszczonymi w bezpiecznej obudowie laserowej klasy 1, wraz z drzwiami dostępowymi, blokadami lub kurtynami świetlnymi w celu zapewnienia bezpieczeństwa operatora. Są one zazwyczaj zaprojektowane do działania jako samodzielne komórki robocze lub stacje robocze, a nie elementy w pełni zautomatyzowanej linii produkcyjnej.
W zależności od docelowego zastosowania i rozmiaru części, wstępnie skonfigurowany system może wykorzystywać ruch bramowy (kartezjański) lub ramię robota. Systemy bramowe są zwykle budowane na platformie roboczej wykonanej ze stali lub granitu, zapewniając stabilną podstawę dla precyzyjnych operacji. Systemy zrob otyzowane najczęściej wykorzystują 6-osiowego robota przemysłowego.
Nierzadko dostawcy oferują wstępnie skonfigurowane systemy z opcjami. Mogą one obejmować różne źródła lasera, układy optyczne dostarczające wiązkę, a nawet systemy wizyjne lub systemy monitorowania procesów.
Często dostępne są również różne interfejsy do przytrzymywania i montażu części, takie jak tace lub uchwyty obrotowe, zwłaszcza w przypadku systemów znakowania. Czasami dostępne są również interfejsy do półautomatycznego załadunku lub rozładunku, takie jak przenośniki lub stoły obrotowe.
Kluczową cechą wstępnie skonfigurowanych systemów laserowych jest prostota i łatwość obsługi. Interfejs człowiek-maszyna (HMI) zwykle zapewnia przejrzyste, sterowane menu środowisko sterowania z dostępem ograniczonym do wstępnie ustawionych programów lub parametrów receptury. Umożliwia to użytkowanie przez personel hali produkcyjnej przy minimalnym specjalistycznym przeszkoleniu. Dla inżyniera procesu tworzenie nowych zadań jest podobnie uproszczone i dostępne dla osób o ograniczonych umiejętnościach programowania.
Czym jest niestandardowy system laserowy?
Niestandardowy system laserowy jest projektowany od podstaw w celu spełnienia określonego zestawu wymagań produkcyjnych, które wykraczają poza możliwości wstępnie skonfigurowanych systemów. Każdy niestandardowy system jest z definicji zasadniczo unikalny.
Jednak niestandardowe systemy laserowe zazwyczaj składają się z kilku wspólnych - a być może nawet standardowych - elementów konstrukcyjnych. Mogą one obejmować:
- Zautomatyzowana obsługa materiałów
- Mocowanie części i oprzyrządowanie
- Ruch i pozycjonowanie części
- Źródło lasera i dostarczanie wiązki
- Wizja, wykrywanie i monitorowanie procesów
- Kontroler i powiązane oprogramowanie
- Moduł komunikacyjny (do połączenia z MES, PLC lub innymi systemami sterowania automatyką fabryczną)
- Bezpieczeństwo i obudowa
Elementy te można łączyć ze sobą w dowolny sposób, co umożliwia osiągnięcie wysokiego poziomu złożoności i zaawansowania. Systemy ruchu mogą obejmować wiele ramion robotów, suwnic, stopni liniowych lub stołów obrotowych. Czasami działają one niezależnie, przetwarzając części równolegle. Czasami są one skoordynowane w celu osiągnięcia niezbędnego zasięgu, precyzji i prędkości.
Jeśli chodzi o wrażenia użytkownika (UX), niestandardowe systemy zazwyczaj zawierają dostosowane interfejsy HMI, które zapewniają głębsze możliwości sterowania i monitorowania. Operatorzy i inżynierowie procesu mogą mieć dostęp do zaawansowanych narzędzi diagnostycznych, konfigurowalnych parametrów procesu i interfejsów obsługujących zarządzanie recepturami lub produkcję wysokomieszankową. Zazwyczaj do obsługi tych narzędzi wymagana jest odpowiednia wiedza z zakresu programowania i automatyzacji.
Niestandardowe systemy laserowe mogą być samodzielnymi stanowiskami roboczymi, ale często są projektowane z myślą o integracji z systemami automatyki i liniami produkcyjnymi w całym zakładzie. Mogą one zapewniać łączność z sieciami PLC, platformami MES i systemami SCADA przy użyciu standardowych protokołów przemysłowych, takich jak EtherNet/IP, Profinet lub OPC UA.
Wybór między wstępnie skonfigurowanym a niestandardowym systemem laserowym
Wybór właściwego podejścia do automatyzacji laserów wymaga rozważenia i zrównoważenia wielu czynników. Niektóre z nich są oczywiste, takie jak koszty kapitałowe i operacyjne oraz dostępna powierzchnia. Niektóre są mniej oczywiste, takie jak jakość wsparcia dostawcy i możliwość aktualizacji.
Przy tak wielu zmiennych podejmowanie decyzji może być przytłaczające. Aby usprawnić ten proces, warto zidentyfikować i skoncentrować się na tych podstawowych kwestiach, które najprawdopodobniej zadecydują o sukcesie lub porażce. Jeśli chodzi o samą funkcjonalność systemu, odkryliśmy, że te siedem czynników jest zazwyczaj najbardziej krytycznych.
Dopasowanie aplikacji
Jest to podstawa i punkt wyjścia procesu decyzyjnego. Najpierw należy zdefiniować proces, a następnie określić, czy laser może zapewnić najlepsze wyniki.
Aby dokonać takiej oceny, należy zrozumieć, co wnosi laser - czy jest to szybkość, precyzja, zmniejszony pobór ciepła, czy niższe koszty operacyjne - i zdecydować, w jaki sposób będzie mierzony sukces. Jeśli nie ma jasnej definicji zadania i tego, co stanowi o sukcesie, szanse na jego osiągnięcie są niewielkie.
W tym przypadku pomocne mogą być usługi opracowywania aplikacji świadczone przez partnerów w zakresie automatyzacji laserów. Idealnie byłoby, gdyby dysponowali oni sprzętem i doświadczeniem umożliwiającym identyfikację, testowanie i optymalizację procesu laserowego.
Rozmiar części
Może się to wydawać prozaiczne, ale odgrywa kluczową rolę. Systemy laserowe są ograniczone przez swoją kopertę roboczą.
Wstępnie skonfigurowane systemy są projektowane w oparciu o typowe wymiary części dla określonych branż - na przykład małe, precyzyjne komponenty w urządzeniach medycznych lub średniej wielkości zespoły do ogólnych zastosowań przemysłowych. Gdy części wykraczają poza te normy - niezależnie od tego, czy są większe, czy mają nietypowy kształt - często powoduje to potrzebę niestandardowego lub mocno zmodyfikowanego systemu.
Wymagania dotyczące przepustowości
Przepustowość to obszar, w którym często rozróżnia się rozwiązania wstępnie skonfigurowane i niestandardowe. Biorąc pod uwagę, że produktywność jest głównym celem automatyzacji, jest to często decydujący czynnik.
Wstępnie skonfigurowane systemy są zwykle projektowane jako jednostanowiskowe komórki robocze lub stacje robocze. W rezultacie są one zazwyczaj najlepsze dla potrzeb niskiej i średniej przepustowości. Załadunek i rozładunek części, zwłaszcza jeśli jest wykonywany ręcznie, jest często czynnikiem ograniczającym szybkość wstępnie skonfigurowanego systemu.
Na przykład, technologie takie jak spawanie w locie mogą osiągnąć prędkość spawania ponad 1000 spoin na minutę. Może to zwiększyć przepustowość w samodzielnej stacji roboczej, takiej jak EV-Cube, ale transport i integracja z linią produkcyjną mogą jeszcze bardziej poprawić przepustowość.
Z kolei szybkość, jaką może osiągnąć niestandardowy system laserowy, jest często ograniczona jedynie kosztami inwestycji, ograniczeniami przestrzeni lub wąskimi gardłami niezwiązanymi z laserem. Systemy niestandardowe mogą obejmować wiele źródeł laserowych lub optyki, kilka rodzajów ruchu systemu lub procesy nielaserowe działające równolegle, aby osiągnąć bardzo wysoką przepustowość.
W zależności od wymagań, bardziej opłacalne może być zainstalowanie wielu standardowych systemów niż inwestowanie w większą, niestandardową linię.
Niektóre wstępnie skonfigurowane systemy obsługują opcje automatycznego ładowania części lub możliwość integracji z przenośnikami taśmowymi. Może to zwiększyć przepustowość, minimalizując czas bezczynności systemu podczas ładowania lub rozładowywania części.
Oprzyrządowanie
Zagłębiając się dalej w ładowanie części, warto również sprawdzić, w jaki sposób część jest mocowana i prezentowana laserowi. Standardowe systemy mają zazwyczaj ograniczony zakres opcji mocowania części. Mogą to być zaciski stałe, kołki ustalające, uchwyty ręczne lub pneumatyczne (dla części okrągłych) oraz bloki typu V. Może to ograniczać zdolność systemu do wykonywania złożonych ścieżek spawania lub pracy z częściami w kształcie 3D, które wymagają obróbki pod kilkoma kątami.
Jeśli części wymagają złożonego pozycjonowania, dynamicznego mocowania lub interakcji z systemami zewnętrznymi, oprzyrządowanie musi być odpowiednio zaprojektowane. Oczywiście można to osiągnąć za pomocą niestandardowego systemu zrobotyzowanego. Ale jest to również miejsce, w którym można rozszerzyć możliwości wstępnie skonfigurowanego narzędzia, zakładając, że producent ma możliwości i chęci, aby to zrobić.
Tolerancje i jakość
Podczas gdy oprzyrządowanie odgrywa ważną rolę w określaniu dokładności i powtarzalności procesu, można je uzupełnić o różne czujniki, a zwłaszcza systemy wizyjne. Mogą one pomóc systemowi lepiej dostosować się do różnic między częściami lub skompensować ograniczenia w spójności pozycjonowania oprzyrządowania.
Niektóre wstępnie skonfigurowane systemy mogą obejmować systemy wizyjne i monitorowanie procesu jako standardowe opcje. Na przykład, konfiguracje spawalnicze platformy IPG LaserCell są dostępne z systemami LDD Real-Time Laser Weld Measurement do monitorowania spoin na linii produkcyjnej.
Możliwe jest jednak, że połączenie złożoności części i wymagań dotyczących tolerancji może stworzyć wymagania, które wykraczają poza to, co może pomieścić wstępnie skonfigurowany system. Powoduje to, że rozwiązanie staje się niestandardowe lub częściowo niestandardowe.
Moc lasera
Standardowe systemy laserowe są budowane z myślą o określonych zakresach mocy lasera. Jest to zwykle podyktowane optyką narzędzia, systemami bezpieczeństwa, potrzebami chłodzenia, a być może nawet wymaganiami dotyczącymi mocy.
Jednak zwiększone wymagania dotyczące szybkości procesu lub grubsze materiały mogą wymagać lasera o większej mocy.
Niektóre z tych ograniczeń nie są łatwe do modernizacji lub rozbudowy. Tak więc, jeśli aplikacja bezwzględnie wymaga wyższej mocy lasera niż ta, którą może zapewnić standardowy system, może to wymusić decyzję o zbudowaniu niestandardowego rozwiązania laserowego.
Interakcja z operatorem
Oprócz funkcjonalności systemu inną ważną kwestią jest łatwość jego programowania i obsługi. Jest to kolejny obszar, w którym wstępnie skonfigurowane i niestandardowe systemy znacznie się różnią.
Wstępnie skonfigurowane systemy są tworzone z myślą o przewidywalnej, prostej interakcji i zwykle obsługują ograniczony wybór operacji. Programowanie nowych zadań jest często uproszczone, a czasem nawet ograniczone do funkcji przeciągania i upuszczania, jak w przypadku systemu cobota do spawania laserowego.
Wszystko to zmniejsza wymagania szkoleniowe zarówno dla operatorów, jak i inżynierów procesu. Oznacza to również, że systemy mogą być zazwyczaj uruchomione w produkcji niemal natychmiast po instalacji.
Niestandardowe zrobotyzowane systemy laserowe mogą zawierać uproszczony interfejs użytkownika dla operatorów. Jednak pod nim kryje się zwykle znacznie bardziej zaawansowane środowisko oprogramowania.
Zaletą tego zaawansowania jest to, że mają one praktycznie nieograniczone możliwości. Często obejmuje to możliwość integracji z innymi systemami automatyki fabrycznej.
Oznacza to jednak również, że są one zazwyczaj bardziej złożone i trudniejsze do zaprogramowania, a ich obsługa wymaga większej wiedzy specjalistycznej. Nierzadko zdarza się, że wprowadzenie nowego systemu lub procesu online trwa dłużej, zwłaszcza gdy wiąże się to z rozległą interakcją z systemami zewnętrznymi.
Inne kwestie
Jak wspomniano wcześniej, zakup systemu laserowego nie jest tak naprawdę wyborem binarnym. W przypadku niektórych dostawców możliwe jest rozpoczęcie od wstępnie skonfigurowanego systemu i modyfikowanie go za pomocą opcji, aż stanie się on zasadniczo systemem niestandardowym. W przypadku innych, wstępnie skonfigurowane systemy są sztywne i zoptymalizowane pod kątem wąskiego zakresu zadań.
Wstępnie skonfigurowane zrobotyzowane systemy laserowe zazwyczaj kosztują mniej niż w pełni niestandardowe narzędzia i zazwyczaj mogą być dostarczane szybciej przez producenta. Co więcej, instalacja wstępnie skonfigurowanego systemu będzie prawdopodobnie wymagała mniejszej krzywej uczenia się, ponieważ producent ma już duże doświadczenie w jego stosowaniu w różnych ustawieniach produkcyjnych.
Modyfikacja standardowego systemu w celu rozszerzenia jego funkcjonalności również zwykle wiąże się z mniejszym przyrostowym wzrostem kosztów niż uzyskanie tych samych możliwości za pomocą całkowicie niestandardowego systemu. Nie jest to jednak powszechna prawda. Wstępnie skonfigurowane systemy mają ograniczenia, które mogą sprawić, że wykonanie rozległych modyfikacji będzie bardziej kosztowne niż rozpoczęcie od zera.
Istnieją również kwestie logistyczne i finansowe. Modyfikacja wstępnie skonfigurowanego systemu, który jest już używany produkcyjnie, powoduje wyłączenie tego narzędzia. Czas przestoju ma na to wpływ. Jednak koszty wprowadzenia takiej modyfikacji mogą pochodzić z wydatków operacyjnych, podczas gdy zakup nowego systemu jest zawsze wydatkiem kapitałowym.
Wreszcie, należy pamiętać, że każdy konkretny dostawca może oferować tylko ograniczoną gamę produktów. Może to zachęcać ich do wyboru rozwiązania spośród istniejących produktów lub możliwości. Niestety, produkt ten może nie oferować optymalnego dopasowania do danej aplikacji.
Rozpoczęcie pracy z systemem Laser Automation
Dzięki naszej wyjątkowej integracji pionowej IPG oferuje wszystko, od komponentów i technologii laserowych po wstępnie skonfigurowane systemy, platformy modułowe i niestandardowe linie produkcyjne. Jako partner we wszystkich kwestiach związanych z automatyką laserową, nie narzucamy konkretnego produktu lub podejścia.
Rozpoczęcie pracy jest proste - wyślij nam kilka przykładowych części, odwiedź jedno z naszych globalnych laboratoriów aplikacji lub po prostu opowiedz nam o swojej aplikacji.
