Роботи при производството на пластмаси

АвтоматизацияСп. Инженеринг ревю - брой 9/2019 • 09.01.2020

Индустриалните роботи от десетилетия са част от производственото оборудване в редица предприятия от полимерната промишленост. Последните технологични достижения в роботиката в контекста на четвъртата индустриална революция правят роботизираните системи практически незаменими във все по-широк набор от приложения, свързани с производството на пластмаси и пластмасови изделия. Сред тях са инжекционното формоване, заваряването, асемблирането, опаковането и етикетирането – дейности, при които се налагат изисквания за по-висока гъвкавост, ефективност, прецизност и надеждност на производствените решения. Така тази индустрия се превръща в един от ключовите клиентски отрасли за производителите на промишлени роботи.

Освен класическите линейни роботи, които от години се използват в производството на пластмаси и пластмасови изделия, в този бранш все по-често намират приложение и специално проектирани 6-осни роботи, които могат да извършват широк набор от операции като заваряване, манипулиране и други типове обработка на различни полимерни изделия.

 

Предимства

Внедряването на индустриални роботи в производството на пластмаси носи множество ползи за промишлените предприятия, сред които по-висока продуктивност (средно с 15 до 30%), подобрена гъвкавост, ресурсна и енергийна ефективност. В много приложения от ключово значение са точността и прецизността на работа, тъй като те имат пряко значение за качеството на крайния продукт. Ето защо в такива производства инвестицията в роботизирано оборудване е добре икономически обоснована и бързо се изплаща предвид многократното увеличение на точността и устойчивото високо качество, които могат да бъдат постигнати.

Ползите по отношение на ефективността се осъществяват по няколко направления. От една страна, роботите могат да работят непрекъснато, почти или изцяло автономно (без надзор от страна на оператор), което увеличава общия брой работни часове и количеството произведена продукция за единица време. От друга страна, при роботизираните системи е елиминиран рискът от човешка грешка, което намалява загубите и бракуваните партиди. Не е за подценяване и огромното предимство по отношение на скоростта, което демонстрират индустриалните работи в сравнение с човешкия труд. С тяхна помощ значително се скъсяват производствените цикли и периодът на достигане на продуктите до пазара. Важни са и възможностите за намаляване загубите на суровини, особено при работа със скъпи материали като въглеродни композити.

Сред най-важните документирани ползи от интегрирането на роботи в технологичните линии на предприятията от полимерната промишленост е подобрената гъвкавост. Шарнирните роботи могат да манипулират, да извършват монтажни дейности и свободно да се движат и завъртат в множество посоки и равнини, което увеличава набора от операции, които подлежат на автоматизация и могат да се осъществяват на една роботизирана станция.

Друго ключово предимство при внедряването на роботи в производството на пластмаси е значително подобрената безопасност на персонала. Замествайки служителите в изпълнението на тежки, опасни и повторяеми задачи, индустриалните роботи им спестяват множество здравословни рискове. Така не само намаляват общите оперативни разходи на предприятието вследствие на повишената производителност, скорост и ефективност, но се редуцират и разноските за здравни грижи на трудещите се в производството.

 

Приложения

Роботизираните системи намират приложения във всички етапи и разновидности на производствените операции в полимерната индустрия. В зависимост от особеностите на задачата се използват компактни настолни или мобилни роботи, колаборативни модели, както и големи индустриални конфигурации с висока мощност и товароносимост. Те се интегрират в производството в комбинация с комплексни системи за визуална инспекция и мониторинг, както и за управление на оборудването в реално време.

Сред водещите приложения на роботи в отрасъла е леенето на пластмаси под налягане, където високата степен на автоматизация осигурява значителни подобрения в качеството, скоростта, ефективността и устойчивостта на работата. Конкретни операции, които все по-масово подлежат на роботизиране, са: зареждане и разтоварване на пластмасови детайли от различни производствени и обработващи машини и станции, рязане, обрязване и отстраняване на леяци, вторични манипулации като поставяне на фиксиращи приспособления и захващане на вложки, проверки на качеството и т. н. Все по-популярни стават роботите и при асемблирането, последващата обработка, инспекцията, опаковането и палетизирането на пластмасови изделия поради множеството ползи, които осигуряват в сравнение с ръчното изпълнение на тези манипулации.

Сервороботите са често използвано решение във формоването на пластмаси, например в автомобилната индустрия. Те притежават потенциал значително да повишат ефективността и безопасността на процесите, изпълнявайки рискови и повторяеми задачи като разтоварване на готови изделия от преси за леене на пластмаси под налягане. Големите 4-осни роботи се считат за изгодна инвестиция при избор на система за автоматизирано обслужване на машини за инжекционно формоване, тъй като типично могат да се справят с широк набор от изделия и работни параметри. Това позволява гъвкаво използване на оборудването за дълги периоди от време без нужда от преконфигуриране или подмяна/ретрофит на роботизираната система. С богатия си асортимент от функции обслужващите роботи заместват напълно служителите, като елиминират необходимостта от ръчното извършване на необходимите действия и придвижването на оператор между отделните работни станции.

Сред водещите приложения на роботизирани системи в производството на полимерни изделия са т. нар. pick-and-place операции, както и позиционирането на печатни платки на линии за повърхностен монтаж на електронни компоненти и последващото им снемане от конвейера. Основно предизвикателство пред индустриалните роботи в този отрасъл е да са способни да работят в широк диапазон от температури, тъй като производството и обработката на различните полимерни материали често изисква различни температури на загряване и охлаждане, като в някои приложения се налага устойчивост на изключително високи температурни диапазони.

Роботизацията позволява автоматизиране на множество дейности в пластмасовата индустрия, включително и организирането им в напълно автономен режим ( т. нар. “lights-out” производство – без нужда от човешка намеса). Сред множеството ползи от подобна организация на работата е елиминирането на необходимостта от излагане на персонала на вредните газове, отделяни при производството на пластмаси и полимерни изделия. Рискове крие и ръчното боравене с горещи детайли и матрици, остри предмети и други опасни обекти. Колаборативните роботизирани рамена са идеално решение за автоматизирано изпълнение на избрани задачи с цел снижаване до минимум на рисковете за здравето на персонала.

В заводите за производство на пластмасови продукти често се налага преконфигуриране на технологичното оборудване или процеси при разширение или изменение на производствената програма. Внедряването на индустриални роботи позволява висока гъвкавост при промяна на работните параметри и методологии чрез просто препрограмиране, което елиминира нуждата от обучения и преквалификация на персонала. Колаборативните роботи са леки и компактни и бързо се внедряват в производството, като в допълнение могат да бъдат лесно премествани на други работни станции в цеха. Така практически всяка задача, свързана с производството на пластмаси и пластмасови изделия, може да бъде безпроблемно автоматизирана. На подобен тип модернизация подлежат дори производствени програми с малки или единични партиди, както и такива с чести промени на технологичните параметри.

 

Роботи при леенето под налягане

Леенето под налягане е утвърден метод за изработване на пластмасови изделия в големи обеми. Това е популярна производствена технология в едромащабни производства, в които се произвеждат хиляди идентични продукти в повторяеми цикли. Подобни предприятия са отличен кандидат за роботизация, като най-типичната дейност, която подлежи на автоматизиране, е обслужването на машините за инжекционно формоване. Оборудвани с пневматични или вакуумни хващачи, индустриалните роботи могат внимателно да боравят и с най-сложните обекти, включително и с още топли прясно формовани изделия без риск от изгаряне.

Сред интересните приложения на роботите в пластмасовата индустрия е интегрирането на метални вложки (например щифтове, остриета или резбовани елементи) и функционални компоненти от други материали в лети изделия. Тези обекти могат да бъдат поставени прецизно и безопасно от робота преди същинското леене под налягане, по време на процеса или след края му. Сходни са възможностите на роботизираните системи и при т. нар. повторно формоване, при което два (или повече) вече отлети компонента се съединяват, за да се получи едно цяло изделие. Този процес може да бъде автоматизиран в различна степен с цел повишаване скоростта, точността и ефективността на работа. Роботите улесняват вземането на изделия от една работна станция и поставянето им на подходящото място в друга, максимално ускорявайки и улеснявайки процеса, а крайният продукт се отличава с устойчиво високо качество и надеждност.

Етикетирането и декорирането на пластмасови изделия по време на етапа на инжекционно формоване също е популярна област на приложение на роботизираните системи в тази индустрия. Роботите могат да поставят предварително принтирани етикети или декоративен филм директно в отворената матрица за шприцване (технология, позната в англоезичните източници като in-mould labeling, IML). Така тези допълнителни елементи трайно се запечатват в изделието и стават интегрална част от крайния продукт. В зависимост от конкретните изисквания на приложението се използват различни хващачи със специален дизайн, който позволява максимално прецизно позициониране на желаните компоненти в матрицата.

Сред ключовите ползи от въвеждането на роботи в експлоатация в технологичните линии за шприцване на пластмасови изделия са отличните възможности за рециклиране на отпадъчните материали, например обрезките и леяците при инжекционно формоване на термопластични полимери. Ненужните парчета втвърдена пластмаса от каналите на матриците и другите зони на машината се събират с помощта на pick-and-place роботи, които бързо ги поставят в гранулатор за рециклиране и освобождават работната зона за следващия работен цикъл. Поради фиксираните зони, от които се събират отпадъчните материали, роботът може да бъде предварително позициониран още преди отваряне на матрицата с цел икономия на време.

 

Технологично развитие в сегмента

Множеството ползи от внедряване на роботизирани системи в процеса на леене на пластмаси под налягане мотивират все повече предприятия в глобален мащаб да инвестират в подобна модернизация. Актуални данни от Европейската организация на производителите на оборудване за полимерната индустрия Euromap показват, че делът на машините за инжекционно формоване с вградено роботизирано обслужване е нараснал от 18% от общия брой продадени машини през 2010 г. до почти една трета (32%) от сегмента през 2018 г. През същата година организацията въвежда и първия дигитален Industry 4.0-базиран стандарт, което създава допълнителен потенциал за разширяване приложенията на роботизираните системи в Европейската полимерна индустрия.

Сред двигателите на тази технологична еволюция са изискванията за повишена гъвкавост и производителност, а иновативни решения като 6-осните роботи намират все по-широка употреба в прецизното формоване на пластмасови изделия. Декартовите роботи също са сред често интегрираните в производството системи поради нарастващата достъпност на цените им и улесненото програмиране. Така изборът на конфигурации за производителите на пластмаси и полимерни изделия неимоверно се разширява, а сложността на приложението определя и типа на подходящата система. При автоматизацията на еднотипни прости и повторяеми задачи конвенционалните триосни роботи са напълно достатъчни. 5- и 6-осните модели са приложими в комплексни производствени и обработващи програми, при които се извършват множество манипулации на една и съща роботизирана станция. Роботите са незаменими и във взискателни приложения като боравене с миниатюрни и прецизни електронни или медицински компоненти. В някои приложения роботите могат да преместват малки обекти по-бързо, отколкото ако те бъдат оставени да падат свободно в контейнер под въздействието на гравитацията.

 

Иновации

Сред иновативните решения, които се внедряват в пластмасовата промишленост, са комбинираните роботи за принтиране и поставяне на етикети върху или във различни пластмасови изделия. Роботизираните системи за интегриране на текстилни елементи в лети пластмасови компоненти за автомобили (най-често интериорни детайли) също са сред популярните иновации в бранша.

Роботите, предназначени за извършване на спомагателни операции по време на шприцването на пластмасови продукти, са популярни като “in-mould” (IM) роботи. Те представляват все по-голям дял в сегмента роботизирани системи за полимерната индустрия, а функционалността им непрекъснато се разширява. На пазара се предлагат високотехнологични модели с вградени платформи за визуална инспекция, които могат да осъществяват прецизен мониторинг на качеството и да се грижат за проследимостта на продуктите. В много производства се използват и цялостни роботизирани клетки, които се управляват посредством централна компютърна система, оборудвани с машинно зрение, станция за лазерно маркиране и други технологии.

Роботизирани клетки в автомобилната индустрия се използват например за производството на високотехнологични врати със сензорни функции за управление. По време на изработката на корпуса на панела за управление 6-осен робот със специален хващач внимателно поставя защитно фолио върху устройството, за да може то да бъде вградено във вратата при следващия етап на инжекционно формоване. Всички данни от процесите, които протичат в клетката, се събират посредством сензори и се изпращат към цялостната MES система за управление на производството. Други елементи на клетката включват станция за обрязване на излишния материал, станция за нанасяне на UV защитно покритие, станция за полиране, както и станция за визуална инспекция, като всички тези етапи на производството могат да бъдат роботизирани.

Роботите са ключово допълнение към технологичното оборудване и в специфични приложения с високи хигиенни изисквания като производството на медицински изделия и компоненти, което обикновено се извършва в чисти стаи. След първоначалното въвеждане на робота в експлоатация и последващо филтриране на атмосферата в работната клетка производството може да тече в непрекъснат режим с нулев риск от замърсяване, тъй като на автоматизираната система не й се налага да напуска помещението за разлика от хората служители.

 

Роботи в последващата обработка

Важна роля имат роботите в последващата обработка на формованите пластмасови изделия, тъй като осигуряват еднакво високо, устойчиво качество. Роботизираните станции за обрязване, полиране и друга финишна обработка на полимерни детайли и компоненти се характеризират с висока повторяемост, прецизност и производителност. При нанасянето на лепило, други адхезиви и защитни покрития върху пластмасови компоненти роботите депозират винаги едно и също прецизно измерено количество от материала на точното място, без отклонения. Така се намаляват загубите на материал и бракуваните изделия, а циклите на изработка значително се скъсяват, което води до цялостна оптимизация на разходите. Роботизираните системи са изключително полезни и при автоматизирането на операции като инспекция, функционални тестове и горещо щамповане, а в зависимост от изискванията използваните конфигурации разполагат и със съответната платформа за машинно зрение.

Сред най-важните приложения на индустриални роботи в последващата обработка на формовани полимерни изделия е асемблирането на пластмасови компоненти. Освен стандартни монтажни дейности, роботите могат да извършват и комплексно заваряване посредством лазерни, ултразвукови и инфрачервени системи, като многократно надминават ръчното заваряване по бързина, прецизност и производителност.

На базата на роботизирани системи могат да бъдат изграждани цялостни технологични линии за производство на завършени пластмасови продукти, включващи етапи на инжекционно или друг тип формоване, обрязване, рециклиране, полиране, монтаж и асемблиране, нанасяне на покрития, тест и инспекция, опаковане, етикетиране и т. н. Освобождаването на служителите от тежките, повторяеми и опасни операции позволява пренасочването им към по-стратегически дейности в производството, а спестените средства от цялостната оптимизация на ефективността и производителността могат да бъдат вложени в допълнително повишаване на степента на автоматизация в предприятието.

 

Top