Roboty na obráběcím stroji.

Transkript

1 Roboty na obráběcím stroji. Maximální produktivita díky inteligentní automatizaci s roboty. KUKA White Paper Verze 1.0

2 Abstract Hospodárnější, rychlejší a bezpečnější výroba s automatizovanými obráběcími stroji. Výroba musí splňovat stále kratší termíny dodávek, stále vyšší požadavky na kvalitu a přesnost. Současně stoupá pravděpodobnost, že při výrobě součástí dojde k chybě. Menší série zvyšují náklady při přestavbě strojů. A jednotlivé mzdové náklady stoupají. Jak je možno na základě této situace přizpůsobit výrobu tak, aby byla výkonná a hospodárná? Outsourcing do zemí s nižší hladinou mzdy naráží na své hranice, neboť podniky potřebují krátké řetězce dodávky, vlastní odborný personál s vysokou loajalitou a krátké trasy při kontrole kvality. Mnoho obráběcích podniků by bylo s pomocí robotů schopno značně větší konkurence. Oproti tomu ukazují průzkumy: U 20 procent všech obráběcích strojů by automatizace s roboty značně zvýšila hospodárnost a výkonnost výroby. Avšak je z těchto 20 procent doposud automatizovaný jen zlomek. Avšak i nadále existují předsudky vůči robotům, které jsou díky technickému vývoji dávno zastaralé. Roboty jsou dnes hospodárnější, bezpečnější a jednodušší, než je v odvětví známo. Amortizují se při výrobě nástrojů a ve strojírenství v průměru během necelých dvou let. Již po několik let se roboty používají v přímém kontaktu s člověkem v oblastech s vysokými bezpečnostními požadavky jako např. lékařská technika. A lze je v současnosti již jednoduše programovat a obsluhovat. Díky posílení výroby roboty jsou pracovní místa hospodárnější a tím i jistější. Quick-Check. Obráběcí podniky, jakož i uživatelé obráběcích strojů si kladou otázku: Vyplatí se použití robotů v mém konkrétním případě? Rozhodující jsou hlediska jako nároky na kvalitu, produktivitu, mzdové náklady, rychlost dodávky a zajištění existence podniku. První odpověď lze pomocí Quick-Check rychle zjistit. KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 01

3 Obsah Abstract Hospodárnější, rychlejší a bezpečnější výroba s automatizovanými obráběcími stroji. S Automatizace s roboty Roboty se staly ještě rentabilnějšími, výkonnějšími a jednoduššími. S Roboty dnes Roboty lze obsluhovat hospodárně, bezpečně a jednoduše. S Roboty zajišťují pracovní místa Zvyšují produktivitu zajišťují pracovní místa. S Case: Výroba součástí KR QUANTEC bez lidské pomoci O 10% vyšší produktivita díky nakládání roboty S Quick-Check Je Vaše produkce připravena pro použití robotů? S KUKA Roboter GmbH Celosvětově jeden z vedoucích prodejců průmyslových robotů. S 12 KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 02

4 01 Automatizace s roboty Rostoucí požadavky na kvalitu, kratší dodací lhůty, klesající ceny, rostoucí konkurenční tlak: To jsou výzvy, se kterými jsou výrobci nástrojů a strojů konfrontováni. Existuje společné řešení? Často by se jevila jako správná odpověď automatizace s roboty: Roboty pracují velmi přesně. Dokonce i u složitých a těžkých montážních dílů nedochází téměř k žádnému zmetkovému zboží. Jsou nepřetržitě v provozu. Přitom je jejich výkonnost po 24 hodinách stejně vysoká jako v první minutě. Směny téměř bez lidské pomoci a plně automatické směny zlepšují vytížení strojů a snižují mzdové náklady. Proto je potenciál robotů tak enormně vysoký. Ještě se v tomto odvětví užívá příliš málo. Ale pomalu se to začíná měnit. Nové velké výzvy pro uživatele obráběcích strojů Stoupající požadavky na kvalitu obráběných součástí Rostoucí význam kvality versus cena Rostoucí komplexnost obráběných součástí Rostoucí význam dodržování termínů versus cena Stoupající tlak konkurence z vnitrozemí Klesající ceny pro stejné výkony Rostoucí význam pokračujících prací (jako montáž) Rostoucí požadavky na stále kratší dodací lhůty Klesající objem zakázek / práce pro třískové obrábění 92% 60% 85% 58% 43% 65% 56% 88% 18% Studie odvětví 2011: Budoucnost třískového obrábění v Německu. (účastník ankety: 90) Roboty se staly ještě rentabilnějšími, výkonnějšími a jednoduššími. Nezávislé průzkumy ukazují: Často zůstanou nevyužity zlepšovací potenciály. Neboť 20 procent všech obráběcích strojů lze lépe provozovat ve spojení s roboty. Přesto je míra automatizace jen u 1,5 procent. 1 Odkud plyne tolik zdrženlivosti? Nadoborově se setkávají roboty ještě stále s výhradami, které jsou však díky vývoji dávno zastaralé. 1 IFR. World Robotics Report 2012 KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 03

5 Nejčastější vznešené námitky proti robotům u obráběcího stroje: Příliš drahé skutečně se však amortizují investiční náklady na roboty během dvou let. Příliš nebezpečné ve skutečnosti jsou však roboty již po dlouhá léta úspěšně využívány také v oblastech s vysokými bezpečnostními požadavky. Příliš komplikované ve skutečnosti lze však roboty velmi komfortně programovat a obsluhovat. Následující stránky nabízí aktuální informace k hospodárnosti, bezpečnosti a komfortu. Kromě toho budou analyzovány účinky amortizace na pracovní místa. 02 Roboty dnes Roboty jsou hospodárné Doba amortizace je nízká, produktivita vysoká. Konstantně vysoká výkonnost zaručuje hospodárnost robotů: Člověk sice pracuje nadále rychleji a přesněji než robot ale jen během prvních 20 minut. Poté jeho pozornost klesá. Robot oproti tomu pracuje 24 hodin v té stejné vysoké kvalitě, a navíc bez přestávek. Bez robotů dosáhnou obráběcí stroje výkonu 70 procent, s roboty téměř 100 procent. Roboty nepotřebují žádnou přestávku. Roboty nikdy člověka nenahradí. Ale tím že vyrovnávají jeho slabé stránky, zabezpečují hospodárnost a výrobu a tím také pracovní místa. Přesunutí výroby do zemí s nízkými platy již nepřichází s roboty v úvahu, neboť automatizace s roboty je značně efektivnější, hospodárnější a bezpečnější. Produktivní doba za přítomnosti 2 Pracovní hodiny za rok 99,995 % 63 % - 84 % 0,005 % Absence 3 Vytížení obráběcího stroje ,3 % 100% % Robot Osoba 2 GEO/podnik roku 2010 (produktivita německé obsluhy během dob obsluhy) 3 DAK zpráva o zdraví 2011 (průměrná absence kvůli onemocnění) 4 Vyhodnocení velkého německého výrobce automobilů několika stovek robotů (robot chybí každých hodin, a průměrně také jen na dvě hodiny) KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 04

6 Díky robotické buňce se mohou investiční náklady na jeden obráběcí stroj zdvojnásobit. Co je důležité, je doba amortizace. A ta je často kratší než dva roky také u rozsáhlého spektra dílů. Jaký výkon podávají roboty dnes. Roboty vkládají rychle a přesně surové díly do obráběcího stroje a odebírají poté obrobené hotové díly. Co dělají, když stroj zrovna provádí obrábění? Čím delší jsou tyto intervaly, tím důležitější jsou dodatečné činnosti jako: Odstraňování otřepů Nakládání a vykládání Výměna nástrojů Popisování čištění Třídění Roboty jsou bezpečné naleznou své uplatnění v oblastech s vysokými bezpečnostními požadavky. Obavy z bezpečnosti nasazení robotů již před lety téměř vymizely. V mnoha oblastech s vysokými bezpečnostními požadavky už byla tato skutečnost dávno rozpoznána. Takto se používají roboty KUKA dnes zcela samozřejmě užívány pro přepravu pacientů do operačního sálu. A KUKA Robocoaster je první robot připuštěný pro přepravu cestujících s certifikací TÜV podle EN (DIN 4112). Jeho komponenty struktury a převodovka jsou 100 procentně certifikovány. Bezpečnostní funkce v průmyslu. Pro průmyslové použití robotů byly vytvořeny vlastní bezpečnostní funkce. Takto zabezpečuje KUKA.SafeOperation omezení a kontrolu pracovních a ochranných funkcí. A bezpečné zastavení provozu umožňuje bezpečnou a bezproblémovou spolupráci člověka a stroje. Kontrolované ochranné zóny pomocí KUKA.SafeOperation Zkoušeno dle ISO (Performance-Level d Kategorie 3) KUKA.SafeOperation zajišťuje pracovní a ochranné zóny pro bezpečné nasazení robotů. Sada softwaru a hardwaru podporuje bezpečnou kooperaci člověka a stroje. Díky kontrolním funkcím není na robotu zapotřebí žádné mechanické kontroly rozsahu os. Všechny funkce lze pohodlně konfigurovat. Prostorová a prostorově nezávislá kontrola rychlosti a zrychlení Hlášení aktuální polohy robotů Konfigurace buněk Zařízení kontrolních zón, ochranných plotů a signálních výstupů Redukovaná prostorová náročnost Bezpečné zastavení provozu KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 05

7 Roboty jsou jednoduché. Při jejím projektování, programování a řízení se lze vyhnout nepotřebné náročnosti. Jak docílíte řešení, které lze jednoduše projektovat, programovat a řídit, Vám ukážeme na základě následujících čtyř možností. Jak lehce se lze naučit programovací jazyk robotů? Každý výrobce programuje své roboty ve vlastním jazyce. Platí tato zásada: Čím snadněji se lze tento jazyk naučit, tím nižší jsou pro zákazníka náklady na školení. Programovací jazyk pro roboty KUKA KUKA Robot Language KRL se lze naučit během několika málo dnů. Za tímto účelem je k dispozici po celém světě 30 školicích středisek. Alternativně nabízí KUKA řešení, při kterých není více zapotřebí žádných znalostí specifického jazyka. Jak dalece pokročila integrace robotů a strojů? KUKA a Siemens nabízí jednotné obslužné plochy pro roboty a obráběcí stroje. Přitom dovoluje povrch CNC volné přepínání mezi ovládáním robota a stroje. Takto lze celkové zařízení kompletně obsluhovat přes obslužnou plochu obráběcího stroje, ve stejném jazyce pro stroj a robota. Obě komponenty se stále více propojují v jedno provozní centrum. Obsluha robotů a obráběcích strojů je dnes komfortní a je možná pomocí jednotné obslužné plochy v jednom koncovém přístroji. Jeden svět pro integrátora a konečného uživatele: Pomocí mxautomation lze obráběcí stroje a roboty programovat a obsluhovat pomocí stejných nástrojů Softwaretool. Sled pohybů robotů lze kompletně programovat v řízení Sinumerik; projektování následuje v Siemens-S7-Welt. Speciální znalosti o programování a obsluze robotů nejsou nadále zapotřebí. Rozdíl mezi řízením stroje a robota není v pozadí pro obsluhu téměř k rozpoznání Pro zákazníky s know-how v oblasti projektování a programování PLC řízení. Pro projektování postačí základní znalosti o robotové technice. Paleta modulů pro plánování pohybů robotů a procesů včetně ovládání komponent jako úchopné zařízení a ochranné dveře. Komfortní obsluha pomocí ovládacího panelu Siemens 840D sl. KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 06

8 Jak konzistentní je vývojářské prostředí? Náklady na programování robotické buňky lze značně redukovat vývojářským prostředím s konzistentní databází a jednotným vedením uživatele po celkový životní cyklus softwaru. Jedním takovým okolím je KUKA.WorkVisual. 3D-půdorys buněk a 3D programování Komfortní obsluha jako Copy & Paste nebo Drag & Drop Logická zkouška Porovnání světů online a offline Jak výkonný a příjemný pro uživatele je software? Volba software má značný vliv na to, jak jednoduché nebo komplikované je programování a řízení robotů a obráběcích strojů. Dosud nabízí KUKA jen sady software, které umožňují integrované programování a řízení robotů a obráběcích strojů: KUKA.CNC a mxautomation. Spolu s KUKA.CNC a mxautomation nejsou zapotřebí znalosti specifického jazyka robotů. KUKA.CNC zahrnuje CNC-programy pro řízení robotů. Robot se programuje přímo přes CAD/CAM-řetězec. Roboty lze kompletně programovat v G-kódu. Programy lze přímo vytvořit a modifikovat na řízení v ISO kódu. Vedle nakládání a vykládání lze naprogramovat úlohy jako odstraňování otřepů, vrtání a frézování. Obsluha robotů se provádí pomocí masek, se kterými se CNC-obsluha stroje ihned obeznámí. Jednoduché přepínání mezi řízením robota a CNC-obráběním. 03 Roboty zajišťují pracovní místa Zvyšují produktivitu zajišťují pracovní místa. Ohrožují roboty pracovní místa? Na první pohled to vypadá takto. Ve skutečnosti odebírají roboty člověku hodně práce. Ale při detailnějším pohledu je zřejmé: Tím, že roboty zvyšují hospodárnost výroby, přispívají velkým podílem k zabezpečení pracovních míst. Roboty poskytují odlehčení od monotónních, náročných a špinavých činností. Roboty přebírají práci, kterou by museli jinak vykonávat lidé. Často se jedná o činnosti, pro které často nemůže zaměstnavatel naleznou zaměstnance. Neboť nikdo rád nevykonává monotónní, tělesně náročnou, zatěžující nebo špinavou práci. KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 07

9 Díky nasazení robotů se stávají výrobní stanoviště s vysokou úrovní mezd konkurenceschopnými. Ano, roboty ohrožují pracovní místa ale jen tehdy, když by zaměstnavatelé byli nuceni přemístit výrobu do levnějších zemí, pokud nepoužijí roboty. Mnoho zakázek lze hospodárně vykonat jen při nízkých mzdových nákladech. Pak zbývají jen tři možnosti: zaprvé, zakázky nepřijímat. Zaměstnanci by tím nic nezískali zůstali by bez práce. Za druhé, výrobu přeložit do země s nižšími náklady na mzdu. I zde by zaměstnanci ve kmenovém podniku práci ztratili. Za třetí, zakázky realizovat ve spojení robota a člověka. Takto vytvoří podnik zisk, a pracovní místa v kmenovém podniku zůstanou zachována. Proč není přesun výroby tou hospodárnější alternativou? K přemístění výroby do zahraničí, aby se uspořilo na mzdách, není jen z hlediska zaměstnance, ale i z hlediska zákazníka povážlivým rozhodnutím. Také pro podniky to představuje enormní nevýhody: Dlouhé logistické řetězce vedou k problémům s dodávkou. Kvalitu lze jen těžce nebo velmi draze kontrolovat a vždy jsou zapotřebí časově náročné a nákladné cesty. Dodatečně je loajalita zaměstnanců v dalekých zemích nejistá a je vysoké riziko průmyslové špionáže. Nakonec z toho často v yplyne, že náklady na přemístění výroby efekt úspory zcela pohltí. Alternativou k přeložení do zahraničí, propouštění zaměstnanců a uzavíraní poboček. Robot chrání pracovní místa tak, kde většina obráběcích podniků a provozovatelé obráběcích strojů své zaměstnance nejraději vidí v blízkém kmenovém podniku. Také v automatizačních centrech jsou zapotřebí lidé. Jejich činnost se však změní: Je zajímavější a lukrativnější. Ve spojení s roboty mohou zaměstnanci vyřídit značně více zakázek. A zakázek je dostatek: Po celém světě objem práce narůstá. Mnoho z nich je však nerentabilní - pokud je nepřevezmou roboty. Robot je provede v noci bez lidské pomoci. Příští den mohou zaměstnanci hotové výrobky zabalit a rozeslat. Pak zbývá hodně času ke kvalifikaci v oboru obsluhy robotů. To je jistě zajímavější než den co den 320 krát přepínat jednu a tu samou páku. Hospodárný Insourcing díky automatizaci Přednosti pro společnost Krátké logistické řetězce Výroba v blízkosti zákazníka Menší cestovní náklady Kontroly kvality lze provádět jednodušeji, výhodněji a bezpečněji Vysoká loajalita a produktivita zaměstnanců Výhody pro zaměstnance Odstranění monotónní náročné a špinavé práce Rozšíření kvalifikace Bezpečnost pracovního místa KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 08

10 04 Case: Výroba součástí KR QUANTEC bez lidské pomoci KUKA automatizoval výrobu součástí pro roboty kompaktní série KR QUANTEC. Produktivita stoupla o deset procent, investice se amortizuje během 2,6 let nebo značně dříve. Při výrobě průmyslových robotů aplikuje sama společnost KUKA roboty. Takto se v roce 2012 v Augsburgu uvedlo do provozu provozní centrum Burkhardt & Weber pro obráběcí výrobu. Zde se zpracovávají komponenty série robotů KR QUANTEC. Robot zpracovává střídavě kyvné rameno a kolotoč ve dvou variantách kompaktní série KUKA KR QUANTEC. Nakládá a vykládá obráběcí stroj součástmi dlouhými až 1,5 metru. Během vedlejších časů přebírá následné činnosti. Obráběcí stroj. MCX 900 společnosti Burkhardt & Weber Fertigungssysteme GmbH (Reutlingen) vybaven dvojitým výměníkem palet. Jedna paleta je vybavena upínacími zařízeními pro kyvné rameno, druhá paleta je vybavena příslušným zařízením pro kolotoč. Robot. KUKA Roboter KR 500 L480-3MT. Díky svému velkému pracovnímu prostoru a prodloužení ramene dosáhne robot bez problémů zásobníky materiálu a stanoviště úchopného zařízení. Řízení robota. Robot je nastaven, naprogramován a řízen pomocí software KUKA.CNC. Takto lze pohyby robotů kompletně programovat v G kódu. Překlad programů stroje od jazyka robotů není zapotřebí. Obsluha řídí robota na té samé ovládací ploše, která je již známa z obsluhy obráběcích strojů. KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 09

11 Oba přívody materiálu jsou konstruovány jako sklopné stoly a pojmou najednou osm dílů. Systém výměny nástrojů WWR1200 firmy sommer-automatic (Ettlingen) je vybavena dvěma chapači a jedním obráběcím vřetenem ze sady KUKA.Milling. Robot nakládá a přebírá pět následných činností s možností dalších. Zatímco se obrábí obrobek ve stroji, vyjede druhá paleta kompletně ze stroje a lze na ní naložit nový obrobek. Robot je vybaven během nakládání a vykládání úchopovým zařízením. Pro obráběcí modus vymění robot úchopové zařízení za obráběcí vřeteno. Takto vyjme ze zásobníku nástrojů požadovaný nástroj. K dispozici je pět různých kartáčů a nástrojů k odstraňování otřepů. V nástrojové stanici je místo pro dalších pět nástrojů a tím pro dodatečné úlohy. Tělesná námaha u přesného vyrovnání obrobku odpadá. Ročně se zpracuje o 300 komponent více než dříve. 01 >> 02 << 03 >> 04 << Provoz probíhá téměř bez lidské pomoci, noční směny jsou kompletně automatizované. Drahé upínací prostředky se již nemohou při nakládání a vykládání jeřábem poškodit. Upnutí za dvě minuty místo až za 15 minut. Dříve musela obsluha těžké konstrukční díly za pomoci jeřábu náročně nakládat na upínací stůl a přímo umístit do přípravku. Dnes položí díly na jednoduše uspořádaná uchopení přísunu materiálu na robotu. Takto se značně snižuje časová náročnost pro upínání obrobku: Na činnosti, pro které obsluha potřebuje až 15 minut, potřebuje robot jen dvě minuty. Investice se amortizuje během 2,6 let. Nebo také značně rychleji. Neboť je v plánu vedlejší časy ještě silněji využívat, tím že se další úlohy přenesou na robota. Příkladem toho jsou otvory na kyvném rameni a na kolotoči. Tímto způsobem bude robot ještě hospodárnější. KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 10

12 05 Quick-Check: Je Vaše produkce připravena pro použití robotů? Stupeň automatizace nástrojů bude narůstat. Ještě není v této branži až tak dobře známo, jak rychle se amortizují investiční náklady za roboty ve výrobě nástrojů a strojírenství, jak spolehlivě roboty pracují a jak jednoduše je lze programovat a řídit. Kdekoliv se představí přednosti automatizace, je ohlas pozitivní. Rozhodující kritéria. U 20 procent všech obráběcích strojů by byla automatizace s roboty předností. Patří k tomu také stroje ve vašem obráběcím provozu? Následující kritéria k tomu nabízí první vodítka. Jste vystaveny tlaku zvýšit svou produktivitu? Očekávají vaší zákazníci vysokou kvalitu a přesnost obrábění? Jsou vaše obráběné součásti velmi složité? Je pro váš podnik důležité zkrácení dodací lhůty? Považujete jednotlivé mzdové náklady za příliš vysoké? Chcete zprostit personál obsluhy nepříjemných činností? Chcete zvýšit dobu chodu vřetena? Je váš podíl zmetků dosti vysoký? Chcete zvýšit bezchybnou manipulaci dílů nástrojů a počet zmetkových dílů? Chcete zavést dodatečné směny bez dodatečných nákladů na personál? Jsou vaše intervaly mezi jednotlivými pracovními kroky příliš velké/drahé? Chcete vytvořit atraktivnější pracovní místa? správný zčásti správný ne správný Zaškrtli jste u poloviny těchto dotazů vhodné nebo částečně vhodné? Pak se doporučuje, vzít náklady a využití automatizace roboty podrobněji pod lupu také u malých sériích. Na co je třeba ve vaší konkrétní situaci dbát, vám vysvětlí odborník firmy KUKA na osobní konzultaci. KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 11

13 06 KUKA Roboter GmbH Robotové systémy pro obráběcí podniky a uživatele obráběcích strojů. KUKA nabízí všechny důležité komponenty k automatizaci obráběcích strojů z jedné ruky, od robotů a řízení až po funkční a technologické sady. KUKA Roboter & Controller Consulting & Engineering KUKA College Technical Support KUKA Refurbishment Společnost KUKA Roboter GmbH se sídlem v Augsburgu je podnikem akciové společnosti KUKA a patří k předním světovým dodavatelům průmyslových robotů. Její klíčová kompetence spočívá ve vývoji, výrobě a prodeji průmyslových robotů, řídicích systémů a softwaru. Společnost má vedoucí postavení v Německu a v Evropě, na světě je na druhém místě. Společnost KUKA Roboter GmbH zaměstnává celosvětově asi zaměstnanců. V roce 2013 byl vytvořen zisk 754,1 mil. Euro. Společnost je spolu s 26 pobočkami zastoupena na nejdůležitějších trzích v Evropě, Americe a Asii. Autor Andreas Schuhbauer Key Technology Management WZM KUKA Roboter GmbH Hery Park Gersthofen Phone: Mobile: AndreasSchuhbauer@kuka-roboter.de Kontakt KUKA Roboter CEE GmbH, organizační složka Sezemická 2757/ Praha 9 Horní Počernice Česká republika Tel.: Fax: sales@kuka.cz KUKA White Paper Automation of Machine Tools S 12