Automatyzacja w produkcji pieców kominkowych 4.0: Kopia cyfrowa robota spawalniczego

Zautomatyzowane spawanie surowych pieców i jednoczesne pokrycie szerokiego asortymentu produktów – to cele firmy HASE Kaminofenbau GmbH z Trewiru. Ten innowacyjny producent pieców kominkowych z południowo-zachodnich Niemiec co roku wprowadza na rynek jeden lub dwa nowe modele. Dzięki optymalnej interakcji między kopią cyfrową a robotami spawalniczymi KUKA firma HASE może teraz z łatwością sprostać rosnącemu popytowi.

Automatyzacja w trosce o przytulne wnętrze: Nowoczesne piece kominkowe są w modzie

Przytulne ciepło, trzaskające drewno, żarzący się ogień: Dla coraz większej liczby osób piec kominkowy nadaje wnętrzu przytulny charakter, dlatego nie powinno go zabraknąć w każdym salonie. To sprawia, że popyt na piece kominkowe firmy HASE z Trewiru stale rośnie. Założona w 1979 roku rodzinna firma produkuje obecnie do 15 000 pieców rocznie – a dzięki automatyzacji może to robić szybciej i wydajniej niż do tej pory. Niezwykłe przy tym jest to, że: Firma HASE produkuje 100% pieców w swoim zakładzie w Nadrenii-Palatynacie, w którym zatrudnia około 200 pracowników. Oprócz jakości „Made in Germany”, specjalista w dziedzinie pieców kominkowych koncentruje się na innowacyjnych rozwiązaniach technicznych – czy to poprzez wypuszczanie nowych modeli pieców co roku, inteligentne oprogramowanie iQ zapewniające czysty ogień, czy też automatyzację produkcji poprzez roboty, a tym samym bardziej wydajne procesy. Decydującą rolę odgrywa tutaj interfejs między fizycznymi maszynami i cyfrowymi aplikacjami.

A ponieważ coraz bardziej brakuje nam wykwalifikowanych spawaczy, dynamicznie rosnącemu popytowi mogliśmy sprostać tylko z pomocą automatyzacji naszej produkcji.

Florian Fischer, kierownik ds. rozwoju produkcji w firmie HASE

Sprostanie wysokiemu popytowi dzięki zautomatyzowanej produkcji

Rosnące zapotrzebowanie na nowoczesne i czyste piece postawiło to regionalne przedsiębiorstwo przed wieloma wyzwaniami. „Piec kominkowy ma dziesiątki spoin. Spawanie ich wszystkich ręcznie zajmuje bardzo dużo czasu” – mówi Florian Fischer, kierownik ds. rozwoju produkcji w firmie HASE. „A ponieważ coraz bardziej brakowało nam wykwalifikowanych spawaczy, a nasze zakłady produkcyjne miały już swoje lata, mogliśmy sprostać dynamicznie rozwijającemu się popytowi na rynku tylko za sprawą automatyzacji naszej produkcji.” W związku z tym, że ze względu na wysokie temperatury roboty przejęły wymagające prace spawalnicze przy surowych piecach, nasi koledzy mogli skoncentrować się na swoim rzemiośle. Dotyczy to na przykład spawania drzwi palenisk, gdzie obszar roboczy jest i tak za wąski dla robota spawalniczego.

Kopia cyfrowa jako serce instalacji spawalniczej

Cel produkcji był jasny: Wykorzystanie robotów spawalniczych do zwiększenia produktywności, zapewnienia wysokiej jakości i jednocześnie obciążenia pracowników. Ale innowacyjna firma HASE nie byłaby sobą, gdyby nie pomyślała o przyszłości. „Chcieliśmy zbudować ultranowoczesną i elastyczną instalację robotów, która byłaby w stanie produkować również przyszłe modele pieców bez konieczności ograniczania potencjału naszych projektantów lub wstrzymywania produkcji” – wyjaśnia Fischer. „Dlatego decydującą rolę odgrywa tutaj kopia cyfrowa.”

W firmie HASE Kaminofenbau w Trewirze tradycyjne rzemiosło łączy się z innowacyjną automatyzacją.

A ponieważ firma HASE od 20 lat polega na wydajności robotów KUKA, do najnowszego projektu również wybrano tego wiodącego dostawcę inteligentnych robotów. Szczególnie atrakcyjna we współpracy była nie tylko możliwość wykorzystania sprzętu KUKA, składającego się z dwóch robotów KUKA KR CYBERTECH nano ARC HW, jednostki liniowej KUKA KL250-3 i obrotnika. Lecz przede wszystkim interakcja z oprogramowaniem KUKA.Sim i Digital Twin okazała się prawdziwym przełomem dla firmy HASE. Oprogramowanie do symulacji pobudza aplikacje robota do wirtualnego życia – jeszcze przed uruchomieniem instalacji. Zaprogramowane offline sekwencje ruchów robota są wyświetlane w czasie rzeczywistym, a następnie analizowane i optymalizowane pod kątem czasów taktowania. KUKA.Sim ArcWelding AddOn umożliwia tworzenie symulacji automatycznych aplikacji spawalniczych. Można na przykład zdefiniować pozycje najazdu lub optymalne ustawienie robotów podczas procesu spawania.

Szybsze programowanie modeli pieców offline

„Najpierw przygotowujemy symulacje wszystkich sekwencji spawania i sekwencji ruchów naszych obu robotów na jednostce liniowej za pomocą oprogramowania KUKA.Sim całkowicie poza faktyczną instalacją” – mówi programista Martin Altmeier z firmy HASE. „Dzięki kopii cyfrowej możemy zaprogramować program pieca offline w ciągu zaledwie dwóch godzin. Gdybyśmy chcieli zrobić to online, musielibyśmy na dwa tygodnie wyłączyć instalację z eksploatacji. To pokazuje, że: Bez programowania offline za pomocą oprogramowania do symulacji nie moglibyśmy tak szybko i łatwo produkować i rozwijać nowych modeli.”

Dwa roboty spawalnicze KR CYBERTECH nano ARC spawają komponenty na szynie liniowej.

Dzięki KUKA.Sim można skonfrontować pomysły projektantów nowych modeli pieców z rzeczywistością już na etapie budowy prototypu. Dzięki kopii cyfrowej firma Hase może tworzyć symulacje procesów spawania jeden do jednego, a projektanci otrzymują identyczny obraz późniejszego procesu produkcyjnego. Pozwala to firmie HASE na wykorzystanie kopii cyfrowej do testowania sekwencji spawania nowych pieców i ostatecznie stworzenie na tej podstawie odpowiedniego programu spawania dla modułu robota.

Automatyzacja w połączeniu z elastycznością

Gdy program dla danego modelu pieca jest gotowy, roboty mogą od razu przystąpić do pracy. Operator maszyny umieszcza piec w instalacji za pomocą podnośnika, uruchamia program, a obrotnik podnosi wstępnie zmontowany, surowy piec, który waży od 20 do 100 kilogramów w zależności od modelu, i ustawia go w żądanej pozycji. Na szynie liniowej pracują dwa roboty spawalnicze KR CYBERTECH nano ARC – podłączone do dwóch źródeł zasilania TPS 500i Fronius – które automatycznie spawają spoiny komponentów w określonej kolejności. „Wcześniej wykorzystywaliśmy symulacje do tego, aby dowiedzieć się, kiedy który robot ma przejąć spawanie poszczególnych spoin.” – wyjaśnia programista Altmeier. „Chcieliśmy, aby nie było żadnych przestojów, spoiny były szczelne i osiągnięty został optymalny czas taktu.”

Dzięki kopii cyfrowej projektanci otrzymują identyczny obraz procesu produkcyjnego już na etapie budowy prototypu.

Ograniczenie ryzyka awarii do minimum

Kolejna korzyść: Dzięki różnym poziomom użytkowników z jasno określonymi profilami ról, takimi jak operator, firma HASE ograniczyła ryzyko awarii z powodu błędnej obsługi praktycznie do zera. Wszystkie aktualne programy są zapisywane w oprogramowaniu KUKA, więc nawet jeśli wystąpi błąd, wszystkie dane można natychmiast odzyskać. „Chcieliśmy optymalnie połączyć świat wirtualny z rzeczywistym" – mówi Bernd von der Bank, wieloletni partner systemowy KUKA z firmy Paul von der Bank GmbH, opisując swoje intencje dotyczące projektu. „Nie ma znaczenia, czy zmienię coś w instalacji, czy w symulacji, ponieważ zmiana nastąpi w obu systemach. Fakt, że świat online i świat rzeczywisty tak dobrze ze sobą współgrają, jest czymś wyjątkowym na rynku.”

Specjaliści z firmy HASE, eksperci od automatyzacji z KUKA i Paul von der Bank GmbH jako partner systemowy pracowali ramię w ramię.

Aplikacje KUKA zapewniają jednolite sterowanie wirtualne i rzeczywiste

Do czasu, aż oprogramowanie KUKA.Sim i roboty spawalnicze nie zaczęły optymalnie współpracować, firma HASE, integrator Paul von der Bank GmbH i serwis KUKA wspólnie rozwijali oprogramowanie, aby stworzyć indywidualne rozwiązanie. Decydującą rolę w uzyskaniu pomyślnego wyniku końcowego odegrała ekspertyza firmy HASE. „Wyzwanie związane ze spawaniem elektrooporowym było takie, że w świecie wirtualnym nie ma miejsca na tolerancje” – mówi von der Bank. „Natomiast w faktycznej technologii łączenia jest i to spore."

Indywidualne rozwiązanie automatyzacyjne dla firmy HASE umożliwia produkcję szerokiej gamy modeli pieców.

Modułowa architektura oprogramowania umożliwia realizację życzeń klientów

Aby upewnić się, że symulowane spoiny spawalnicze i parametry spawania będą optymalnie dopasowane do pracy układu sterowania robota i że „ilość pracy po zakończeniu programowania” będzie jak najmniejsza, wszyscy uczestnicy wspólnie zmodyfikowali oprogramowanie KUKA.Sim zgodnie z potrzebami firmy HASE – modułowa architektura oprogramowania sprawia, że jest to możliwe! Kolejna korzyść jest tak, że: Dane są w 100% jednolite, dzięki czemu wirtualny i rzeczywisty układ sterowania pracuje z dokładnie tymi samymi danymi. W ten sposób KUKA.Sim tworzy podstawę do wirtualnego uruchomienia.

Dzięki modułowej architekturze oprogramowanie udało się precyzyjnie dopasować do wymagań firmy HASE.

Zwiększona produktywność dzięki wysokiej klasy instalacji robotów

Dzięki doskonałej interakcji między kopią cyfrową a robotami firmie HASE udało się skrócić czas spawania jednego pieca z 45 minut do 15 minut. Pozytywne doświadczenia z instalacją skłoniły firmę HASE do zbudowania drugiej, dokładnie takiej samej instalacji. Znacznie zmniejsza to nakłady pracy związane z programowaniem i sterowaniem. Obie nowe instalacje zastępują pięć starszych – ogromny zysk dla produkcji!

Precyzja i wydajność: Dzięki doskonałej interakcji między kopią cyfrową a robotami czas spawania jednego pieca został skrócony z 45 do 15 minut.

Dzięki kopii cyfrowej możemy zaprogramować program pieca offline w ciągu zaledwie dwóch godzin – gdybyśmy chcieli zrobić to online, musielibyśmy na dwa tygodnie wyłączyć instalację z eksploatacji.

Martin Altmeier, programista w firmie HASE Kaminofenbau GmbH

Producent pieców kominkowych może teraz produkować do 25 000 pieców rocznie – w porównaniu z maksymalnie 15 000 sztuk wcześniej. „Dla nas dwie wysokiej klasy instalacje robotów są największą innowacją w zakresie spawania, jaką kiedykolwiek mieliśmy” – podsumowuje Fischer. „Najtrudniejszą rzeczą w automatyzacji jest znalezienie sposobu na jednoczesne pokrycie szerokiego asortymentu produktów. Udało nam się sprostać temu wyzwaniu wspólnie z KUKA i Paul von der Bank GmbH.” Tajemnicą sukcesu tego projektu jest ścisła współpraca: KUKA zaoferowała firmie HASE kompleksowy pakiet, który rozwijała na miejscu wspólnie z klientem i partnerem systemowym w celu stworzenia indywidualnego rozwiązania.

Automatyzacja jako szansa

Pracownicy firmy HASE – w obliczu rosnącego braku wykwalifikowanych pracowników – nie postrzegają automatyzacji jako zagrożenia dla swoich miejsc pracy, lecz jako zabezpieczenie egzystencji swojego pracodawcy. Firma HASE chce konsekwentnie realizować obrany kurs, koncentrujący się na lokalnym rzemiośle i innowacyjnej automatyzacji, dlatego wspólnie z KUKA pracuje już nad koncepcjami zautomatyzowanej obróbki krawędzi i lakierowania, a także spawania podzespołów. Aby produkować nowocześniejsze i czystsze piece kominkowe – i aby klienci mogli cieszyć się trzaskającym drewnem w swoim salonie.