KR AGILUS dzięki produkcji endoskopów zapewnia wgląd do wnętrza ludzkiego ciała

W firmie KARL STORZ z Widnau w Szwajcarii od lata 2021 roku odbywa się zautomatyzowana produkcja okularów do endoskopów. Robot KR AGILUS odciążył zespół – a także przyspieszył produkcję. Niemiecko-szwajcarska historia sukcesu.

„Dysponowaliśmy automatem spawalniczym, który miał już swoje lata i niestety nie pracował już niezawodnie.” Tak o powodach automatyzacji mówi Sarah Mühleck, kierowniczka oddziału KARL STORZ w Widnau/Szwajcaria. Był koniec 2020 roku. Zespół rozpoczął poszukiwania efektywnego, innowacyjnego rozwiązania. Firma KARL STORZ, założona w 1945 roku, produkuje wysokiej jakości endoskopy, przyrządy medyczne i najwyższej jakości urządzenia. Około 8300 pracowników na całym świecie odpowiada za projektowanie, produkcję, sprzedaż i serwisowanie około 15 000 produktów. W zakładzie Tuttlingen w Wirtembergii znajduje się centrala firmy, która ma zakłady produkcyjne również w USA, Estonii i Szwajcarii. Niedaleko jeziora Bodeńskiego, w miejscowości Widnau, powstają podzespoły optyczne do endoskopów, takie jak okulary, które umożliwiają wgląd do wnętrza ludzkiego ciała, dlatego muszą być niezwykle szczelne i łatwe w czyszczeniu.

Pick&Place: KR AGILUS uczestniczy w produkcji endoskopów w Widnau. Wstawia półfabrykaty i odbiera gotowe elementy © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Od monotonnej pracy ręcznej do laserowej instalacji spawalniczej

Konkretny proces, dla którego potrzebny był nowy system spawalniczy, polegał na łączeniu tulei ze stali szlachetnej ze szkiełkiem umieszczonym w pierścieniu ze stali szlachetnej. Oba elementy są częścią tzw. okularu endoskopu. Pozwala on chirurgom na wykonywanie zabiegów endoskopowych, zapewniając wgląd do ludzkiego ciała i organów. W tym procesie nie dało się zrezygnować z pracy ręcznej. Pracownicy umieszczali podzespoły w maszynie i odbierali je po zakończeniu spawania – zawsze jedną tulejkę i przyspawany do niej pierścień ze szkiełkiem. „Staramy się sukcesywnie odciążać naszych pracowników od takich monotonnych, powtarzających się i uciążliwych czynności” – zauważa Sarah Mühleck.

Umieszczenie szkiełka na tulei wymaga doskonałej precyzji robota, podobnie jak podczas zadań Pick&Place. To idealne zadanie dla robota KR AGILUS © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Automatyzacja: krok 1: znalezienie systemu spawalniczego

Zespół z Widnau poszukiwał rozwiązania automatyzacyjnego. Dla zasadniczego procesu spawania dostępny był już ulubiony system: Przedsiębiorstwo KARL STORZ od kilku miesięcy testowało laserowy system spawalniczy 3D TruLaser Station 7000 firmy TRUMPF w niemieckim zakładzie Ditzingen i było z niego bardzo zadowolone. Założona w 1923 roku firma TRUMPF jest znana na całym świecie ze swojej techniki laserowej i systemowej oraz ze zautomatyzowanych rozwiązań. Koncentruje się ona głównie na cięciu laserowym, spawaniu laserowym i napawaniu laserowym.

Zespół KARL STORZ z Widnau szybko przyzwyczaił się do pracy z nowym laserowym systemem spawalniczym 3D © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Krok 2: opinie sąsiadów

Dla firmy TRUMPF pracuje 15 000 osób, a współpraca z KARL STORZ trwa już niemal od 30 lat. Gdy przyszło do automatyzacji TruLaser Station 7000, zespół TRUMPF mógł polecić integratora – praktycznie po sąsiedzku. Przedsiębiorstwo wbt automation z siedzibą w Gosheim zatrudnia obecnie 18 pracowników. Prezes firmy wbt, Joachim Burkert, był zachwycony pomysłem automatyzacji produkcji okularów. „Nazwa wbt oznacza ,Wir bewegen Teile’ (Przenosimy części), zatem chętnie się tym zajęliśmy” – wspomina. „Nawet jeśli wymagania były dość wysokie.”

Joachim Burkert, prezes firmy wbt automation. Jego przedsiębiorstwo stawia na roboty KUKA © wbt

Krok 3: objaśnienie szczegółów technicznych laserowej instalacji spawalniczej

Joachim Burkert precyzuje: „Na bardzo małej przestrzeni musieliśmy zmieścić małego robota w kompaktowym module i bardzo dużo elementów obrabianych, które miał on precyzyjnie chwytać i umieszczać w automacie spawalniczym. Poza tym musieliśmy dokładnie określić, jak robot ma transportować części, ponieważ chcieliśmy, aby podczas jednego ruchu chwytał i łączył dwa elementy obrabiane.” W około 98% projektów automatyzacji wbt automation sięga po roboty KUKA – mówi Burkert. „Ich realizacja wymaga zastosowania indywidualnie zaprojektowanego robota, a nie robota produkowanego seryjnie. Dlatego wybraliśmy robota KR AGILUS typu KR10 R1100, który został przez firmę KUKA jeszcze raz odesłany do centrum szkoleniowego, zanim trafił do nas.” Między innymi dzięki czujnikom laserowym może on sprawdzać pozycje podzespołów, a oprócz poczwórnego chwytaka ma również małą nasadkę próżniową, która pozwala na precyzyjne ustawienie każdego szkiełka.

Zgrany zespół: KR AGILUS jako robot manipulacyjny i TruLaser Station 7000 firmy TRUMPF jako instalacja do spawania laserowego 3D © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Krok 4: idealne połączenie

Moduł robota jest wprawdzie połączony z TruLaser Station 7000, lecz można go w sposób elastyczny zdemontować i poddać konserwacji. Zasobnik elementów obrabianych zawiera cztery szuflady, w których zmieści się maksymalnie 960 elementów obrabianych. Obsługuje go KR AGILUS, aby przetransportować podzespoły do laserowej instalacji spawalniczej – w zależności od procesu spawania są to dwie tulejki i umieszczone dokładnie na nich szkiełka. Zespawane, gotowe okulary są z powrotem odkładane do zasobnika elementów obrabianych. Joachim Burkert potwierdza, że robot KUKA sprostał najwyższym wymaganiom technicznym: „Połączyliśmy sprawdzony układ sterowania KUKA i znany panel obsługi z komponentami z naszego przedsiębiorstwa. Robot został zamontowany na specjalnie zaprojektowanym module – MRC flextray. Za pośrednictwem magistrali Profibus nawiązaliśmy bezpieczne połączenie z naszym układem sterowania Siemens, co pozwoliło nam na bezproblemową komunikację z systemem TRUMPF.”

Pick&Place ze specjalnym chwytakiem zaprojektowanym przez wbt automation. Wykorzystuje on nasadkę próżniową, aby zabezpieczyć pozycje półfabrykatów © wbt

Krok 5: przekonanie sceptyków

Wolfgang Karl, pracujący od 40 lat w firmie KARL STORZ i specjalizujący się w laserach przyznaje, że na początku był dość sceptycznie nastawiony. „Oczywiście miałem wiele pytań podczas realizacji projektu. W jaki sposób robot ma chwytać części? Czy jest to bezpieczne? A co, jeśli z powodu błędu chwytak weźmie tylko jedną część, a druga zostanie odtransportowana na zewnątrz? I skąd możemy na 100% wiedzieć, że nie będzie żadnych problemów?” Odpowiedzi dostarczyła firma wbt automation, która przygotowała „wcześniej kompletną symulację, jaką mogliśmy odtworzyć za pomocą oprogramowania do symulacji KUKA.Sim” – opisuje Joachim Burkert. Dzięki cyfrowemu programowi bliźniaczemu integrator mógł „pokazać nam cały produkt, jeszcze zanim trafił tu sprzęt” – mówi Burkert. „To rozwiało moje wątpliwości” – podkreśla Wolfgang Karl.

Wolfgang Karl jest ekspertem odpowiedzialnym za wszystkie procesy laserowe w firmie KARL STORZ © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Krok 6: niezawodność podczas codziennej pracy i wysoka jakość

Zautomatyzowana produkcja rozpoczęła się po połączeniu z odpowiednim laserem – w tym przypadku z laserem włóknowym TruFiber 500 o mocy 500 W. Na koniec pozostało przekonać jeszcze pracowników, którzy wprawdzie nie musieli już ładować i rozładowywać maszyny spawalniczej, lecz między innymi napełniać szuflady, obsługiwać robota i przeprowadzać kontrolę jakości. Sarah Mühleck dodaje: „Nikt nie dostał wypowiedzenia, a automatyzacja zapewniła nam emeryturę. Ale wielu pracowników miało wątpliwości, czy poradzi sobie z nową techniką.” Przedsiębiorstwo wbt przeszkoliło pracowników firmy KARL STORZ zarówno w Tuttlingen, jak i w Widnau, rozwiewając tym samym ich wątpliwości.

Elastyczna instalacja do spawania laserowego 3D: Robota można w każdej chwili szybko odłączyć od systemu laserowego © Stefan Hobmaier, TRUMPF

„Spoiny spawalnicze są bardzo, bardzo dobrze wykonane”

Bilans według Sarah Mühleck po około pół roku: „Każdy pracownik może obsługiwać robota, dlatego ta stacja jest bardzo lubiana w naszym systemie rotacyjnym.” Sześć miesięcy od pierwszego spotkania wszystkich zaangażowanych stron TruLaser Station 7000 z modułem robota KR AGILUS trafiło do Widnau. Z zauważalnym efektem: Załadunek i rozładunek, trwający podczas pracy ręcznej średnio 10 sekund, robotowi zajmuje tylko dwie. Ale najważniejsze według Sarah Mühleck jest to, że: „Jakość jest doskonała. A spoina spawalnicza jest bardzo, bardzo dobrze wykonana. Poza tym system działa niezawodnie, nic się nie psuje.”

Sarah Mühleck podczas kontroli jakości: Tylko wtedy, gdy szkiełko i tulejka są ze sobą idealnie zespawane, można korzystać z okularu © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Wniosek: Pionierska automatyzacja

Dr Axel Frey, menedżer ds. produktu w firmie TRUMPF, jest również zachwycony tym projektem automatyzacji. „Wkładanie i wyjmowanie części do laserowego systemu spawalniczego przy zapewnieniu najwyższego poziomu bezpieczeństwa procesów – to coś, co wprawdzie może robić pracownik, ale po pierwsze nie z taką prędkością, a po drugie nie ze 100% precyzją. A ten proces musi być wykonywany z niezmiennie wysoką precyzją i jakością 24 godziny na dobę przez 7 dni w tygodniu.” Dzięki TruLaser Station 7000 w Widnau jest to możliwe. A dodatkowo: „Projekt dostał bardzo pozytywny feedback również od techników medycznych z USA, którym go przedstawiłem. Ten projekt automatyzacji jest pionierski pod wieloma względami.”

Pick – Place – spawanie! Laserowa instalacja spawalnicza dostarcza najwyższą jakość dla endoskopii © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Każdy pracownik może obsługiwać robota KUKA, dlatego ta stacja jest bardzo lubiana w naszym systemie rotacyjnym.

Sarah Mühleck, kierowniczka zakładu KARL STORZ Widnau

Otwarci na nowe wyzwania

Dla Joachima Burkerta fakt, że można w każdej chwili szybko oddzielić od siebie laserowy system spawalniczy i robota, jest bardzo przyszłościowym rozwiązaniem. „Jeśli firma KARL STORZ po pięciu latach będzie miała inne zadanie dla robota, pracownicy będą mogli odłączyć moduł w mniej niż minutę i przydzielić robotowi KR AGILUS nowe zadanie. Jednego robota KR AGILUS można też przypisać do dwóch różnych laserów: W ciągu dnia pracuje on przy jednym laserze, a w nocy przy drugim.” Jednak na razie w firmie KARL STORZ w Widnau nikt niczego nie zmienia. Wszyscy są zadowoleni z tego, jak ludzie, maszyny i robot KUKA wykonują swoje zadania. „To była naprawdę udana współpraca – podsumowuje Sarah Mühleck, kierowniczka zakładu. Aż mamy ochotę to powtórzyć.”