Procesul automat în producția de șemineuri 4.0: Geamăn digital pentru robotul de sudare

Sudarea automatizată a sobelor brute și acoperirea unui portofoliu larg de produse în același timp – acestea sunt obiectivele companiei HASE Kaminofenbau GmbH de la Trier. Producătorul inovator de șemineuri din sud-vestul Germaniei lansează pe piață unul sau două modele noi în fiecare an. Datorită interacțiunii optime dintre geamănul digital și roboții de sudură de la KUKA, HASE poate acum să răspundă cu ușurință cererii în creștere.

Procesul automat asigură confortul: Șemineurile moderne sunt la modă

Căldură plăcută, lemne care pocnesc, flăcări roșiatice: Pentru tot mai mulți oameni, șemineul întruchipează confortul pur și nu ar trebui să lipsească din camera de zi. Acesta este motivul pentru care cererea crește constant la producătorul de șemineuri HASE de la Trier. Fondată în 1979, compania de familie produce acum până la 15.000 de sobe pe an – și asta datorită automatizării mai rapide și mai eficiente decât înainte. Ce este special: HASE produce toate șemineurile în locația sa din Renania-Palatinat, unde lucrează aproximativ 200 de angajați. Pe lângă „Made in Germany”, compania specializată în șemineuri se concentrează pe soluții tehnice inovatoare – fie că este vorba de modele noi de sobe în fiecare an, de software-ul inteligent iQ pentru un foc curat sau de procese automate de producție prin intermediul roboților și, astfel, de procese mai eficiente. Interfața dintre utilajele fizice și aplicațiile digitale joacă aici un rol decisiv.

Deoarece avem un deficit din ce în ce mai mare de sudori specialiști, am reușit să profităm de piața în plină expansiune doar prin automatizarea producției.

Florian Fischer, șeful departamentului de dezvoltare a producției de la HASE

Satisfacerea cererii ridicate prin producție automatizată

Cererea tot mai mare de sobe moderne și curate a venit cu o serie de provocări pentru compania cu producție regională. „Un șemineu are zeci de îmbinări prin sudare – sudarea manuală durează foarte mult timp”, spune Florian Fischer, șeful departamentului de dezvoltare a producției de la HASE. „Deoarece avem un deficit din ce în ce mai mare de sudori specialiști, iar instalațiile noastre de producție înaintau în vârstă, am reușit să profităm de piața în plină expansiune doar prin automatizarea producției.” Prin preluarea de către roboți a lucrărilor solicitante de sudare la sobele brute, în parte datorită evoluției temperaturii, colegii se pot concentra asupra meseriei lor. Aceasta include, de exemplu, sudarea ușilor sobelor, unde zona de lucru este oricum prea îngustă pentru un robot de sudare.

Geamăn digital ca element central al sistemului de sudură

Prin urmare, obiectivul producătorului a fost clar: Utilizarea roboților de sudare pentru creșterea productivității, asigurarea calității și totodată reducerea volumului de muncă al angajaților. Compania HASE nu ar fi ceea ce este astăzi dacă producătorul inovator de șemineuri nu ar gândi într-un mod orientat spre viitor. „Am vrut să construim un sistem robotizat ultramodern, flexibil, care să poată procesa și modele viitoare care nici măcar nu există încă, fără ca proiectanții noștri să fie nevoiți să se limiteze sau să oprească producția”, explică Fischer. „Acesta este motivul pentru care geamănul digital joacă un rol crucial.”

La HASE Kaminofenbau de la Trier, meșteșugul tradițional se împletește cu automatizarea inovatoare.

Deoarece HASE se bazează pe performanța roboților KUKA de 20 de ani, principalul furnizor de tehnologie robotică inteligentă a fost ales și pentru cel mai recent proiect. Perspectiva cooperării era deosebit de atractivă nu numai datorită posibilității de a utiliza hardware-ul KUKA sub forma a doi KUKA KR CYBERTECH nano ARC HW, unitatea liniară KUKA KL250-3 și poziționatorul. Interacțiunea cu software-ul KUKA.Sim și geamănul digital a fost cea care a făcut diferența pentru compania HASE. Software-ul de simulare aduce la viață aplicațiile robotului în mediul virtual – înainte ca sistemul să fie pus în funcțiune. Secvențele de mișcare ale robotului programate offline sunt cartografiate în timp real și sunt analizate și optimizate în ceea ce privește durata ciclurilor. Suplimentul AddOn KUKA.Sim ArcWelding simulează, de asemenea, aplicațiile automate de sudare. Astfel, pot fi definite, de exemplu, pozițiile de apropiere sau alinierea optimă a roboților pentru procesul de sudare.

Programare offline mai rapidă a modelelor de sobe

„Simulăm în prealabil toate secvențele de sudare și secvențele de mișcare ale celor doi roboți pe unitatea liniară cu ajutorul KUKA.Sim, complet izolat de sistemul real”, spune Martin Altmeier, programator la HASE. „Cu ajutorul geamănului digital, putem programa offline un astfel de program pentru sobe în două ore. Online, ar trebui să scoatem un sistem din funcțiune timp de două săptămâni. De aici reiese că: fără programarea offline prin intermediul software-ului de simulare, producția noastră și dezvoltarea de noi modele nu ar fi posibile atât de rapid și ușor.”

Cei doi roboți de sudare KR CYBERTECH nano ARC sudează îmbinările componentelor pe șina liniară.

KUKA.Sim poate fi utilizat, de asemenea, pentru a compara cu realitatea ideile proiectanților pentru noile modele de sobe foarte devreme, încă din faza de prototip. Cu ajutorul geamănului digital, Hase poate simula procesele de sudare unul la unul, iar proiectanții au la dispoziție o imagine identică a procesului de producție ulterior. Acest lucru îi permite companiei HASE să utilizeze geamănul digital pentru a testa secvențele de sudare pentru noile sobe și, în cele din urmă, să creeze programul de sudare corespunzător pentru celula robotică pe baza acestora.

Automatizarea se îmbină cu flexibilitatea

Odată ce programul pentru un model de sobă este gata, roboții pot trece direct la treabă. Operatorul utilajului plasează soba în sistem cu ajutorul unui dispozitiv de ridicare, pornește programul, iar poziționatorul ridică soba brută pre-îmbinată, care cântărește între 20 și 100 de kilograme în funcție de model, în poziția dorită. Componentele sunt sudate automat de cei doi roboți de sudare KR CYBERTECH nano ARC – conectați la două surse de energie TPS 500i Fronius – pe șina liniară în ordinea specificată. Am folosit în prealabil simularea pentru a afla exact ce robot ar putea efectua cel mai bine fiecare îmbinare prin sudare”, explică programatorul Altmeier, „astfel încât să nu existe întârzieri, îmbinările să fie corespunzătoare și să obținem timpul de ciclu optim.”

Datorită geamănului digital, proiectanții au la dispoziție o imagine identică a procesului de producție încă din faza de prototip.

Riscul de defecțiune este redus la minimum

Un alt avantaj: Datorită diferitelor niveluri de utilizatori, cu profiluri de rol clare, cum ar fi cel al operatorului, HASE a redus aproape la zero riscul de defecțiune din cauza erorilor de operare. În plus, toate programele curente sunt salvate în software-ul KUKA - astfel încât, chiar dacă apare o eroare, toate datele pot fi restaurate imediat. „Ne-am dorit să conectăm optim lumea virtuală cu lumea reală”, spune Bernd von der Bank de la firmă Paul von der Bank GmbH, parteneră veche de sistem KUKA, descriind intenția sa pentru proiect. „Nu contează dacă schimb ceva la sistem sau în simulare, deoarece același lucru se întâmplă în ambele sisteme. Faptul că lumea online și cea reală se armonizează atât de bine este o caracteristică unică pe piață.”

Specialiștii în șemineuri de la HASE, experții în automatizări de la KUKA și firma Paul von der Bank GmbH în calitate de partener de sistem au lucrat cot la cot.

Aplicațiile KUKA oferă un modul de comandă real și virtual uniformizat

Până când s-a ajuns ca software-ul KUKA.Sim și roboții de sudare să lucreze împreună în mod optim, compania HASE, integratorul Paul von der Bank GmbH și Serviciul pentru clienți KUKA au dezvoltat software-ul în continuare și au programat o soluție personalizată. Cunoștințele experților de la HASE au fost decisive pentru finalizarea cu succes a proiectului. „Provocarea la sudarea cu energie electrică este că lumea virtuală nu are toleranțe”, spune von der Bank. „Tehnologia de îmbinare reală, pe de altă parte, are toleranțe – și nu puține.”

Soluția de automatizare personalizată pentru HASE face posibilă fabricarea unei game largi de modele de sobe.

Arhitectura modulară a produsului software face posibilă îndeplinirea dorințelor clienților

Pentru a se asigura că simularea îmbinărilor prin sudare și parametrii de sudură se potrivesc în mod optim cu utilizarea modului de comandă a robotului și că „efortul de învățare ulterioară” este cât mai redus posibil, toți participanții au modificat împreună KUKA.Sim în funcție de nevoile companiei HASE – arhitectura modulară a software-ului face acest lucru posibil! Un avantaj important aici: datele sunt 100 % în concordanță, astfel încât modulul de comandă virtual și cel real lucrează cu exact aceleași date. În acest fel, KUKA.Sim creează baza pentru o punere în funcțiune virtuală.

Datorită arhitecturii modulare a produsului, software-ul este personalizat cu precizie în funcție de cerințele companiei HASE.

Productivitate crescută datorită sistemului robotizat de înaltă performanță

Datorită interacțiunii excelente dintre geamănul digital și roboți, HASE a reușit să reducă timpul de sudare per sobă de la 45 de minute la 15 minute. Datorită experienței pozitive cu sistemul, HASE a construit între timp un al doilea sistem, care este complet identic cu primul. Acest lucru reduce volumul de muncă pentru programare și modulul de comandă. Cele două sisteme noi le înlocuiesc pe cele cinci mai vechi – un câștig imens de spațiu pentru producție!

Precis și eficient: Datorită interacțiunii excelente dintre geamănul digital și roboți, timpul de sudare per sobă a fost redus de la 45 la 15 minute.

Offline, putem crea un program pentru sobe în două ore cu ajutorul geamănului digital - online, ar trebui să scoatem un sistem din funcțiune timp de două săptămâni.

Martin Altmeier, programator la HASE Kaminofenbau GmbH

Compania producătoare de șemineuri poate produce acum până la 25.000 de șemineuri pe an, în comparație cu un maxim de 15.000 anterior. „Pentru noi, cele două sisteme robotizate de înaltă performanță reprezintă cea mai mare inovație în domeniul sudării, pe care am avut-o vreodată”, concluzionează Fischer. „Cel mai dificil aspect legat de automatizare este găsirea unei modalități de a acoperi simultan un portofoliu larg de produse. Am rezolvat cu succes această provocare împreună cu firmele KUKA și Paul von der Bank GmbH.” Secretul succesului constă în munca în echipă: KUKA i-a oferit companiei HASE un pachet complet și a dezvoltat o soluție personalizată împreună cu clientul și partenerul de sistem la fața locului.

Automatizarea ca oportunitate

Având în vedere deficitul tot mai mare de forță de muncă calificată, angajații de la HASE nu privesc soluția de automatizare ca pe o amenințare la adresa locurilor de muncă, ci mai degrabă ca pe o asigurare a existenței angajatorul. HASE dorește să urmeze consecvent calea de mijloc de meșteșug cu picioarele pe pământ și automatizare inovatoare și lucrează deja împreună cu firma KUKA la concepte pentru tăierea și vopsirea automată, precum și pentru sudarea ansamblurilor. Pentru multe șemineuri moderne și curate, care asigură și mai mult confort în camera de zi.