Роботы для термопластавтоматов

Автоматизация процессов и сведение к минимуму влияния человеческого фактора – это одна из тенденций, которую в наше время можно наблюдать во всех сферах промышленности. В этой статье мы расскажем о роботах для термопластавтоматов (ТПА).

Робот – это устройство автоматизации процесса литья пластмасс под давлением на ТПА. Устанавливают роботы непосредственно на машине или рядом с ней (в зависимости от размера), и основная их функция состоит в том, чтобы автоматизировать процесс производства: вынимать пластиковые изделия из пресс-форм, вкладывать этикетки в пресс-форму перед отливкой и т. д. При этом их использование позволяет значительно ускорить производственный цикл, сократить издержки, повысить производительность.

Управление роботами производится специальной программой, от которой они получают команды (например, снимать изделия с машины или другие выполнять функции). То, каким образом работают различные роботы, зависит от их конструкции.

По словам Александра Тафинцева, менеджера отдела продаж ООО «Литьевые машины» (Россия), в стандартном исполнении конструкция роботов ТПА содержит:

• три сервооси для быстрого ускорения и высоких линейных скоростей;
• две поворотных пневмооси;
• от 3 до 6 вакуумных и (или) напорных воздушных контуров;
• три типа привода на выбор: асинхронный, сервопривод (для динамичного цикла) и цифровой (для сверхскоростного извлечения деталей за 0,5 секунды).

Александр Тафинцев: «Вынос деталей может быть осуществлен как в сторону оператора, так и в противоположную сторону, а также в тыльную часть ТПА, если робот установлен вдоль оси литьевой машины. Максимальное ускорение –120 м/с², что приблизительно в 12 раз выше ускорения свободного падения. Мощные роботы, устанавливаемые на ТПА с усилием смыкания от 2500 до 18000 кН, имеют очень прочный механизм и способны снимать изделия, изготовленные в пресс-форме весом до 30 кг. Их линейные скорости перемещения достигают 3 м/с. При этом компактная конструкция робота гарантирует низкую общую высоту литьевой машины, а управление осуществляется как с портативного пульта, так и с единой клавишной панели ТПА.  Роботы имеют возможность контроля подключенного к производству периферийного оборудования».

Говоря об общем принципе механического процесса манипуляции изделиями роботов для ТПА, Андрей Агарков, генеральный директора ООО «Пластар» (Россия), прокомментировал так: «Когда пресс-форма открывается, «рука» робота двигается внутрь пространства между плитами пресс-формы и вынимает пластиковые изделия с помощью специальных вакуумных присосок. После этого робот транспортирует изъятые изделия в заданное место, в то время как пресс-форма закрывается и ТПА делает следующий  впрыск. Затем цикл повторяется».

Типы роботов ТПА

Практически у каждого производителя существует своя «система» деления роботов на определенные типы. Но классификации разных компаний существенно не отличаются между собой, так как по сути все типы роботов соответствуют современному уровню технического прогресса. Как рассказал нам Михаил Усиченко, начальник отдела продаж Eastex Ets (Россия), по большому счету, есть только один тип робота, но реализуется он немного по-разному: «Можно реализовывать работу робота перпендикулярно ТПА, параллельно ТПА, с одной рукой или с двумя руками, трехосевой или пятиосевой системой, но, по сути, они все выполняют одну и ту же основную функцию – съем изделий из пресс-формы. Различаются только станок и изделия, с которыми они работают».

Борис Ашмарин, коммерческий директор IBC System (Россия), называет три основных типа роботов по количеству осей: вертикальные, боковые и антропоморфные – шестиосевые. Деление происходит в зависимости от сложности задачи: чем сложнее – тем ближе к антропоморфным.

Оси робота

Ось Z – основная ось робота, которая расположена перпендикулярно оси термопластавтомата. Как правило, служит для переноса изделия из области пресс-формы на конвейер или рабочий стол или к следующей операции. Именно эта ось крепится к неподвижной плите или устанавливается на опоры, в нее вмонтирована система управления.

Ось Y – вертикальная ось, основное требование – хода этой оси должно быть достаточно для выгрузки изделия. Если ход небольшой, то высота выгрузки может быть большой (например, понадобится очень высокий конвейер).

Ось X – обычно расположена вдоль оси ТПА, служит для передвижения каретки робота в области пресс-формы

Дополнительные оси (для управления захватом):

Ось С – входит в стандартную поставку, при стандартном расположении вращает захват в плоскости параллельной оси ТПА. Обычно служит для съема изделия и поворота захвата на 90 градусов для укладки изделия на конвейер или рабочий стол.

Ось B – для поворота захвата, например, от подвижной к неподвижной плите.

Ось А – при стандартном расположении робота вращает изделие в плоскости пресс-формы.

Под стандартным расположением робота подразумевают такое расположение, когда ось Z расположена перпендикулярно оси термопластавтомата.

Сфера применения

Роботы могут применяться на любом литьевом производстве, но в первую очередь они нужны там, где ручной труд либо невозможен, либо предъявляются достаточно высокие требования по точности, надежности, скорости.  «У робота нет человеческого фактора, он не болеет, не уходит в отпуск, жена не ругается. Поэтому робот всегда работает одинаково и дает низкий коэффициент брака по сравнению с ручным трудом. Также робот выполняет такие операции, которые ручным трудом в принципе невозможно выполнять», – объясняет Михаил Усиченко.

Использование роботов играет особую роль в плане экономической выгоды для производств, которые занимаются изготовлением крупногабаритных изделий, а также продукции высокого качества. Данные изделия производятся в полуавтоматическом режиме и обязательно требуют дополнительной операции по извлечению, поэтому тут роботы просто незаменимы – они позволяют полностью автоматизировать работу.

Что же касается каждого конкретного производства, то все зависит от нагрузки машины, к которой будет приставлен робот. Если ТПА на производстве загружен на 100 %, то есть работает круглосуточно, тогда робот ему необходим. Если же автомат загружен не полностью или у него часто идет смена пресс-форм, то здесь робот просто бессмыслен.

Преимущества роботов

Главным преимуществом роботов является повышение производительности труда и в результате более высокая эффективность производства. Роботы ускоряют процесс съема готовых изделий по сравнению с ручными операциями, освобождают рабочую силу, заменяя человека, обслуживающего ТПА. По словам Михаила Усиченко, экономически целесообразно ставить робот, т.к. в этом случае автоматические устройства от трех машин смогут обслуживаться одним оператором, в то время как без него – на одну машину приходится один оператор. Кроме того, роботы для литьевых агрегатов могут использоваться с полной интеграцией своей собственной системы управления в систему управления ТПА. Этим минимизируется время обмена информацией между роботом и машиной, что значительно сокращает общую продолжительность производственного цикла.

Итак, основными преимуществами роботов являются:

• Увеличение производительности труда: с использованием человеческого труда в процессе производства получается 100 деталей, а с использованием робота за то же время – 200 деталей
• Экономическая эффективность – стоимость изготовления 1 детали уменьшается
• Исключение человеческого фактора, а поэтому – низкий коэффициент брака
• Отсутствие человеческих слабостей: работа без перерывов в круглосуточном режиме, со стабильным результатом
• Снижение несчастных случаев на производстве
• Экономия производственной площади

Особенности эксплуатации

По словам производителей, конструкция современного робота предполагает длительную работу без необходимости частого обслуживания, они не требуют сложного технического обслуживания, настраиваются на выполнение операции любыми специалистами-робототехниками. «В случае надежного робота сложностей не возникает никаких. Они настраиваются довольно легко, работают по программе. Нужно только настроить программу – и он будет работать. Необходимо новое изделие – настраивается новая программа по инструкции (там все довольно просто написано, настраивается прямо с пульта) – и он снова работает», –  Михаил Усиченко.

А вот Виктор Пономарев рассказал нам, что новое поколение роботов позволяет улучшить качество и увеличить объем производимой продукции, такие роботы являются неотъемлемой частью современного, высокоэффективного производства: «В настоящее время нельзя представить современное производство без высоких технологий. Роботы позволяют сократить процент использования  ручного труда на производстве, тем самым сократить брак и увеличить объем производимой продукции. Линейные роботы, применяемые в пластиковом производстве, позволяют сократить время цикла, производства изделия, в несколько раз, что при жесткой конкуренции является большим преимуществом. В России еще много компаний, которые не используют роботы, но жесткая конкуренция диктует свои правила, которые подталкивают эти компании проводить автоматизацию своего производства, тем самым уменьшая себестоимость продукции...»

Андрей Агарков также считает, что основной задачей для производства с применением роботов является полная синхронизация работы робота и самого ТПА. По его словам, международные системы стандартов (такие, как Euromap) позволяют добиться полной синхронизации современного оборудования: «Однако лучше еще на этапе проектирования изучить все возможности и выявить «узкие» места.  Кроме того, следует принять во внимание, что некоторые изначальные настройки следует задавать вручную для последующей правильной работы оборудования. Например, при неправильном определении величины хода манипулятора и/или нулевой точки готовые изделия не смогут быть вынуты из пресс-формы».

Перспективы

Роботы для ТПА – это, безусловно, не самая дешевая покупка. Стоимость робота может составить от нескольких десятков до сотен тысяч долл., в зависимости от модели, поставленных задач, сложности конструкции, вариантов исполнения, а также от компании-производителя.

Говоря об окупаемости, Михаил Усиченко отметил, что их компания, рассчитывая экономическую выгоду на примере их средне-ценового робота «Атлас» за 11 тыс. долл., сделала вывод, что он окупается менее чем за год.

По словам Борис Ашмарина, роботы стоимостью от 30 до 150 тысяч евро полностью окупаются на производстве за 2 – максимум 3 года.

А вот как смотрит на перспективы рынка Андрей Агарков: «Россия и СНГ – это, безусловно, непаханое поле для производителей промышленных роботов. В настоящее время рынок этого оборудования еще только формируется, и его перспективы выглядят весьма заманчивыми. Однако это обстоятельство наряду с большими возможностями для производителей накладывает и большую ответственность. Ведь от того, насколько взвешенным будет поведение игроков, насколько качественные продукты и, что особенно важно, сервис, будет предложен потребителям, будут зависеть не только темпы его роста в ближайшие годы, но также направления и динамика развития в долгосрочной перспективе»

Андрей Агарков, генеральный директор ООО «Пластар», Россия:

«Наша компания уже 2 года представляет на рынке России и СНГ японские электрические  термопластавтоматы Toyo. С 2011 года, следуя возрастающему спросу на автоматизированные системы, мы предлагаем нашим потребителям также продукцию стратегического партнера Toyo, компании Star Seiko (Япония) – промышленные роботы, отличающиеся великолепным качеством и высокой надежностью. При этом мы полагаем, что у клиентов необходимо формировать правильное понимание проблем автоматизации и путей их решения. Ведь использование роботов само по себе влечет немалые материальные затраты, в первую очередь связанные с их покупкой. Поэтому применение роботов оправдано в первую очередь в тех случаях, когда при этом экономятся значительные средства за счет сокращения ручного труда и затрат на него, когда необходимо решать задачи, связанные с интенсификацией производства (сокращение производственного цикла, увеличение объема выпуска продукции и пр.). В других случаях использование промышленных роботов экономически вряд ли оправдано, однако оно также может быть необходимо – например, в случае, когда применение ручного труда невозможно в силу специфики технологического процесса или требуется высокая точность определенных операций».

Александр Тафинцев, менеджер отдела продаж ООО «Литьевые машины», Россия:

«Роботы в наше время – это необходимая составляющая практически любого промышленного сектора. Установленные в комплексе с ТПА, они выполняют весь спектр поставленных задач: установку закладных элементов в литьевую форму, съем готовых изделий из пресс-формы, транспортировку и укладку готовых изделий, отделение литников, проверку извлечения изделий и литников из формы, смазывание формы, этикетирование в форме – In-Mould Labeling (IML) и т.п.

Использование роботов – это прежде всего эффективное решение по оптимизации производства. Используя робототехнику, вы можете получить:

• высокий коэффициент использования ТПА;
• стабильность циклов;
• минимальный коэффициент брака;
• отсутствие несчастных случаев на производстве;
• исключение «человеческого фактора»;
• экономию на кадрах;
• прямую экономическую выгоду.

Роботы бывают различной степени сложности и применяются для всех видов операций, от удаления литника до сложнейших систем автоматизации, предполагающих сложную последовательность действий.

Некоторые роботы применяются для этикетирования в пресс-форме – In-Mould Labeling (IML). Продукция, выпускаемая по технологии IML, получает все большее распространение на рынке упаковки. Данная технология позволяет лить изделие с этикеткой, являющейся неотъемлемой частью этого изделия, путем укладки этикетки в форму перед циклом литья. Основное преимущество таких изделий – это 100% защита продукции от подделок. Кроме того, внешний вид изделий и стойкость этикетки намного выше по сравнению с изделиями с нанесенной печатью или наклеенными этикетками.

Существует мнение, что робот – это очень дорогое устройство. Давайте рассмотрим экономику применения робота. Вы сейчас платите литейщику 20 тыс. рублей в месяц. За год вы тратите на одного работника 240. тыс. рублей = 8 тыс. долл. Фонд Заработной Платы (ФЗП) на обслуживание 3-х ТПА (3 смены) – 8 тыс. долл. Х 9 = 72 тыс. долл. в год. Средняя стоимость робота – 10 тыс. долл. X 3 = 30 тыс. долл. 1 оператор обслуживает 3 ТПА с роботами. ФЗП (3 смены) – 8 тыс. долл. Х 3 = 24 тыс. долл.. Экономия на ФЗП за год составляет 72 тыс. долл. – 24 тыс. долл. = 48 тыс. долл..

Виктор Пономарев, менеджер по продажам Баттенфельд (Battenfeld Injection Molding), Россия:

«Роботы компании Wittmann GmbH используются для выгрузки изделий из зоны пресс-формы, укладки изделий в тару или на конвейер, боковые роботы (In-mold labeling) выполняют несколько функций: вставка этикеток и выгрузка готовых изделий. Многие европейские производители ТПА используют роботы Wittmann в своих проектах.

На основе линейных роботов возможно построить любую необходимую автоматизированную систему для всевозможных задач. Самая распространенная система – это IML-система, применяется для производства упаковочной тары с вплавляемой этикеткой. Эта технология и система позволяют получить уже готовую продукцию за одну технологическую операцию. Средний цикл производства таких изделий около 3-х секунд. Роботы являются универсальными устройствами, применение которые целесообразно и экономически оправдано в процессе производства...».

Михаил Усиченко, начальник отдела продаж Eastex Ets, Россия:

«Разные роботы подходят для разных типов работ. Если говорить о роботах Alfarobot, которые мы представляем, то для небольших ТПА, для съема изделий, извлечения литника подходят «Феникс» либо «Атлас». Серия «Атлас» может быть уже с двумя руками и одновременно извлекать литник и изделия. Для более крупных ТПА подходит «Кобра», для крупногабаритного литья – «Титан». «Титаном» можно снимать даже такие детали, как автомобильный бампер. Для самых быстрых циклов, для электрических машин подходит «Редстоун» с тремя серводвигателями – он самый быстрый и точный. Он же подходит как основной робот для технологии In-Mould Labeling».

Борис Ашмарин, коммерческий директор IBC System, Россия:

«Главное преимущество роботов – сокращение цикла производства полимерных изделий, соответственно, увеличение рентабельности. Также минимизируется человеческий фактор: чистая пресс-форма, нет риска повреждения формы и т.д.

Поскольку в современных роботах используется профессиональное ПО, и робот связывается с ТПА по многоканальному интерфейсу, мы получаем возможность анализировать каждый цикл, выяснять причины остановок, вести статистику по временам цикла, авариям, создавать архив данных и т.д., что в итоге повышает продуктивность и качество производства.

Непосредственно работа самого робота зависит также от производителя. На российском рынке представлена масса роботов от Китая до Европы, и соотношение цена-качество каждый выбирает для себя сам.

Преимущества поставляемых нами роботов Campetella – традиционно высокое качество исполнения, внедрение современных разработок, профессиональный сервис IBC Systems на территории РФ и склад запчастей в Москве».  

Олег Терехов, генеральный директор ООО «КМ», Россия:

«Роботы – вещь хорошая, но крайне мало востребована на нашем рынке. Сложности с таким оборудование могут возникать такие же, как при любой эксплуатации сложной техники – сложности с обслуживающим персоналом.

В зависимости от размера машины, цена за один китайский робот может быть от 4 до 15 тыс. долл. Европейские роботы, конечно, дороже.

На самом деле, преимуществ у роботов крайне мало по сравнению с гастарбайтером, работающим в России, ведь такая рабочая сила намного дешевле. Но есть задачи, которые достаточно трудно вручную выполнять, – например, снимать изделия с машин».

Дмитрий Данилевский, исполнительный директор НовПласт, Россия:

«Роботы – оптимальный вариант для нас по цене и качеству. Ведь мы получаем сокращение количества человек и часов, затраченных на обслуживание одного ТПА. Мы покупали роботы к ТПА у компании Eastex, и к работе самого оборудования претензий нет никаких. Они выполняют именно то, что нужно, и так, как нужно, то есть как заявлено производителем».

Андрей Борисов, главный энергетик Magna International Russia:

«Когда мы решили приобрести роботы для ТПА, мы выбирали среди таких компаний, как Krauss Maffei, Seba и Wittmann Battenfeld. Остановились на последней, потому что нас наиболее удовлетворила цена, а также присутствие сервисных служб в нашем регионе.

Улучшение производительности, обеспеченное роботами, заключается в автоматизации процесса производства, ускорении времени цикла литья, в отсутствии людей – теперь все работает на полном автомате. Когда мы приобрели первый робот, сложности были с обучением, программированием робота, но все они были решены благодаря поддержке сервисного инженера Виктора Пономарева и интуитивно понятному интерфейсу робота Wittmann».

Кристина Москаленко