Трудности внедрения роботизированных окрасочных комплексов
Роботизированные технологии продолжают завоёвывать новые отрасли. Производители наращивают их возможности в выполнении самых разнообразных задач для успешной замены человека, например, при проведении окрасочных работ в сферах машино-, авиа- и судостроения.
Промышленный робот обеспечивает высокую точность нанесения покрытия на изделия любой формы и размера, сокращает время производственного процесса, минимизирует расход лакокрасочных материалов и риск человеческой ошибки. Новой ступенью автоматизации, которая позволяет добиться максимальной эффективности, стали целые роботизированные комплексы.
Выбирая такое решение, многие предприятия, образно говоря, убивают сразу нескольких зайцев. Внедрение технологии становится не просто модернизацией, а реальным способом получить конкурентное преимущество на рынке, считают эксперты. Так, роботизированные системы окрашивания повышают производительность за счёт уменьшения простоев, увеличения срока службы оборудования и сокращения времени на устранение ошибок.
Они также экономят ресурсы предприятия, эффективно используя лакокрасочные материалы, клеи и герметики. По оценкам, расход этих материалов снижается на 30‒50%. От качества покрытия, коэффициента переноса ЛКМ и его равномерного распределения на всех окрашиваемых поверхностях зависит не только внешний вид изделий, но и их долговечность, антикоррозионная защита и надёжность. Однако, чтобы ожидания от внедрения совпали с реальностью, необходимо учесть целый ряд тонкостей.
Роботизированная окраска: несколько но
«Роботы всё чаще находят применение при нанесении жидких и порошковых красок для решения более сложных задач. При окраске сложных поверхностей они способны заменить ручной труд маляров. Безусловно, это позволяет уйти от человеческого фактора, сократить затраты на оплату труда.
Однако внедрение роботизированных систем окраски предъявляет новые требования: необходимы высокая культура производства и квалифицированный персонал. При этом важно учитывать, что такие системы не универсальны для всех задач окраски. Данная технология имеет ряд существенных ограничений, — отмечает директор по развитию ООО «Компания «Техномакс» Максим Москвичёв.
— Во-первых, точное определённое положение окрашиваемой детали на конвейере. Робот — не человек, он работает по заранее составленной программе. Если изделие висит криво, не под тем углом, который задан в программе, то система об этом не знает, что неизбежно приведёт к браку. Решением может быть жёсткий регламент по навешиванию деталей на конвейер окрасочной линии, стандартизованные крючки или специальные подвески строго определённого типа для каждого вида продукции».
Таких видов существует великое множество, но, как правило, вместе с роботом на производство поступает стандартное программное обеспечение от завода-изготовителя, а значит, оно подходит не для всех деталей.
«Это второе ограничение. Для каждого типа продукции и уникальных деталей или комплектов, одновременно подвешенных на конвейер, требуется индивидуальная программа движения робота. Эту трудоёмкость следует учитывать при оценке окупаемости системы. Кроме того, во время отладки программ и тестирования ПО производство приостанавливается. Это вынужденные простои, которые снижают производительность», — продолжает г-н Москвичёв.
И если в средне- и крупносерийном производстве это почти не ощутимо, то в штучном и мелкосерийном может больно ударить карману владельца предприятия. Кроме того, процесс требует наличия в штате квалифицированных и обученных работе с программой специалистов.
Учитывая объём инвестиций во внедрение подобных проектов, необходимо изначально закладывать при проектировании линии временные потери, связанные с написанием и отладкой программ, чтобы итоговая производительность окрасочного комплекса соответствовала предъявленным требованиям, советует эксперт. Но иногда внедрение роботов в окраску оказывается и вовсе не рентабельным.
«Это зависит от широты номенклатуры деталей и частоты появления новых изделий в ассортименте завода. Как было упомянуто выше, каждая новая деталь требует написания индивидуальной программы и её тестирования. При анализе планов производства отладка занимает более половины времени из-за разнообразия форм и размеров изделий, которые уже окрашивают или ещё планируют», — поясняет Максим Москвичёв.
Эксперт поясняет ещё одно ограничение, тормозящее внедрение технологии: как правило, на робота устанавливают один-два распылителя краски, однако зачастую этого недостаточно для обеспечения требуемой производительности линии. Увеличения количества оборудования становится нерентабельным из-за высокой стоимости, а также из-за непропорционального усложнения системы нанесения краски. Для сравнения, на вертикальные манипуляторы можно установить по 10‒12 распылителей.
Кстати, простые в использовании и относительно недорогие вертикальные и горизонтальные манипуляторы, предназначенные для обеспечения движения распылителей краски, сегодня можно встретить на большинстве заводов, оснащённых автоматическими линиями окраски металлических изделий. Один или несколько распылителей можно перемещать вверх-вниз, пока окрашиваемые изделия движутся на подвесном конвейере вдоль зоны напыления краски.
Это решение придумано много лет назад и сегодня применяется для окраски однотипной продукции несложной геометрии. Причина в том, что одноосевой манипулятор не в состоянии подстраивать факел распылителя под криволинейную или наклонную форму окрашиваемой детали, направлять его в труднодоступные участки изделия, поясняет специалист.
«Роботы могут быть прекрасным решением для автоматизации нанесения красок, но возможности их применения ограничены. Главная причина узкой сферы применения роботизированного оборудования в промышленности — его неумение самостоятельно подстраиваться под изменяющиеся производственные условия: новые виды деталей, непостоянную схему завески продукции на конвейер.
В остальном технология безупречна. Роботы идеально подходят для крупносерийного и массового производства однотипной продукции, например заводам с высокой культурой производства при наличии высококвалифицированных наладчиков и операторов», — резюмирует Максим Москвичёв.
Вариант попроще
Когда внедрять подобные технологии в силу тех или иных ограничений не целесообразно, но есть цель автоматизировать производство для обеспечения стабильного качества и минимизации расходов, наш собеседник советует обратить внимание на альтернативы, которые предлагает рынок. Технология динамического контурирования лишена недостатков, присущих роботам, отмечает он. Это полностью автоматическая система, которая не требует программирования, так как сама распознаёт форму окрашиваемых поверхностей и настраивает положение распылителей краски оптимальным образом.
Ключевым компонентом системы являются лазерные сканеры или лидары, которые расположены перед окрасочной камерой. Они сканируют геометрию всех изделий, которые перемещаются на конвейере в зону окраски. Лидар выпускает пучок лазерных лучей и определяет расстояние до окрашиваемой поверхности в разных точках детали. Затем система управления переводит эти данные в координаты для каждого распылителя краски, которые установлены на вертикальных манипуляторах, аналогично тому, как это выглядит в классических линиях.
С одним отличием: помимо вертикального перемещения на манипуляторе, каждый распылитель оснащён сервоприводом и линейной направляющей для перемещения по горизонтали, что позволяет выдвигать конкретный окрасочный пистолет на нужную глубину внутрь камеры.
Детали движутся в сторону окрасочной камеры на подвесном конвейере, проходят зону сканирования лидарами. Информация о форме изделий поступает в системе управления и фиксируется. Она пересчитывает данные в конкретные координаты для каждого краскопульта. Затем на каждый сервопривод приходит нужный сигнал, и окрасочные пистолеты выстраиваются таким образом, чтобы повторить форму рабочей поверхности с учётом оптимального зазора для раскрытия факела напыления. В момент появления детали непосредственно перед распылителями включается подача краски и начинается процесс нанесения покрытия.
Благодаря автоматическому динамическому контурированию каждого изделия с помощью технологии лазерного сканирования распознается его трёхмерная форма, а движения отдельных распылителей краски настраиваются индивидуально в режиме реального времени по мере продвижения продукции в зоне нанесения краски. Это позволяет достичь высокой степени автоматизации и равномерной толщины покрытия при окраске изделий сложной конфигурации. При этом не требуется программирования системы, подчёркивает г-н Москвичёв.
Современные сканеры работают гораздо быстрее, с большей точностью и аккуратностью, чем предыдущие поколения. Это одна из причин, по которой технология динамического обнаружения контуров не отстаёт от высокой скорости производственной линии.
Также система минимизирует человеческий фактор, например при нанесении помогает минимизировать расход порошка для окраски на детали со сложной поверхностью. Неопытный оператор не всегда способен распознать, когда из пистолета выходит слишком много порошка, или может быть вовсе не знаком с методами нанесения порошкового покрытия.
А умная технология порошковой окраски включает в себя новые алгоритмы программного обеспечения и точное позиционирование пистолета-распылителя для получения максимальной отдачи от распределения материала.
«Важно уточнить следующие моменты: система видит изменяющуюся глубину или ширину изделий, например различных тел вращения. Также она умеет работать с изделиями коробчатых форм и эффективно окрашивает изделия, которые висят на конвейере не перпендикулярно к нему, а под некоторым углом, например, из-за смещённого от вертикальной оси центра тяжести. Динамическое определение контура помогает улучшить покрытие и равномерность, сохраняя при этом максимально возможную эффективность нанесения», — рассказывает об оборудовании эксперт.
Однако в то же время справедливо замечает, что технология динамического контурирования не идеальна и имеет свои ограничения или недостатки, хотя и является более гибкой и простой в использовании, чем роботы, а также более производительной по количеству задействованных распылителей.
«Если сравнивать с многоосевым роботом, то пистолеты, которые движутся всего по двум осям (вертикально на манипуляторе и горизонтально на индивидуальном сервоприводе), про-
игрывают в возможностях направления факела напыления в проблемные углы или полости окрашиваемых деталей. Другими словами, имитировать движения маляра эта система пока не может, а робот — вполне.
Для пользователя это означает, что, несмотря на высокий уровень автоматизации процесса, всё равно может потребоваться ручная подкраска сложных мест», — отмечает Максим Москвичёв.
Кроме того, необходимо держать лидары в идеальной чистоте и не допускать попадания краски и пыли в зону сканирования, часто проводить уборку. Как и в случае с роботами, здесь требуется высокая культура производства, а также соответствующий уровень квалификации наладчиков и операторов.
В качестве заключения эксперт советует осознанно подойти к выбору конкретного решения по автоматизации нанесения краски на металлические изделия. Роботизированные системы — это значительное финансовое вложение, которое может стать целесообразным только при правильной интеграции и выборе оптимальной конструкции.
«Нужно оценить номенклатуру окрашиваемой продукции, требуемую производительность линии, просчитать окупаемость того или иного варианта, учесть перечисленные технические ограничения и организационные моменты. И только после этого принимать решения об инвестициях в оборудование», — заключает он.
Текст: Марина Каталакиди. Фото редакции PromoGroup Media.
