Linia montażowa z centralnym sterowaniem – optymalizacja produkcji w branży automotive

Współczesne zakłady produkcyjne stawiają przed sobą wyzwania związane z efektywnością, elastycznością oraz innowacyjnością procesów. Duże przedsiębiorstwa, takie jak międzynarodowe firmy motoryzacyjne, starają się stale ulepszać swoje procesy produkcyjne w celu osiągnięcia konkurencyjności na globalnym rynku. W tym kontekście wprowadzenie innowacyjnych rozwiązań w automatyce przemysłowej może mieć ogromny wpływ na osiągnięcie strategicznych celów.

Większość zakładów produkcyjnych, gdzie odbywa się wysokoseryjna produkcja komponentów o zbliżonych właściwościach ale o zmiennej wariantowości boryka się z problemami związanymi z wydajnością, czasem przezbrojenia, standaryzacją, dostępem do danych w trybie rzeczywistym.

Duży producent w sektorze motoryzacyjnym, działający na globalnym rynku, borykał się z wyzwaniami związanymi z produkcją wysokoseryjną i zmienną wariantowością. Proces ręcznego montażu finalnych produktów na dedykowanych stanowiskach roboczych generował przestoje, niewydajność oraz ograniczenia w adaptacji do zmieniających się warunków produkcji. Problemy związane z obsługą, programowaniem i konfiguracją stanowisk wpływały negatywnie na efektywność procesu.

Sytuacja zastana

Klient realizował ręczny montaż finalnych produktów na dedykowanych stanowiskach roboczych wyposażonych w oprzyrządowanie dedykowane do konkretnego produktu. Każde stanowisko wyposażone było w niezależne sterowanie i obsługiwało kilka rodzajów oprzyrządowania, które wymagały ręcznego podłączenia osobnego złącza elektrycznego i pneumatycznego. Rozwiązanie spełniało oczekiwania początkowej fazy produkcji, gdy produkcja obejmowała kilka referencji. Stanowiska obsługiwały tylko konkretne narzędzia montażowe przypisane do konkretnego stołu bez możliwości zastosowania na innym. Każde narzędzie wyposażone było w czujniki kontrolujące obecność komponentów (do 16 szt.) oraz elektrozawory pneumatyczne do sterowania siłownikami zainstalowanymi na przyrządzie.

Problem

Problemem dla klienta było sprawne zarządzanie procesem, algorytmy sterujące pracą poszczególnych narzędzi były wpisane do programu PLC bez możliwości edycji w trybie obsługi, ponadto stanowiska były dedykowane do konkretnych produktów bez możliwości przełożenia na inny stół montażowy chyba, że program z jednego stanowiska został przepisany do sterownika drugiego, co jest bardzo czasochłonne i problematyczne. Technicznie było to wykonalne, ale w praktyce okazywało się, że niektóre stanowiska miały nieco inną konfigurację adresacji sygnałów elektrycznych. Takie rozwiązanie powodowało brak elastyczności, długie przestoje. Ponadto operator miał zwizualizowane w formie lampek numery czujników, które w danym momencie są wymagane w procesie montażu. W sytuacji awarii np. czujnika na przyrządzie postój trwał do czasu usunięcia usterki. Zmiany w procesie montażu wymagały programisty PLC, który odpowiadał za zmianę algorytmu, inżynier zarządzający i inżynier jakości produkcji byli zobligowani brać udział w takich zmianach celem walidacji. Cały proces był mało efektywny. Ponadto zastosowane elektryczne ograniczało możliwość rozwoju, gdyż większość dostępnych sygnałów była już zajęta na potrzeby zasilania i przesyłania sygnałów z czujników oraz sterowania elektrozaworami.

Rozwiązanie

W odpowiedzi na wyzwania klienta, firma Profimat zaproponowała kompleksowe rozwiązanie oparte na zaawansowanych technologiach automatyki przemysłowej. Centralnym punktem nowego systemu jest sieć IO-Link i Profinet, które umożliwiają zintegrowane sterowanie i komunikację między stanowiskami oraz narzędziami montażowymi.

Kluczowym elementem są nowe stanowiska, zwane terminalami, wyposażone w moduły 8-portowe - mastery IO-Link. Te moduły komunikują się z głównym sterownikiem linii poprzez sieć PROFINET, tworząc spójną platformę zarządzania i kontrolowania procesu montażu. Centralny punkt sterowania odpowiada za przechowywanie danych procesowych i algorytmów sterowania dla każdej referencji. Każde stanowisko pracujące jako terminal może w dowolnym momencie wywołać dany program i go realizować.

Na każdym stanowisku do modułu mastera podpięte zostały Huby IO-Link, które obsługują sygnały zbierane na stanowisku, a także sygnały pochodzące z podłączanych do stanowiska narzędzi montażowych. Narzędzia te wyposażone są w czujniki odpowiadające za kontrolę procesu montażu, czujniki na przyrządach podłączone do Huba, a następnie poprzez interfejs komunikacyjny (multizłącze elektryczno-pneumatyczne – jeden interfejs zamiast 2 osobnych jak do tej pory) do stanowiska.

Z narzędzi wyłączono elektrozawory, które zostały zainstalowane po stronie stanowiska. Dzięki zastosowaniu Hub’ów IO-Link na przyrządzie zwiększono potencjalną ilość obsługiwanych czujników z 16 do 64 oraz możliwość obsługi do 4 siłowników z 2 dotychczasowych.

Jak to działa?

Główny sterownik wraz z komputerem przemysłowym stanowią bazę programową, a także zapewniają interfejs (wizualizację) do komunikacji z inżynierem zarządzającym. Zaproponowane oprogramowanie umożliwia tworzenie dowolnych programów kontrolno-montażowych dla produkowanych części za pomocą okienek, ikonek i przycisków (nie jest wymagana wiedza programistyczna, ani znajomość programu PLC).

Stworzyliśmy nowy standard elektropneumatycznego interfejsu i budowy narzędzi do produkcji. Stanowiska stały się terminalami, które za pomocą protokołu IO-Link obsługują całą komunikację z narzędziem. Jeden punkt centralny punkt sterowania zapewnia integralność danych i możliwość pracy w jednym czasie z tym samym programem na wielu stanowiskach.

Narzędzie montażowe może pracować na dowolnym stanowisku i będzie działać w taki sam sposób. Sytuacja awaryjna (uszkodzenie czujnika) może być szybko obsłużona, wykluczając dany czujnik z programu (nie dojdzie do zatrzymania procesu), a służby UR mogą w tym czasie dokonać naprawy lub wymiany.

Ponadto system gromadzi i wyświetla na stanowiskach oraz u kierownika zmiany podstawowe informacje o tym: jaka część jest produkowana na konkretnym stanowisku, czy produkcja jest w celu, liczbę wyprodukowanych części. Operator ma możliwość skorzystania z instrukcji elektronicznych dla konkretnego artykułu, a także na bieżąco otrzymuje informację, jakie czynności ma wykonać.

Dzięki temu rozwiązaniu narzędzia montażowe mogą być używane na różnych stanowiskach, a zmiany w procesie są teraz prostsze i bardziej responsywne. Problemy awaryjne można łatwo obejść, unikając długich przestojów. Dodatkowo, nowy system gromadzi i wyświetla kluczowe informacje o produkcji, umożliwiając operatorom lepszą kontrolę nad procesem.

Przykład firmy Profimat ukazuje, jak innowacyjne podejście do automatyzacji procesów montażu może przyczynić się do znaczącej poprawy efektywności produkcji w branżach o wysokoseryjnej i zmiennowariantowej produkcji. Centralne sterowanie, modułowość oraz wykorzystanie zaawansowanych interfejsów komunikacyjnych pozwoliło na usprawnienie procesu montażu, zwiększenie elastyczności i obniżenie kosztów, przynosząc konkretne korzyści dla klienta oraz otwierając drogę do dalszego wzrostu i innowacji.

O firmie

Profimat to innowacyjna firma, która od 15 lat działa w Gorzowie Wielkopolskim. Specjalizuje się w dziedzinie automatyki przemysłowej. Jej oferta obejmuje kompleksowe usługi projektowania, modelowania oraz produkcji różnego rodzaju narzędzi, stanowisk roboczych oraz maszyn specjalnych. Profimat wyróżnia się nie tylko bogatym portfolio projektów, ale także elastycznym podejściem do każdego zadania. Współpracując z klientami, firma oferuje rozwiązania dostosowane do ich indywidualnych potrzeb, zarówno w zakresie mechanicznym, jak i automatyki przemysłowej.

Dzięki swojej kompetencji i zorientowaniu na innowacje Profimat umożliwia klientom poprawę efektywności produkcji oraz osiągnięcie strategicznych celów w dynamicznym środowisku przemysłowym. Przykład opisany w tym case study to wyraźna ilustracja tego podejścia, w którym firma Profimat wykorzystała zaawansowane technologie, aby zrewolucjonizować proces montażu dla międzynarodowego lidera w sektorze motoryzacyjnym.