EN
Какво е система за роботизирано заваряване? Дефиниция, основна функция и значение в промишлеността
Системата за заваръчни роботи се състои от роботизирана ръка, източник на заваръчна енергия, заваръчен горелка и контролер/операционно програмно осигуряване, всички от които позволяват на заварчик да извършва автоматизирани заваръчни операции. За разлика от промишлените заваръчни машини, които все още изискват присъствието на оператор за наблюдение на заваръчния процес, системата за заваръчни роботи може да извършва заваръчни операции без надзор от страна на оператора. Основното предимство на системата за заваръчни роботи е възможността ѝ да изпълнява програмирани заваръчни операции с ниво на повтаряемост, което ръчната заварка не може да постигне. Системата за заваръчни роботи е способна да извършва дори хиляди повтарящи се заваръчни задачи и да поддържа минимална вариация между завършените задачи. Системата за заваръчни роботи може да извършва заваръчни задачи с постоянна проникнатост и с последователен, здрав заваръчен шев.
Съвременната индустрия има измеримо предимство от системата за заваръчни роботи, базирано на тези четири задължителни елемента на производството:
Производителност: Системата за заваръчни роботи може да изпълнява заваръчни задачи с 30 до 50 процента по-бързо от човешки заварчик. Освен това цикълът на работа на системата за заваръчни роботи е постоянен, тъй като системата не изпитва умора.
Качество: Постига се последователност на резултатите, а процентът на дефектите се намалява до 90 процента за заварки, които изискват висок обем.
Безопасност: Системата за заваръчни роботи изключва персонала от излагане на заваръчен дим, ултравиолетово излъчване и травми от повтарящи се натоварвания.
Възвръщаемост на инвестициите (ROI): Заваръчният робот намалява брака и необходимостта от надуржена работа и се окупява за период от 12 до 24 месеца, тъй като вече не е необходимо квалифицирано ръчно трудово време.
Комбинацията от тези фактори е причината заваръчната автоматизация да е станала неотделима част от инфраструктурата за създаване на конкурентно предимство на глобалния пазар за индустрии като автомобилостроенето, авиационната и космическата промишленост, както и производството на тежка техника.
Основни компоненти на система за заваръчни роботи: хардуер, софтуер и изисквания за интеграция
Системата за заваръчни роботи използва комбинация от специализирана хардуерна и софтуерна компонентна база за автоматизация на процесите на съединяване. Тези компоненти трябва да бъдат хармонизирани, за да осигурят оптимална безопасност, последователност и повтаряемост при изпълнението на заваръчните операции.
Основни хардуерни компоненти: роботизирана ръка, заваръчен източник на енергия, горелка, позиционер и система за безопасност
Роботизираните ръце, обикновено шестоосевите модели, които често виждаме, осигуряват типа движение, необходим за точно позициониране на заваръчните горелки там, където са нужни. Тези системи се свързват със специализирани заваръчни енергийни блокове, които контролират параметри като ниво на напрежение, сила на тока и форми на вълната, за да поддържат стабилен заваръчен лък през целия процес. По отношение на самите заваръчни материали, системата за горелка работи или с присадна жица за MIG-заваряване, или с онези специални непотребяеми електроди, използвани при TIG-заваряване, както и управлява подаването на защитен газ. Позиционерите за заготовки също имат роля в този процес, тъй като накланят или въртят детайлите, за да осигурят по-добър достъп до съединенията и да използват силата на гравитацията, когато е необходимо да се задържи заваръчна локвичка. Системата включва и мерки за безопасност: светлинни завеси, които блокират достъпа до зоната, аварийни спирачки, разположени стратегически, и огради около опасните зони. Всички тези мерки за безопасност отговарят на индустриалните стандарти, като ISO 10218-1 и ANSI/RIA R15.06, за да се гарантира безопасността на операторите, работещи с тази система.
Системите за управление на движението са свързани с управляващи панели за обучение, офлайн програмиране и симулация, както и с протоколи за обратна връзка в реално време.
Устройствата за ръчно програмиране позволяват програмиране на заваръчната траектория, като операторите могат директно да чертаят траектории в системата на работното място. Офлайн програмирането може да се извърши с помощта на софтуерни инструменти за симулация, като FANUC ROBOGUIDE и ABB RobotStudio. Те позволяват на инженерите да програмират и тестват надеждни траекторни планове, без да спират производствения процес за изпълнение на работния поток. Системите за управление на движението включват функции за адаптивна корекция на траекторията, които позволяват на системата автоматично да се нагажда към нееднородни части. Те извършват миниатюрни корекции по една или повече оси. EtherNet/IP и PROFINET са системи за обратна връзка и управление в реално време. Те следят и контролират напрежението и тока при дъгова заварка и шевна заварка в реално време. Те позволяват коригиране на заваръчните процеси, за да се постигне зададеното качество с точност ±0,1 мм. Съвременните софтуерни решения интегрират фиксирани машини и интелигентно оборудване, които реагират в реално време на нуждите на производствената площадка.
Автоматизирани процеси на заваряване: Избор на заваръчни процеси — Meter Wick jet, лазерно заваряване, съпротивително заваряване чрез точково заваряване; процесът в рамките на заваряването е съществена стъпка
Промишленият автоматизиран процес на заваряване, свързан със система за заваръчни роботи, оказва влияние върху качеството на продукта, скоростта на производството и експлоатационните разходи. За производството в големи обеми с дебели структурни стоманени и алуминиеви материали подходящо е заваряването с метална дъга (MIG). Заваряването с волфрамова дъга (TIG), което осигурява контрол върху дъгата и минимално разпръскване, е станало предпочитания метод в аерокосмическата, медицинската и други области, където се изисква висока прецизност при тънкостенни материали. При заваряването на контактни ленти за батерии в електрически автомобили, където критични са топлината и скоростта, предпочтителен е лазерният метод на заваряване, тъй като той може да бъде до 10 пъти по-бърз от традиционното дъгово заваряване. Автомобилната индустрия продължава да използва точковото съпротивително заваряване за изграждането на каросерии, тъй като за един автомобил могат да са необходими до 3500 отделни заваръчни точки, изпълнени с прецизен контрол върху времето и налягането в рамките на няколко милисекунди. При избора на подходящия заваръчен процес производителите трябва да вземат предвид материала за заваряване и дебелината на съединението, обема на производството, свойствата на заварявания материал и изискванията след заваряването.
Възможните архитектури на роботите включват: 6-оси ставни манипулатори, грантни системи и съвместно работещи роботи (коботи).
При избора на заваръчни роботи трябва да се вземат предвид някои фактори, като ограниченията в пространството, товароподемността и необходимото ниво на прецизност. Шестоосните ставни роботи са най-подходящи за сложни траектории. Помислете например за заваряване по периферията на тръби по протежение на тръбопроводите или за сглобяване на рамки за превозни средства. Тези машини могат да повтарят позиция с точност до 0,05 мм и разполагат с пълна манипулация на китката си. От друга страна, системите с портални конструкции предлагат различно решение. Въпреки че са изключително жестки, те могат да достигнат дължина до 15 метра. Те се използват за големи проекти, обхващащи множество строителни зони, като например изграждането на голяма вятърна турбина или кораб. Сътрудничещите роботи (коботи) са полезни за по-малки проекти, при които човек трябва да остане в обсега на ръцете си около работната зона. Коботите използват ограничени сили в ставите и са лесни за програмиране. Много работилници изобщо не изискват специално обучение за работа с тях. Често се извършва комбинирана инсталация от традиционни роботизирани ръце и моторизирани позиционери, които се въртят около тежки или необичайно формирани компоненти. Това осигурява добра гъвкавост, въпреки че все още е необходима внимателна планиране, тъй като товароподемността варира от 3 кг до 500 кг, а достигаемата далечина е между 1 и 4 метра в зависимост от конфигурацията.
Ключови фактори за успех при внедряването на система за заваръчни роботи
Интеграция на система за заваръчни роботи: Затваряне на разрива между хардуерното и софтуерното внедряване
Успехът при внедряването на системата зависи от това колко безпроблемно са съгласувани хардуерът и софтуерът. Всеки година списание Automation World отбелязва, че една трета от забавянията при инсталирането на роботи се дължат на проблеми, произтичащи от несъвместимост на хардуера. Компаниите трябва да извършват симулации с цифрови двойници, за да определят как техните контролери взаимодействат със сензори и заваръчно оборудване преди самия процес на инсталация. Например светлинните завеси изискват полеви изпитания за проверка на мерките за безопасност, а не лабораторни тестове. Приемането на модулен подход към стандартните протоколи е предимство. Използването на OPC UA заедно с логиката по стандарта IEC 61131-3 осигурява гъвкаво взаимодействие между компонентите на системата и позволява на производителите да поддържат своята система модулна и мащабируема по време на основните модернизации на техните фабрични автоматизирани системи. Въпреки това липсата на достатъчно планиране на интеграцията води до високи разходи, особено в заваръчната индустрия, и оставя множество проблеми.
Съображения относно персонала: обучение на операторите, подобряване на техническите умения за поддръжка и управление на промените
Новите системи са успешни само ако хората, които взаимодействат с тях, са готови. Служителите трябва да разбират целта на системата и да се адаптират към нейните технически изисквания. Операторите трябва да се чувстват удобно при използването на ръчно устройство за програмиране (teach pendant) и софтуер за програмиране. Техническият персонал за поддръжка трябва да разбира новия набор от умения, необходим за оценка на оставащия срок на експлоатация на мрежовите контролери. Работниците реагират положително на организационни преструктуризации. Някои компании дори отбелязаха, че чрез използването на междудисциплинарни методи за обучение е постигнато подобрение в скоростта на внедряване с 40 %. Честите, предварително планирани актуализации на настройките на системата осигуряват синхронизация между служителите и системата и подобряват експлоатацията в цялата организация. Служителите стават защитници на оперативните подобрения в рамките на системата.
Често задавани въпроси
Какво представлява система за заваръчни роботи?
Системата за заваръчни роботи е автоматизирано заваръчно решение, което интегрира софтуер, роботизирани манипулатори, горелки и заваръчни енергийни блокове.
Защо се използват системи за заваръчни роботи в промишлеността?
Системите за заваръчни роботи се използват в промишлеността поради подобренията в качеството, производителността, безопасността и възвръщаемостта на инвестициите (ROI), включително по-ефективно използване на времето и по-висока прецизност, както и намаляване на човешките грешки при приложения с голям брой заварки.
Какви са елементите на една автоматизирана заваръчна система?
Автоматизираната заваръчна система се състои от роботизирани манипулатори, заваръчни източници на енергия, заваръчни горелки, заваръчни позиционери и елементи за безопасност, както и от софтуер.
Кои заваръчни методи се автоматизират с тези системи?
В зависимост от изискваното качество, скорост и разходи за приложението, тези системи могат да се използват за автоматизация на MIG, TIG, лазерно и точково съпротивително заваряване.
Какви проблеми трябва да се решават при автоматизацията на заваръчните системи?
При внедряването на автоматизацията на системите за заваряване интеграцията, подготовката, съвместимостта на системите и управлението на промените на работното място имат най-голямо значение.