EN
Що таке система зварювальних роботів? Визначення, основна функція та значення в промисловості
Система зварювального робота складається з роботизованої руки, джерела зварювального струму, зварювального пальника та контролера/програмного забезпечення для керування, що разом дозволяє зварювальнику виконувати автоматизоване зварювання. На відміну від промислових зварювальних апаратів, які все ще вимагають присутності оператора для контролю процесу зварювання, система зварювального робота може виконувати зварювальні операції без нагляду оператора. Основна перевага системи зварювального робота полягає в тому, що вона виконує запрограмовані зварювальні операції з такою повторюваністю, якої неможливо досягти при ручному зварюванні. Система зварювального робота здатна виконувати навіть тисячі однакових зварювальних завдань і забезпечувати мінімальні відхилення між виконаними завданнями. Система зварювального робота забезпечує зварювальні операції з постійною глибиною проплавлення та стабільним, міцним зварним з’єднанням.
Сучасна промисловість отримує вимірну користь від системи зварювального робота на основі цих чотирьох обов’язкових вимог виробництва:
Продуктивність: Система зварювального робота може виконувати зварювальні завдання на 30–50 % швидше, ніж людина-зварник. Крім того, цикловий час системи зварювального робота є постійним, оскільки система не втомлюється.
Якість: Досягається стабільність результатів, а частка браку знижується до 90 % для зварних швів, що вимагають високого обсягу виробництва.
Безпека: Система зварювального робота виключає перебування персоналу в умовах впливу зварювального диму, ультрафіолетового випромінювання та повторюваних травм опорно-рухового апарату.
Повернення інвестицій (ROI): Зварювальний робот зменшує кількість браку та необхідність понаднормової роботи й окуповує себе протягом 12–24 місяців, оскільки раніше потрібна кваліфікована робоча сила тепер не вимагається.
Саме поєднання цих факторів є причиною того, що автоматизація зварювання стала невід’ємною частиною інфраструктури для створення конкурентних переваг на глобальному ринку в галузях від автомобільної та авіакосмічної промисловості до виробництва важкої техніки.
Ключові компоненти системи зварювального робота: апаратне забезпечення, програмне забезпечення та вимоги до інтеграції
Система зварювального робота використовує поєднання спеціалізованого обладнання та програмного забезпечення для автоматизації процесів з’єднання. Ці компоненти мають бути узгоджені, щоб забезпечити оптимальну безпеку, стабільність та повторюваність під час зварювання.
Основне обладнання: маніпулятор-робот, джерело зварювального струму, зварювальна горілка, позиціонер та система безпеки
Роботизовані манипулятори, зазвичай шестивісні моделі, які ми так часто бачимо, забезпечують рух, необхідний для точного позиціонування зварювальних пальників у потрібному місці. Ці системи підключаються до спеціалізованих зварювальних джерел живлення, що керують такими параметрами, як рівень напруги, сила струму та форма хвилі, щоб підтримувати стабільність зварювальної дуги протягом усього процесу. Щодо самих зварювальних матеріалів, система пальників використовує або наповнювальний дріт для зварювання MIG, або спеціальні неплавкі електроди для зварювання TIG, а також регулює подачу захисного газу. Позиціонери виробів також відіграють важливу роль: вони нахиляють або обертають деталі, щоб забезпечити кращий доступ до з’єднань і використовувати силу тяжіння при формуванні зварювальної ванночки. Безпека закладена в систему у вигляді світлових завіс, що блокують доступ до робочої зони, аварійних кнопок зупинки, розміщених у стратегічно важливих місцях, та огорож навколо небезпечних зон. Усі ці заходи безпеки відповідають промисловим стандартам, зокрема ISO 10218-1 та ANSI/RIA R15.06, щоб забезпечити безпеку користувачів, які працюють із системою.
Системи керування рухом поєднуються з навчальними пультами, офлайн-програмуванням і симуляцією, а також протоколами зворотного зв’язку в реальному часі.
Пульты керування дозволяють програмувати траєкторію зварювання, даючи операторам змогу безпосередньо наносити траєкторії на систему прямо на робочому місці. Програмування поза лінією можна виконувати за допомогою програмного забезпечення для імітації, наприклад FANUC ROBOGUIDE та ABB RobotStudio. Це дозволяє інженерам програмувати й тестувати надійні траєкторії без зупинки виробничого процесу для виконання робочих завдань. Системи керування рухом включають функції адаптивної корекції траєкторії, що забезпечують автоматичне регулювання системи при роботі з неоднорідними деталями. Вони вносять незначні корективи вздовж однієї або кількох осей. EtherNet/IP та PROFINET — це системи зворотного зв’язку та керування в реальному часі. Вони відстежують і контролюють напругу дугового зварювання та шва, а також струм у реальному часі. Це дозволяє коригувати процеси зварювання для досягнення заданої якості з точністю ±0,1 мм. Сучасні програмні рішення інтегрують стаціонарне обладнання та «розумне» устаткування, яке в реальному часі реагує на потреби виробничої дільниці.
Автоматизовані процеси зварювання: вибір процесів зварювання — Mетеr Wік jet, лазерне, контактне зварювання; процес зварювання є важливим етапом у процесі зварювання
Промисловий автоматизований процес зварювання, пов’язаний із системою зварювального робота, впливає на якість продукції, швидкість виробництва та експлуатаційні витрати. Для високосерійного виробництва з використанням товстої конструкційної сталі та алюмінію підходить зварювання методом MIG. Зварювання методом TIG, що забезпечує контроль над дугою та мінімальне розбризкування, стало переважним методом у авіакосмічній, медичній галузях та для інших точних тонкостінних матеріалів. Для зварювання виводів акумуляторів у електромобілях (EV), де критично важливі тепловий вплив та швидкість, переважним методом є лазерне зварювання, оскільки воно може бути в 10 разів швидшим за традиційне дугове зварювання. Автомобільна промисловість продовжує використовувати опірне точкове зварювання для виготовлення кузовів автомобілів, оскільки для одного автомобіля може знадобитися до 3500 окремих зварних точок, виконаних із точним контролем часу та тиску протягом мілісекунд. При виборі відповідного методу зварювання виробники мають враховувати матеріал для зварювання та товщину з’єднання, обсяг виробництва, властивості зварювального матеріалу та вимоги до зварного з’єднання після зварювання.
Варіанти архітектури роботів включають: 6-осеві шарнірні манипулятори, системи типу «портал» та співпрацюючі роботи (коботи).
При виборі зварювальних роботів необхідно враховувати такі фактори, як обмеження простору, вантажопідйомність та необхідний рівень точності. Найкраще для виконання складних траєкторій підходять шестивісні шарнірні роботи. Наприклад, це може бути зварювання кільцевих швів труб уздовж траси прокладання труб або збирання рам для транспортних засобів. Такі машини здатні повторювати положення з точністю до 0,05 міліметра й забезпечують повну маніпуляцію зап’ястям. З іншого боку, портальні системи пропонують інші можливості. Хоча вони мають високу жорсткість, їх довжина може сягати приблизно 15 метрів. Їх використовують у великих проектах, що охоплюють кілька будівельних ділянок, наприклад, при спорудженні великої вітрової електростанції або корабля. Співпрацюючі роботи (коботи) корисні для менших проектів, де людина повинна перебувати в межах досяжності робочої зони. Коботи працюють із обмеженими силами у суглобах та легко програмуються. Багато майстерень можуть використовувати їх без спеціального навчання. У багатьох установках поєднують традиційні роботизовані манипулятори з моторизованими позиціонерами, що обертають важкі або неправильної форми деталі. Це забезпечує хорошу гнучкість, хоча й надалі потрібне ретельне планування, оскільки вантажопідйомність варіюється від 3 кг до 500 кг, а досяжність — від 1 до 4 метрів залежно від конфігурації.
Ключові фактори успіху при впровадженні системи зварювального робота
Інтеграція системи зварювального робота: усунення розриву між розгортанням апаратного та програмного забезпечення
Успіх розгортання системи залежить від того, наскільки безшовно узгоджуються апаратне та програмне забезпечення. Щороку журнал Automation World вказує на те, що одну третину затримок при встановленні роботів спричиняють проблеми, пов’язані з несумісністю апаратного забезпечення. Компанії повинні проводити цифрові двійники для визначення того, як їх контролери взаємодіють із датчиками та зварювальним обладнанням до початку процесу встановлення. Наприклад, світлові завіси вимагають польових випробувань для перевірки заходів безпеки замість лабораторних тестів. Застосування модульного підходу до стандартних протоколів є вигідним. Використання OPC UA разом із логікою стандарту IEC 61131-3 забезпечує гнучке спілкування між компонентами системи, що дозволяє виробникам зберігати свою систему модульною та масштабованою протягом основних оновлень автоматизації їхніх заводів. Однак недостатнє планування інтеграції тягне за собою високі витрати, особливо у зварювальній промисловості, породжуючи велику кількість проблем.
Аспекти робочої сили: підготовка операторів, підвищення кваліфікації персоналу з технічного обслуговування та управління змінами
Нові системи досягають успіху лише за умови, що ті, хто з ними взаємодіє, готові до їх використання. Працівники повинні розуміти призначення системи й адаптуватися до її технічних вимог. Оператори повинні відчувати себе впевнено під час роботи з навчальним пультом і програмним забезпеченням для програмування. Персонал з технічного обслуговування повинен зрозуміти новий набір навичок, необхідних для оцінки терміну експлуатації мережевих контролерів. Працівники позитивно реагують на організаційне переформатування. Деякі компанії навіть відзначили, що швидкість впровадження зросла на 40 % завдяки застосуванню міждисциплінарних методів навчання. Регулярні, заплановані оновлення параметрів системи забезпечують синхронізацію між працівниками та самою системою й покращують експлуатацію в масштабах усього підприємства. Працівники стають прихильниками операційних поліпшень у рамках системи.
Часті запитання
Що таке система зварювального робота?
Система зварювального робота — це автоматизоване рішення для зварювання, що інтегрує програмне забезпечення, роботизовані манипулятори, комплектації горілки та джерела живлення для зварювання.
Чому системи зварювальних роботів використовуються в промисловості?
Системи зварювальних роботів використовуються в промисловості завдяки покращенню якості, продуктивності, безпеки та рентабельності інвестицій, у тому числі ефективності витрат часу й точності, а також зменшенню людських помилок у застосуваннях із великою кількістю зварних швів.
Які елементи входять до складу автоматизованої зварювальної системи?
Автоматизована зварювальна система складається з роботизованих манипуляторів, джерел живлення для зварювання, зварювальних горілок, позиціонерів для зварювання та елементів безпеки, а також програмного забезпечення.
Які методи зварювання автоматизуються за допомогою цих систем?
Залежно від необхідної якості, швидкості та вартості застосування ці системи можуть використовуватися для автоматизації зварювання MIG, TIG, лазерного зварювання та опорного точкового зварювання.
Які проблеми слід враховувати при автоматизації зварювальних систем?
Під час впровадження автоматизації зварювальних систем особливо важливими є інтеграція, навчання, сумісність систем та управління змінами на робочому місці.