Moderné manipulátory uľahčujú prácu operátorom v Kia Motors Slovakia

Spoločnosť MK-Tech, s. r. o., so sídlom v Čadci začínala pred ôsmimi rokmi predajom komunálneho náradia, pričom jeho väčšia časť smerovala do automobilového priemyslu. Neskôr k tomu pribudli dodávky strojárskych výrobkov a náhradných dielov podľa výkresovej dokumentácie, jednoúčelových strojov či prípravkov pre robotické pracoviská. Dopyt zo strany zákazníkov a vízia (majiteľa) prinášať komplexné riešenia boli dôvodmi na postupné rozširovanie ponúkaných produktov a služieb, ako aj personálny rast.
Moderné manipulátory uľahčujú prácu operátorom v Kia Motors Slovakia

Posledné roky sa niesli v znamení realizácie zákaziek pre významné spoločnosti z oblasti automobilového priemyslu etablované svojimi výrobnými závodmi aj na Slovensku. Z nich mali výsostné postavenie návrh a realizácia plnoautomatického, 60 m dlhého dopravníka na presun motorov a prevodoviek a najnovšie aj manipulátory na manipuláciu dverí, kolies či batérií pre žilinský výrobný závod Kia Motors Slovakia. V rámci našej redakčnej reportáže sme sa zamerali práve na moderné balančné manipulátory. O získaní tejto zákazky, technickom riešení a prednostiach manipulátorov pre operátorov vo výrobe sme sa porozprávali s Lukášom Michalíkom, riaditeľom spoločnosti MK-Tech, s. r. o.

Všetko pod jednou strechou

Získanie zákazky pre žilinský automobilový závod podporil fakt, že MK-Tech má pod jednou strechou zvládnutý vlastný vývoj a výrobu strojárskych dielov aj elektro častí či programovania, pri väčších zákazkách spolupracujú so svojimi subdodávateľmi. Na základe predchádzajúcej spolupráce sa Kia Motors Slovakia rozhodla zveriť realizáciu manipulátorov odborníkom z Čadce. Automobilka požadovala náhradu existujúcich manipulátorov, ktoré boli funkčne stavané na jednu konkrétnu hmotnosť. „Požiadavka bola dodať manipulátory schopné manipulovať s objektmi s rôznou hmotnosťou a polohovať ich,“ vysvetľuje na úvod stretnutia L. Michalík.

Inšpiráciou pri hľadaní vhodného riešenia bola výstava Motek v Stuttgarte, kde sa L. Michalík so svojím tímom zoznámil s podobným riešením, ktoré prezentovali nemecké firmy. Išlo o celé manipulačné zariadenia a nie jednotlivé komponenty, z ktorých by sa dalo zrealizovať aj konštrukčne iné vyhotovenie manipulátora. Zhodou okolností v uvedenom čase už mala spoločnosť Festo v ponuke novú generáciu servopneumatických balančných systémov, ktoré ponúkli adekvátne riešenie pre žilinskú automobilku.

Balančný systém Festo YHBP

Koncepcia balančného systému Festo s typovým označením YHBP (podrobnejší opis bol uvedený v ATP Journal 5/2018, pozn. red.) je založená na servopneumatickom princípe polohovania. Najväčším prínosom tohto systému je adaptabilita, teda automatické prispôsobenie sa dynamickej zmene záťaže. Reakcia a vyhodnotenie každej zmeny sú extrémne rýchle, dôsledkom čoho je práve komfortné polohovanie, keď stačí operátorovi zatlačiť na ovládaciu rukoväť silou nižšou ako 10 N aj pri najväčšom prípustnom zaťažení. Výhody systému sa prejavia najmä pri aplikáciách, kde treba manipulovať s množstvom predmetov s rôznou hmotnosťou, pri ktorých operátor rozdielnosť záťaže pri polohovaní prakticky nepocíti.

Balančný systém YHBP je zostava pre rôzne konštrukčné typy balancérov. Obsahom zostavy je servopneumatická balančná jednotka, rukoväť na intuitívne polohovanie, riadiaca jednotka s webovou vizualizáciou, odmeriavací systém a voliteľný pneumatický valec s možnosťou zdvihu až 1 000 mm. Systém je vhodný pre všetky štandardné kinematické štruktúry, ako je zdvižná stĺpová konštrukcia, kĺbový mechanizmus či paralelná kinematika. Jeho srdcom je práve servopneumatická balančná jednotka, ktorá zaisťuje polohovanie, priamo spracúva informáciu o žiadanej a aktuálnej polohe, komunikuje s riadiacim systémom a dohliada na celý systém aj z pohľadu bezpečnosti. „Ak by sme to mali zhrnúť, tak balančný systém Festo YHBP sme si vybrali pre jednoduchú a rýchlu adaptáciu na zmenenú hmotnosť, jednoduché ovládanie zo strany používateľa, ako aj pre celkovú spoľahlivosť systému,“ uvádza dôvody svojej voľby L. Michalík.

Ako pri každom strojnom zariadení, aj manipulátory vybavené balančným systémom Festo disponujú vysokou úrovňou ochrany a bezpečnosti. „Všetky rýchlosti aj sily preťaženia sa dajú individuálne nastaviť,“ vysvetľuje L. Michalík. Navyše v prípade výpadku energie zabezpečí riadiaci systém bezpečné odstavenie aj opätovný nábeh manipulátora.

Riešenia pre montážnu halu Kia Motors Slovakia

V rámci troch samostatných zákaziek pre Kia Motors Slovakia realizovala spoločnosť MK-Tech návrh, vývoj a výrobu troch typov manipulátorov – kolesového, dverového a batériového. „Treba si uvedomiť, že pri výrobnom takte jedného automobilu za menej ako jednu minútu si nemožno manipuláciu s ťažšími časťami, ako sú kolesá či dvere, predstaviť ručne, nakoľko pre operátora by to znamenalo za jeho pracovnú zmenu manipulovať s celkovou záťažou niekoľko ton. Preto sa na uvedené činnosti využívajú balančné manipulátory,“ vysvetľuje L. Michalík.

Kolesový manipulátor

Ide o špeciálne navrhnutý manipulátor na montáž kolies do automobilov Kia. „Výrobca automobilov požadoval manipulátor schopný pracovať so záťažou v rozmedzí 11 – 18 kg,“ upresňuje zadanie L. Michalík. Manipulátor má stĺpovú konštrukciu (jeden stupeň voľnosti) a je podvesený na podvesnom zariadení (dva stupne voľnosti). O vertikálny pohyb sa stará pneumaticky valec, pričom pracovný zdvih manipulátora je 400 mm. Operátor pomocou aktívnej rukoväte jemným pohybom dohora/nadol ovláda zdvih manipulátora s bremenom do 100 kg. Pri nakladaní kolies vznikajú rázy, a tak sa pri návrhu manipulátora kládol dôraz na odolnosť konštrukcie. Rameno manipulátora je preto vyrobené z nehrdzavejúcej ocele. Medzi výhody uvedeného manipulátora patrí použitie nového balančného systému od spoločnosti FESTO, možnosť výberu z dvoch režimov ovládania – balančný alebo polohový, ako aj už spomínaná odolná konštrukcia. Celá kabeláž je vedená vnútri ramena, vďaka čomu sa znižuje riziko pretrhnutia, resp. preseknutia kabeláže. Riešenie manipulátora je navrhnuté ako otvorený systém, čo uľahčuje údržbu, prípadne hľadanie problémov.

Riadiaci systém manipulátora je prepojený s riadením dávkovania kolies do vstupného zásobníka. „Prítomnosť kolesa v manipulátore sníma snímač. V prípade obsadenia manipulátora nepovolí riadiaci systém zásobníka pustiť ďalšie koleso na prevzatie,“ vysvetľuje koncepciu riešenia L. Michalík. Okrem toho si oddelenie údržby v Kia Motors Slovakia zrealizovalo prepojenie manipulátora na centrálny diagnostický a monitorovací systém, čo umožňuje pružne riešiť poruchové stavy či voliť intervaly údržby.

Dverový manipulátor

Dverový manipulátor je špeciálne navrhnutý na demontáž dverí automobilov Kia. Manipulátor má stĺpovú konštrukciu a okrem vertikálneho pohybu sa otáča okolo svojej osi (dva stupne voľnosti). Manipulátor je prichytený na podvesnom zariadení (dva stupne voľnosti). O vertikálny pohyb sa stará pneumatický valec, pričom pracovný zdvih manipulátora je 400 mm. Operátor pomocou aktívnej rukoväte jemným pohybom dohora/nadol ovláda zdvih manipulátora s bremenom do 100 kg. Okrem výhod, ktoré sme spomínali pri kolesovom manipulátore, sa podarilo v tomto prípade dosiahnuť zníženie jeho hmotnosti použitím konštrukcie z hliníka, čo prinieslo jeho lepšiu pohyblivosť a manévrovateľnosť.

Manipulátor s batériami pre hybridné automobily

Hybrid Battery Manipulator je ramenový manipulátor na manipuláciu s batériami, ktorého konštrukciu a funkčnosť kompletne navrhla spoločnosť MK-Tech. Operátor pomocou aktívnej rukoväte ovláda zdvih manipulátora. Pohyb zaobstaráva pneumatický valec zo zdvihom 250 mm, ktorý pomocou páky ramena mení zdvih manipulátora na 1 100 mm. Na konci ramena sa nachádza príruba, kde je upevnené rameno v tvare L s efektorom na uchopenie batérie. Príruba zabezpečuje ľahkú vymeniteľnosť celého ramena. Manipulátor má univerzálnu konštrukciu, čo ho predurčuje na použitie v rôznych aplikáciách. Navyše disponuje tromi stupňami voľnosti, ktoré sú nastaviteľné, prípadne sa dajú uzamknúť. Aktuálne sa manipuluje s batériami s hmotnosťou 13 kg, pričom maximálna nosnosť ramena je 50 kg.

Výzvy, riešenia a spokojnosť zákazníka

Jedna vec je systém manipulátora navrhnúť, druhá vec je jeho bezchybná funkčnosť v praxi. „Až po reálnych testoch a nasadení na mieste u zákazníka sme zistili, že časti manipulátora, ktoré vykazovali nejaký pohyb, vyžadovali zabezpečiť čo najmenšie trenie,“ vysvetľuje jednu z výziev pri návrhu a odlaďovaní systému L. Michalík. Vtedy možno vyladiť celý manipulátor tak, aby pracoval s čo najvyššou presnosťou. To sa v prípade riešenia manipulátorov pre Kia Motors Slovakia podarilo zabezpečiť aj vďaka výkonným, ľahkobežným pneumatickým valcom Festo s minimálnym trením. „V tomto smere majú výhodu zahraničné spoločnosti, ktoré podľa nám dostupných informácií predajú stovky svojich systémov. Vďaka tomu majú priestor na odladenie a finančné prostriedky na vývoj. U nás je to pri predaji 10 systémov ročne skoro nemožné,“ vysvetľuje L. Michalík.

Po približne ročnej prevádzke manipulátorov sa napriek vysokej frekvencii výroby áut v žilinskom závode neobjavili žiadne závažnejšie problémy. „Na vyžiadanie operátorov sme v prvom mesiaci po dodaní dodatočne urobili len niektoré nastavenia manipulátorov tak, aby práca s nimi bola čo najpohodlnejšia,“ konštatuje s hrdosťou L. Michalík. V minulosti operátori používali balančný systém s iným spôsobom manipulácie s predmetmi. Preto bolo potrebné po nasadených modernejších manipulátorov zaškoliť operátorov na prácu s nimi. „Museli si na to zvyknúť, ale z viacerých následných návštev máme len pozitívnu spätnú väzbu a operátori si nový systém chvália. V porovnaní s predchádzajúcim systémom im nové manipulátory ešte viac zjednodušujú prácu s ťažkými kolesami či dverami.“

Dopyt po moderných manipulátoroch rastie

K doterajším štyrom dverovým, dvom kolesovým a jednému batériovému manipulátoru postavených na balančnom systéme Festo YHBP by do konca tohto roka mal pribudnúť ešte jeden. „Avšak dopytov aj od iných zákazníkov na takéto manipulátory evidujeme ďalších desať,“ hovorí L. Michalík. „Dnes sú firmy v pozícii, že musia pomerne často prispôsobovať produkty svojim zákazníkom. Preto nejaké jednoúčelové riešenia aj v oblasti manipulátorov nie sú z hľadiska perspektívy až také prínosné. Sme radi, že ako vývojová a konštrukčná firma dokážeme najmä výrobným podnikom ponúknuť moderné, spoľahlivé a hlavne flexibilné riešenie na manipuláciu s rôznymi hmotnosťami v jednom zariadení. Čoraz prísnejšia legislatíva týkajúca sa bezpečnosti a ochrany zdravia pri práci dáva zelenú práve takýmto moderným riešeniam. Navyše nepoznáme inú firmu, ktorá by ponúkala komplexnejšie riešenie s toľkými možnosťami, ako je Festo.“ Veľkou výhodou je aj dostupnosť náhradných dielov vo vlastnom sklade, ktorým Festo na Slovensku disponuje. „Významná bola aj podpora technikov tejto spoločnosti v začiatočných fázach projektu, nakoľko sme sa so systémom museli oboznámiť.“

K doterajším zákazníkom MK-Tech, ako sú Kia Motors Slovakia, Hyundai Motor Manufacturing Czech, Mobis Slovakia, Mobis Automotive Czech, Akebono Brake Slovakia, Alliance Laundry CE či Atlas Copco Tools Eastern Europe pribúdajú ďalší. Už v priebehu tohto roku bude spoločnosť pracovať na návrhoch a dodávke spomínaných manipulátorov, ako aj pracovísk s využitím robotov v ďalších podnikoch.

Ďakujem spoločnosti Kia Motors Slovakia za možnosť realizácie reportáže, Lukášovi Michalíkovi z MK-Tech, s. r. o., a Ľubomírovi Jankechovi z Festo, spol. s r. o., za poskytnuté technické informácie.