Priemyselné, kartézske aj kolaboratívne – roboty sa v ZKW nenudia

Spoločnosť ZKW ako globálny partner automobilového priemyslu je špecialista na inovatívne prémiové svetelné systémy a elektroniku. Koncern vyvíja a vyrába komplexné prémiové osvetlenie a elektronické moduly pre medzinárodných výrobcov automobilov pomocou najmodernejších výrobných technológií.
Priemyselné, kartézske aj kolaboratívne – roboty sa v ZKW nenudia

Výstavba slovenského závodu sa začala v Krušovciach v roku 2006 a odvtedy prešla významným rozvojom. Závod v Krušovciach s viac ako 2 500 zamestnancami je dnes ako najväčší zamestnávateľ v nitrianskom kraji po závode v dolnorakúskom Wieselburgu druhým najväčším výrobným závodom spoločnosti ZKW. V ZKW Slovakia však prebieha nielen výroba, ktorá sa prevažne zameriava na hlavné a hmlové svetlá, ale aj samotný vývoj nových osvetľovacích systémov.

Nové projekty vyžadujú rozširovanie

Aktuálne prebieha v spoločnosti ZKW Slovakia, s. r. o., najväčšie a najnákladnejšie stavebné rozširovanie v 80-ročnej histórii koncernu, ktoré bolo spustené slávnostným výkopom 27. septembra 2018. Ide o rozšírenie priestorov o cca 37 500 m2. Aktuálne vyrába závod na ploche 42 000 m2 a na ďalšej prenajatej skladovacej ploche cca 14 500 m2. Stavebným rozšírením sa výrobná plocha takmer zdvojnásobí. V súvislosti s rozširovaním sa súbežne optimalizujú aj procesy a organizácia, aby si spoločnosť udržala dlhodobú konkurencieschopnosť.

K novej výrobnej ploche pribudne aj nová administratívna časť so školiacim strediskom, veľkopriestorové kancelárie a priestory pre závodného lekára. Okrem plánovanej integrácie 45 vstrekovacích strojov sa v budúcnosti budú v závode vyrábať aj plastové šošovky a moduly. Celková investícia na budúce tri roky je naplánovaná na približne 155 mil. eur.

Rozmanitosť sofistikovaných technológií

Moderný svetlomet sa skladá najmä z plastových prvkov, či už ide o konštrukčné, nosné, alebo pohyblivé nastavovacie komponenty. Samostatnú skupinu tvoria optické predné časti, paraboly a reflexné optické alebo dizajnové komponenty.

Výrobný proces v ZKW Slovakia, s. r. o., pozostáva z niekoľkých fáz. Vstrekovanie plastov zabezpečuje 73 vstrekolisov Engel s tlačnou silou 50 – 1 700 t. Povrchovú úpravu plastov, t. j. pokovovanie hliníkom, má na starosti 10 pokovovacích zariadení Arzuffi a jedno pokovovacie zariadenie Sputter. Následne sa na štyroch automatických linkách vykoná lakovanie, vytvrdzovanie plastov lakom a UV žiarením a do procesu sa zapája aj jedna ručná lakovňa. Vo finálnej fáze sa na 180 montážnych linkách, ktorých riadenie má pod palcom riadiaci systém Simatic od spoločnosti Siemens, vyskladá svetlomet z plastových častí a doplnkovej elektroniky, ktorú vyrába divízia ZKW Elektronik. „Aby bol obraz úplný, treba spomenúť, že do celého procesu je zaradených aj 144 robotov od výrobcov ABB, Fanuc, Engel a Universal Robots,“ dokresľuje túto paletu technológií Martin Šesták, vedúci oddenia robotiky a automatizácie v spoločnosti ZKW Slovakia.

Od priemyselnej až po kolaboratívnu robotiku

Počas augustovej redakčnej návštevy v ZKW Slovakia sme sa zamerali špeciálne na využívanie a prínosy robotiky v rámci jednotlivých výrobných fáz. V nadväznosti na firemné štandardy ZKW sa aj v slovenskej dcére používajú priemyselné roboty od ABB, kartézske roboty Engle, pričom Slováci si osvojili aj roboty Fanuc a kolaboratívne roboty od Universal Robots. Začiatkom tohto roku boli v ZKW Slovakia nahradené najstaršie priemyselné roboty z 80. rokov minulého storočia za moderné typy. Nie preto, že by už vykazovali vysokú chybovosť, ale výrobcovia prestali poskytovať podporu z hľadiska ich náhradných dielov.

Aj to je príklad toho, že roboty predstavujú tú stabilnejšiu časť technológií. „V porovnaní s inými časťami výrobnej technológie sú roboty najmenej náchylné na zlyhanie. Práve vysoká spoľahlivosť je dôvodom, prečo sa roboty v moderných fabrikách presadzujú čoraz častejšie,“ konštatuje Ing. Marek Kúdela, riaditeľ výroby v spoločnosti ZKW Slovakia. To, že roboty v ZKW vykazujú výborné parametre z hľadiska MTBF, je aj preto, lebo sú dimenzované presne podľa potrieb danej aplikácie a nie sú zbytočne preťažované.

„Napriek tomu, že v prvých fázach môžu zamestnanci prijímať nasadenie robotizovaného pracoviska s rozpakmi, postupom času sa naplno prejavia jeho prínosy a sú akceptovanou súčasťou výrobnej technológie,“ dopĺňa Ing. Martin Černák, manažér inžinieringu pre povrchové úpravy.

Vstrekovanie plastov

Na úseku výroby plastových komponentov sa robotika využíva najmä na manipuláciu a odoberanie dielov z formy vstrekolisov, presun cez predpísané operácie a úkony a následne na ukladanie dielov na dopravníkový systém na ďalšie spracovanie. Tri veľké vstrekolisy sú vzájomne prepojené s automatizovanou lakovňou dopravníkovým systémom od firmy Servus, ktorá ho navrhla a skonštruovala presne podľa potrieb ZKW. Po vstreknutí robot ABB odoberie výlisky a prenesie ich k stanovisku s plazmou. Horáky s plazmou v prvom rade vypália mikrovlásočnice, ktoré ešte po vylisovaní na povrchu svetlometu zostali, a plazma zároveň predpripraví svetlomet na následnú povrchovú úpravu. Pred odchodom z tejto časti linky sa ešte pomocou ionizácie zabezpečí, že sa na povrchu svetlometu nebude usadzovať nežiaduci prach. Následne robot preloží takto pripravený diel na tzv. temperačnú tácku, ktorá presne kopíruje daný tvar predného skla svetlometu.

Dôvodom nasadenia robotiky v tejto časti bola najmä eliminácia vstupu človeka do priestoru so zvýšenou teplotou a zlepšenie bezpečnosti pracovísk.

Lakovanie

Niektoré plastové časti sa následne povrchovo upravujú, a to lakovaním alebo pokovovaním. Aj tu má robotika svoje pevné miesto. „Procesy v prvej lakovni, s ktorou ZKW Slovakia začínala, vykonávali sa ručne. Prvým krokom k automatizácii bolo práve nasadenie robota na úseku nanášania laku, pričom v súčasnosti sa už pridali ďalšie roboty zabezpečujúce aj samotné nakladanie dielov na lakovací otočný stôl a odoberanie dielov z neho,“ vysvetľuje M. Černák.

Nanášanie číreho laku striekaním vykonáva šesťosový robot Fanuc 250iB P s ochranným krytím vo vyhotovení do výbušného prostredia. Každý diel, ktorý na lakovanie prichádza, má na svojom nosiči RFID značku, ktorú riadiaci systém robota zosníma a tomu prispôsobí aj lakovací program a trajektóriu pohybu. Po nalakovaní prenesie robot Fanuc radu M diel na dopravníkový pás, ktorý presunie nalakovaný diel na ďalšiu operáciu. „Vzhľadom na to, že ide o prostredie s prítomnosťou chemických látok, bolo vytvorenie robotizovaného pracoviska podstatným prínosom z hľadiska ochrany zdravia pracovníkov. Navyše sa vďaka robotizácii podarilo zvýšiť čistotu na pracovisku, ktorú v minulosti zaťažovali mikronečistoty prinášané do priestoru samotnými zamestnancami na odeve a obuvi,“ konštatuje M. Šesták.

Montáž

V rámci montážnych liniek sa robotika využíva hneď na niekoľko činností. Nanášanie lepidla (tmelu) do drážky, spájanie nosnej a optickej časti, manipuláciu s jednotlivými komponentmi, ktoré sa pri montáži svetlometu používajú, či kolaboratívne aplikácie človek – robot využívané pri skrutkovaní. V rámci našej reportáže sme sa podrobnejšie pozreli na dve linky, kde sa vďaka robotike darí dosahovať vysoké výkonové a kvalitatívne parametre.

Linka 652

Ide o linku s veľkosériovou výrobou menšieho svetla na osvetlenie ŠPZ rádovo v miliónoch kusov. „V prípade tejto linky je veľmi dôležitá vysoká opakovateľnosť a rýchlosť manipulácie s jednotlivými komponentmi. Tieto požiadavky nebolo možné efektívne vyriešiť inak ako nasadením dvoch malých priemyselných robotov ABB IRB120,“ hovorí M. Šesták.

Linka 796

Na linke sa vyrábajú svetlomety Matrix pre automobil Opel Astra. Svetlomet sa postupne skladá z dielov, pričom v záverečnej fáze sa nachádza robotizované pracovisko, ktoré spája základný diel pozostávajúci z komponentov vyrobených priamo v ZKW, resp. nakúpených u tretích strán s optikou.

Nanášanie lepiaceho tmelu pomocou robota, ktorý bol naprogramovaný tradičným spôsobom v pevnej dráhe, nie vždy vyhovovalo tolerančnému pásmu v rozsahu tvarovej či rozmerovej variability plastových dielov, vyplývajúcej z charakteru technológie vstrekovania plastov, ktoré sú súčasťou svetlometu,“ vysvetľuje M. Černák. To sa týka aj tzv. housingu svetlometu, v ktorom sa nachádza aj lepiaci kanálik, do ktorého sa na robotizovanom pracovisku umiestňuje predná časť svetlometu z číreho plastu. Tento problém s variabilitou sa podarilo vyriešiť v spolupráci s firmou Areko, spol. s r. o., ktorá navrhla riešenie s využitím 3D optického skenera umiestneného priamo na ramene robota. „V pôvodnom riešení robot prechádzal stále rovnakou naprogramovanou trajektóriou a nezohľadňoval variabilitu lepiaceho kanálika, kvôli čomu sa v niektorých prípadoch nepodarilo naniesť správne lepidlo a nedosahovalo sa kvalitné spojenie housingu a prednej časti svetlometu,“ objasňuje dôvody hľadenia účinného riešenia M. Šesták.

Pri novom riešení v prvom kroku robot prechádza ponad housing a pomocou optického skenera zosníma reálny tvar lepiaceho kanálika. Na základe zosnímaných údajov si riadiaci systém robota adaptívne a v reálnom čase upravuje trajektóriu robota, čím sa dosahujú lepšie výsledky pri nanášaní lepidla a tým aj celková kvalita spoja medzi housingom a prednou časťou svetlometu. Okrem toho sa podarilo odstrániť aj kolízie nástrojov robota s housingom a následné prestoje daného pracoviska. Tak ako pri všetkých iných robotoch, aj v tomto prípade je medzi samotným nástrojom a ramenom robota umiestnená antikolízna ochrana všetkých troch osí od spoločnosti SCHUNK. Ak sa pri skenovaní zistí lepiaci kanálik nachádzajúci sa z hľadiska tvaru alebo rozmeru mimo predpísanej tolerancie, v ďalšej operácii sa nepokračuje a celý housing je vyradený mimo linku. Robot ABB IRB2600 má okrem optického skenera na svojom ramene inštalovaný aj opaľovací systém a lepiacu ihlu na nanášanie lepidla.

„Využitie 3D optického skenera je zatiaľ v skúšobnej prevádzke, ale už teraz sa ukazuje jeho prínos pri zvyšovaní kvality aj efektivity celého procesu,“ konštatuje M. Šesták.

Pracoviská s kolaboratívnymi robotmi

V ZKW Slovakia sú nasadené štyri kolaboratívne roboty, ktoré pomáhajú s manipuláciou, skrutkovaním a pod. Jednou z aplikácií je aj nasadenie kolaboratívneho robota UR5 pri preberaní dielu, ktorý operátor naloží na predpísanú pozíciu. UR5 ho následne prevezme a presunie na ďalšie robotizované pracovisko. Nasadenie kolaboratívneho robota umožnilo zefektívniť túto časť montážneho procesu, nakoľko pri zakladaní, resp. preberaní dielu nebolo potrebné zastavovať chod linky. Realizátorom riešenia bola spoločnosť Bizzcom, spol. s r. o. Po dodaní celého riešenia sa za približne dva roky prevádzky nevyskytli žiadne závažnejšie poruchy a aj výkon údržby bol len minimálny. „Vzhľadom na jednoduchosť ovládania a programovania sme si sami dokázali upraviť činnosť robota podľa potreby,“ vyzdvihuje prínosy kolaboratívnych robotov M. Šesták.

Spolupráca so slovenskými dodávateľmi

Na vývoji, dodaní a nasadení viacerých automatizovaných liniek vrátane robotizovaných pracovísk do produktívnej prevádzky sa podieľa aj niekoľko slovenských dodávateľov. „Celý proces integrácie v našej spoločnosti koordinuje oddelenie Inžinieringu, ktoré v spolupráci s montážnymi technikmi pripravuje špecifikácie zadania a očakávaných výsledkov. Skúsenosti, ktoré nadobudli počas rokov praxe, sa premietajú do zadaní a posúvajú tak úroveň dodávaných zariadení a liniek na čoraz vyššiu úroveň. Aktuálne takto spolupracujeme s niekoľkými slovenskými dodávateľmi,“ konštatuje M. Kúdela. Tí majú priestor na kreativitu pri tvorbe riešení a prínosom je aj to, že často využijú svoje skúsenosti aj z iných projektov.

Prínosy nasadenia robotizovaných pracovísk

Spoľahlivosť samotných robotov je mimoriadne vysoká. V porovnaní s mnohými inými časťami technológií, ktoré sa často vyrábajú na zákazku, sú roboty aj trojnásobne spoľahlivejšie. Z pohľadu údržby tiež vyžadujú len minimálne zásahy. Druhá vec je, že každý podnik by mal mať na prácu s robotmi vyškolených pracovníkov, ktorí dokážu naplno využiť potenciál týchto technológií.
„Z hľadiska činností, ktoré roboty vykonávajú, sú v porovnaní s manuálne vykonávanými operáciami niekoľkonásobne lepšie, a to z hľadiska dosahovanej kvality, opakovateľnosti, rýchlosti a pod. V rámci ZKW Slovakia je robotika aj jedným, aj keď nie jediným nástrojom na riešenie nedostatku kvalifikovaného personálu,“ dodáva M. Kúdela.

Perspektívy ďalšieho rozvoja v oblasti robotiky

Z hľadiska princípu výroby svetla je naďalej veľký priestor na zlepšenie logistických operácií pri presune komponentov medzi jednotlivými pracoviskami a technológiami. Veľkú perspektívu budú mať v ZKW Slovakia aj spoločné pracoviská operátorov s kolaboratívnymi robotmi, keď sa preukázal ich reálny prínos na štyroch pilotných pracoviskách. Nové pracoviská s priemyselnými aj kolaboratívnymi robotmi s vyšším podielom automatizácie pribudnú aj v dvoch novopostavených výrobných halách, kde sa bude ZKW zameriavať najmä na výrobu svetlometov pre úplne nové modely áut a náhradných dielov svetlometov pre existujúce modely.

Podľa vízie spoločnosti Priekopnícke prémiové svetelné a elektronické systémy spoločnosti ZKW pre všetky koncepty mobility globálneho automobilového priemyslu je jej primárnym cieľom vyrábať technologicky vyspelé výrobky najvyššej kvality a zrýchľovať vývoj inovatívnych kompletných svetelných systémov. V napĺňaní tejto vízie ZKW bude mať svoje nezastupiteľné miesto aj v nasledujúcich rokoch pokročilá automatizácia a robotika.

Ďakujeme spoločnosti ZKW Slovakia, spol. s r. o., za možnosť realizácie reportáže a Marekovi Kúdelovi, Martinovi Šestákovi a Martinovi Černákovi za poskytnuté technické informácie.