Subdodávateľ pre výrobcov nákladných aj osobných automobilov VDL Weweler v holandskom Apeldoorne chcel automatizovať transportné procesy vyžadujúce fyzickú námahu, ktoré však neprebiehajú v riadenom takte, ale vykonávajú sa na základe požiadavky produkčného systému. Firma vyrába listové pružiny, vzduchové tlmiče a špeciálne nápravy pre autobusy, nákladné autá a návesy. Výroba v sídle spoločnosti je z veľkej časti automatizovaná, pretože inak by sa im nepodarilo dosiahnuť požadovanú spoľahlivosť a schopnosť dodávať odberateľom Just-in-Time. Produkcia prebieha 24 hodín denne päť dní v týždni.
Zodpovední výrobní plánovači v závode pociťovali potrebu optimalizácie pre procesy transportu nosníkových prvkov a pruženia pre návesy. Tieto diely sa až do polovice roka 2015 presúvali medzi výrobou a lakovňou na paletových vozíkoch. Na konci výrobnej linky premiestňujú roboty nosníkové prvky a pruženia na regál, ktorý sa po naplnení zdvihne paletovým vozíkom a presunie na jednu z dvoch prijímacích staníc lakovacej linky. Tu diely opäť zdvíhajú roboty a zavesujú ich na dopravníkový pás smerujúci k lakovacej linke. Jeden prvok pruženia váži 35 kilogramov, na jednom regáli ich leží 6. Plne naložený paletový vozík tak prepravuje takmer 2 tony hmotnosti vrátane regálu.
Nepresný manuálny transport
Nevýhodou tohto riešenia bola veľká telesná záťaž na pracovníkov. Navyše neboli schopní pracovať s takou presnosťou ako automatizovaný vozík, čo s dvoma tonami nie je vôbec prekvapujúce. Stojany musia vždy stáť presne v návadzacom označení, aby mohli roboty nosníky položiť alebo zdvihnúť. Ak nestoja presne, roboty sa dostávajú do kolízie s regálom. Došlo by k ohnutiu stojanov, čo by malo za následok zastavenie výroby.
Zodpovední predstavitelia vo VDL Weweler sa preto rozhodli automatizovať transport naložených regálov. Lakovacia linka má okrem dvoch prijímacích staníc (A a B) aj dve odoberacie stanice (C a D). Hľadaný transportný systém sa nemôže riadiť žiadnym pevným taktom, pretože raz musí ísť regál z A do D, inokedy prázdny regál z C do A atď. „Transportné riešenie muselo byť čo najflexibilnejšie,“ hovorí Bert Eilander, vedúci výrobnej zmeny vo VDL Weweler.
Movexx a jeho AGV
S požiadavkou vývoja automatizovaného transportného riešenia sa VDL Weweler obrátil na špecialistu v tomto odbore Movexx International. Movexx je holandský výrobca priemyselných dopravných vozíkov vrátane mnohých na zákazku navrhnutých riešení a skúsenosti mal už aj s vývojom autonómnych vozíkov. Pre projekt vo VDL Weweler však musel kompletne vyvinúť nové riešenie.
„Viaceré vlastnosti vozíkov boli nové – jazda v oboch smeroch, hydraulická zdvíhacia plošina a extrémne nízka konštrukcia, aby sa dalo vojsť pod regál,“ vysvetľuje Andreas Versteeg, produktový manažér AGV riešení v Movexxe a tiež hlavný zodpovedný za vývoj vozíka pre VDL Weweler. AGV musí vedieť jazdiť v oboch smeroch, pretože z cieľových staníc dokáže iba vycúvať. Hydraulická plošina dvíha regál pred transportom dva centimetre nad podlahu.
Rozsiahla automatizácia od Turcku
Andreas Versteeg pri vývoji transportného vozíka oslovil už v prípravnej fáze spoločnosť Turck. Movexx nasadzoval od tohto výrobcu do svojich produktov donedávna senzoriku a LED svietidlá.
Najväčšou výzvou bolo obojsmerné ovládanie AGV vo výrobných priestoroch fabriky. Turck navrhol ovládanie na báze kombinácie RFID-kontrastný pás. Na podlahe výrobných hál sú vyznačené tri pásy, biely v strede a z každej strany jeden čierny. Pruhy na podlahe zameriavajú tri optické vlákna s troma zosilňovačmi a merajú úroveň jasu. Prahová úroveň je nastavená tak, že sa rozdiel medzi čiernou a bielou spoľahlivo rozozná. Pri pohybe vozíka po strede vidí pravé optické vlákno čiernu, stredné bielu a ľavé znova čiernu. Pri pravotočivej zákrute registruje pravý senzor bielu. Z toho AGV vie, že musí ísť po pravotočivej krivke. Riadenie odovzdáva príslušný ovládací signál akčným členom osi riadenia. AGV vozík sa týmto spôsobom pohybuje po svojich dráhach vo všetkých výrobných halách. Vzhľadom na to, že sa musí vedieť hýbať vpred aj vzad, sú zabudované dve osi riadenia aj dvojitá riadiaca senzorika.
RFID systém pre navádzanie k cieľu
Optické snímanie čiar je kombinované s RFID dátovými nosičmi, ktoré sú nalepené na podlahe na kľúčových miestach pozdĺž navádzacej linky. Prostredníctvom dátových nosičov na výhybkách AGV rozpoznáva, či má ísť ďalej alebo zataviť. Pomocou RFID tagov je tiež regulovaná rýchlosť pohybu vozíka. Pomalý režim sa vyžaduje pri jazde v zákrutách a pri pohybe v priestoroch prijímacích a odovzdávacích staníc, rýchly režim pri jazde rovno. Pri rýchlom režime si je potrebné predstaviť rýchlosť 1 km/h. To na prvý pohľad nevyzerá veľa, ale na jednej strane pre potreby samotnej aplikácie to plne postačuje a na druhej strane spĺňa zákonom stanovenú maximálnu rýchlosť pre AGV vozíky.
AGV vozík sa nerozhoduje sám. Inteligencia je obsiahnutá v sieťovom prepojení s nadradeným IMS systémom (Integrated Manufacturing System), ktorý dáva AGV pokyny, ku ktorému špecifickému miestu ísť. Logika AGV prekladá cieľ do čísla tagu a pri každom rozpoznanom tagu overuje, či má zastaviť, zdržať sa alebo zrýchliť. Riadenie vozíka pomocou RFID tagu rozpoznáva, kedy vozík dosiahne svoju cieľovú pozíciu. V nej zloží regál a odchádza na definovanú pozíciu mimo bunky, kde čaká na svoju ďalšiu úlohu. V prípade potreby IMS systém inštruuje AGV vozík, aby previezol prázdny regál späť do výrobnej haly. Okrem IMS systému môžu vozíku vydávať pokyny len operátori na kontrolnej stanici. Ak je batéria už takmer vybitá, upovedomuje ich o tejto skutočnosti SCADA systém. Operátori vydávajú AGV vozíku príkaz na dostavenie sa k nabíjacej stanici, kde vymenia prázdnu batériu za plne nabitú. Na vozíku sa nachádza HMI riadiaci panel VT250 od spoločnosti Turck. So systémom IMS komunikuje cez bezdrôtové TCP/IP spojenie a v pozícii Profibus mastera je v kontakte s bránou BL20, na ktorej vstupy a výstupy prichádzajú všetky signály vozíka.
Automatizácia z jednej ruky
Movexx pri technologickom vybavovaní transportných vozíkov čerpal z celého produktového portfólia Turcku. Popri spomínaných optických vláknach spolu so zosilňovačmi od partnerskej firmy Banner Engineering dodal Turck svoj kompaktný bezdotykový QR14 na snímanie uhlu na osi riadenia. Optické senzory detegujú zdvihnutie plošiny, kopulovité svietidlo K50 od Banner Engineering signalizuje prevádzkový stav a laserový bezpečnostný skener monitoruje, či sa na trase vozíka nenachádzajú nejaké predmety. Dátové nosiče a čítacie/zapisovacie hlavy na vozíku zaznamenávajú jeho polohu.
V tomto projekte Turck dokonca programoval riadenie vozíka. Kompletná navigácia, spracovanie dát zo senzorov a rozhrania k iným systémom vrátane komunikácie s nadradeným IMS systémom sa programovali cez Codesys panela VT250.
Výhoda systémového dodávateľa
To, že všetky produkty pochádzajú od jedného dodávateľa automatizácie veľa uľahčuje, nielen v súvislosti s programovaním, ale aj pre samotný Movexx ako zákazníka: „Mali sme už u nás na testovacie účely programovateľné komunikačné brány BL67 a BL20 a boli sme veľmi spokojní. Pre projekt s VDL Weweler sme oslovili aj iných dodávateľov riadiacich technológií. Napokon bolo kľúčové, že Turck mohol ponúknuť kompletné riešenie na automatizáciu AGV vozíkov. Z tohto dôvodu a tiež vďaka doterajšej pozitívnej skúsenosti sme sa preto rozhodli pre riešenie od spoločnosti Turck. Okrem toho som sa snažil vyhnúť tomu, aby pri viacerých firmách v prípade nejakej poruchy posúval jeden dodávateľ zodpovednosť na druhého,“ vysvetľuje Andreas Versteeg.
V pláne je automatizácia dodávky surovej ocele
Automatizáciu transportu nosníkov ohodnotil veľmi pozitívne aj samotný koncový zákazník VDL Weweler. Vedúci výroby oceňuje od spustenia AGV vozíkov predovšetkým pokojnejšiu a rovnomernejšiu produkciu. Pred tým bolo potrebné zakaždým zastaviť, opraviť a korigovať, ak robot nebol schopný odobrať dovezené diely, pretože ručný paletový vozík stál krivo resp. objavili sa iné chyby. Na základe tejto pozitívnej skúsenosti plánuje VDL Weweler automatizovať ďalšie transportné procesy. V pláne je sprevádzkovanie ďalšej výrobnej sekcie, odkiaľ sa musia diely prepravovať k lakovacej linke. Keďže v jednotlivých dávkach sa budú spracovávať rôzne typy dielov, musia byť pred tým dočasne uskladnené, čo sa bude opäť realizovať pomocou AGV vozíkov.
Okrem toho sa má prostredníctvom AGV automatizovať aj dodávka blokov surovej ocele zo skladu ku kováčskej peci. To si vyžaduje angažovať do projektu aj dodávateľa. Nič to však nemení na fakte, že VDL Weweler zaviedol vo svojej výrobe technológie, ktoré sa považujú za súčasť koncepcie Priemysel 4.0.
