Prečo vôbec došlo k tomu, že sa v procese zvárania začali využívať automatizačné a robotické riešenia?
J. Nagy: Jedným z dôležitých faktorov je potreba opakovanej, norme zodpovedajúcej vysokej kvality zvarových spojov spolu s vysokou produktivitou zváracieho procesu a samozrejme so zámerom zníženia výrobnej ceny produktu. Zásadným faktorom, ktorý sa navyše s pribúdajúcim časom stále viac zvýrazňuje, je nedostatok kvalifikovaného personálu.
Aké sú výhody a nevýhody ručného, poloautomatického a automatizovaného/robotického zvárania?
M. Hogh: V prípade ručného zvárania vstupujú do hry ľudské faktory, ako napr. únava či nedodržanie zváracieho pracovného postupu (WPS), čo môže mať za následok nedostatočnú výstupnú kvalitu zvarového spoja. Na strane výhod poloautomatizovaného a automatizovaného zvárania je v prvom rade efektivita a opakovateľná výstupná kvalita v zmysle prísneho dodržovania technickej disciplíny. Jednoducho povedané, to, čo sa raz nastaví, bude dodržané v stovkách za sebou idúcich zvarov, čo je pri ručnom zváraní takmer nepredstaviteľné. V určitých prípadoch možno použiť zváraciu rýchlosť nad 100 cm/min. a rýchlosť pohybu ramena mimo zváracích pozícií až 3 m/s, čo efektivite výrazne nahráva. Automatizované zváranie však na druhej strane vyžaduje presné tvary a rozmery polotovarov a zvarových plôch, ako aj presné nastavenie a upnutie dielcov pred zváraním. Ak sa to podarí zabezpečiť, výsledky v podobe kľúčových, nosných či estetických zvarov budú mimoriadne kvalitné a budú spĺňať tie najprísnejšie kritériá technických noriem.
J. Nagy: Máme skúsenosti so zákazníkmi, ktorí majú zvládnuté procesy ručného zvárania a radi by získali zákazky z oblasti automobilového priemyslu. Problém však je, že výrobcovia či dodávatelia v tejto oblasti neakceptujú iné zvary, ako tie, ktoré boli vytvorené na robotickom zváracom pracovisku.
Kedy je vhodné uvažovať o nasadení robotov pri zváraní?
J. Nagy: Z minulosti pretrvávajú u mnohých ľudí z praxe predsudky, že roboty sú vhodné a efektívne iba pri nasadení vo veľkosériovej, hromadnej výrobe. To už však neplatí. Ak bude mať robot čo robiť počas požadovaného pracovného času a bude efektívne vyťažený, tak investícia do neho sa oplatí. A kedy sa to teda oplatí pre procesy zvárania? Zoberme si takýto príklad. Robot pri hrúbke plechu 3 mm spraví teoreticky 40 metrov kontinuálneho zvaru za hodinu. Je len na šikovnosti používateľa a organizácii jeho predvýrobných etáp, či dokáže takúto kapacitu využiť, alebo by mal robot prestoje. Dobré je ešte rozlíšiť, kedy je vhodné uvažovať o jedno-, resp. dvojstanicovom pracovisku. Jednostanicové pracovisko je také, na ktorom sa sériovo vykonávajú procesy zvárania a odberania/zakladania dielov. Po dokončení zvaru sa robot presunie do pozície, kde čaká dovtedy, kým obsluha zvarenec odoberie a založí ďalší na zváranie. Dvojstanicové pracovisko je také, na ktorom sa vďaka otočným zariadeniam môžu paralelne, t. j. súčasne vykonávať procesy zvárania a zároveň sa môžu odoberať hotové a upínať nové diely. Obidve pracovné stanice sú bezpečne oddelené, aby nedošlo ku kolízií robota s obsluhou. Využitie dvojstanicového pracoviska má zmysel vtedy, keď je čas zvárania dielov na jednej stanici (jednej časti otočného zariadenia) dlhší ako čas potrebný na naloženie a vyloženie dielov na druhej stanici (druhej strane otočného zariadenia).
M. Hogh: Pri malosériovej výrobe má nasadenie robotického zváracieho pracoviska zmysel vtedy, keď máme napr. už spomínaný problém s nedostatkom kvalifikovaného personálu, alebo keď potrebujeme zásadne zefektívniť výrobu, vytvoriť si priestor na získanie nových zákaziek, pretože kvalita zvárania robotmi výrazne stúpne.
J. Nagy: Ďalším dôvodom rozhodnutia zaobstarať si robotické zváracie pracovisko je potreba robiť napr. vodotesné zvary pre rôzne druhy kotlov alebo kontinuálne zvary s dĺžkou väčšou ako napr. jeden meter, či pohľadové a pre človeka ťažko realizovateľné zvary na ťažko prístupných miestach. Navyše z dostupných štúdií renomovaných odborných združení sa zistilo, že po štyroch hodinách intenzívneho zvárania produktivita zvárača výrazne klesá. Pre robot také obmedzenia neplatia. Samozrejme aj pri robote treba po určitom čase (napr. 2 500 či 4 000 pracovných hodinách) zrealizovať predpísanú údržbu, výmenu niektorých dielov a pod.
Aký postup z hľadiska projektovej a realizačnej fázy by mala firma zvoliť, ak chce vybudovať robotické pracovisko zvárania?
M. Hogh: Veľmi dôležité je už od začiatku, hneď vo fáze zámeru spolupracovať so skúseným integrátorom (dodávateľom riešenia) pri prvotnej špecifikácii zadania, definovaní očakávaných výsledkov a produktivity. Dôležité je napr. získať od zákazníka vzorky dielov, ktoré sa majú zvárať, a zrealizovať testovacie zvary, ktoré jednak overia možnosť roboticky takéto zvary realizovať a jednak sa vyšpecifikujú ďalšie detaily ako výber technológie zvárania, vhodného prídavného materiálu a pod. Po úspešnom vzorkovaní si následne zákazník môže formou nedeštruktívnej alebo deštruktívnej skúšky overiť, či je kvalita zvarových spojov vyhovujúca. Navyše využívame rôzne softvérové nástroje, kde možno celý proces zvárania nasimulovať, príp. dolaďovať postupy zvárania tak, aby sme dosiahli požadovaný výsledok. Zároveň sa odstránia prípadné kolízne stavy, zistí sa dosah robota, získajú sa údaje o zváracom cykle, t. j. čase potrebnom na vykonanie zvaru a pod. Dôležitou súčasťou je aj skladba konkrétneho programového vybavenia robotického pracoviska, kde sú zohľadnené všetky požiadavky zákazníka a výsledky simulačnej a testovacej fázy. Po odsúhlasení zo strany zákazníka pracujú naše kvalifikované tímy na oddeleniach konštrukcie, elektroprojekcie, technológie a za účasti bezpečnostného technika na kompletizovaní robotického pracoviska, ktoré sa končí prebierkou na strane zákazníka. Zároveň zabezpečujeme aj odborné školenia v rámci programovania, senzoriky, technológie a teórie zvárania.
J. Nagy: Spolu so zákazníkom sa snažíme vyšpecifikovať také riešenia, aby bola zabezpečená tzv. technologickosť konštrukcie, inými slovami, aby sme dokázali zrealizovať čo najviac zvarov, ktoré zákazník potrebuje. Málokedy sa totiž v praxi stáva, že s jedným robotickým pracoviskom možno zrealizovať 100 % požadovaných zvarov. Existuje také nepísané pravidlo, že kde sa dostane horák zváracieho robota, tam sa dá aj zvar zrealizovať. Ku koncepcii pracoviska treba dodať, že ak chce naozaj zákazník realizovať čo najviac zvarov na jednom pracovisku, treba do pracoviska zahrnúť aj rôzne technológie polohovania, natáčania zváraných dielov. Až z takejto špecifikácie možno stanoviť náklady na realizáciu robotického zváracieho pracoviska. V oblasti robotického zvárania zastupuje naša spoločnosť špičkového svetového výrobcu OTC Daihen, ktorý ako jeden z troch na svete ponúka kompletné portfólio produktov a riešení špeciálne pre procesy zvárania. To je výhoda aj pri koncipovaní pracoviska a čase jeho uvedenia do prevádzky, keď netreba riešiť spôsob komunikácie a prepojenia riadiacej jednotky robota s perifériami tretích strán, ako sú zváracie zdroje, prípadne iné komponenty automatizácie.
Ktoré faktory vplývajú na kvalitu zvaru a ako sa s nimi dokáže vyrovnať robotické pracovisko zvárania?
M. Hogh: Vo všeobecnosti je zváranie definované ako technologický postup vyhotovenia nerozoberateľného spoja pôsobením tepla, tlaku, prípadne ich kombináciou. Spoj vzniknutý takýmto procesom sa nazýva zvarový spoj. Na kvalitu tohto spoja vplýva niekoľko faktorov. Z globálneho pohľadu môžeme hovoriť o materiálových týkajúcich sa kvality vstupného materiálu a o tých, ktoré priamo ovplyvňuje človek, ako je napr. úprava zvarových hrán, zostavenie polotovarov, založenie dielu do prípravku a samotný zvárací prípravok. Aj tu máme k dispozícii riešenia na elimináciu týchto nežiaducich faktorov, ako sú systémy Poka-Yoke znižujúce negatívny vplyv ľudského faktora takmer na nulu či rôzne snímače detegujúce prítomnosť dielu: oblúkové, dotykové a laserové senzory schopné zaznamenať odchýlku od prednastavenej trajektórie zvarovej hrany či laserový senzor schopný zmeny zváracích parametrov v prípade zaznamenanej väčšej medzery zvarového spoja.
J. Nagy: V prípade, že sa po stehovaní zváraných dielov reálna trajektória nezhoduje s naprogramovanou, možno ju korigovať opravnými systémami. Jedným z nich sú napr. údaje z vyhľadávacieho snímača – dotykového, laserového a pod. Ak by tieto opravné údaje neboli k dispozícii, robot vykoná zvar podľa naprogramovaného algoritmu bez korekcie. Dôležité sú aj samotné upínacie prípravky, kde je otázka, či dokážu zabezpečiť opakovateľnú presnosť upnutia zváraných dielov. Na kvalitu zvaru môže vplývať aj nastavenie zváracieho zdroja, ale väčšinou je prax taká, že samotný výrobca zváracieho zdroja má vopred pripravené nastavenia zváracích parametrov pre konkrétne zvárané materiály, ktoré možno ešte mierne modifikovať. Na kvalitu môže vplývať aj nesprávne zloženie ochranného plynu, nekvalitný základný a prídavný materiál a pod.
Ktoré technológie zvárania a materiály sú vhodné na nasadenie robotov?
M. Hogh: Zváranie predstavuje jednu z najprogresívnejších technológií v priemysle. Možnosti automatizácie procesu zvárania sú rozsiahle a stále sa rozvíjajú. Najbežnejšie sa však môžeme stretnúť s technológiami využívajúcimi elektrický oblúk v ochranných atmosférach. Vysokú produktivitu a efektivitu dosahujú aj technológie odporového zvárania využívané najmä v automobilovom priemysle, kde tvoria viac než 50 % z celkových zváračských prác. Čoraz viac sa nasadzujú progresívne technológie zvárania laserom, ktoré sú charakterizované väčšou hĺbkou prievaru, vysokou produktivitou a podstatne menšou tepelne ovplyvnenou oblasťou. Nehovoriac o iných technológiách spájania materiálov, ako je spájkovanie, nitovanie, lepenie a iné. Vhodné sú všetky zvariteľné materiály. Našou úlohou je však vybrať správnu technológiu.
Existujú nejaké tvarové obmedzenia zváraných dielov pri použití robotického zvárania?
J. Nagy: Pre progresívne zváranie existujú tri základné polohy zvárania označované ako PA (zhora), PB (45° uhol) a PC (vodorovne, resp. kolmo zboku). Zváranie možno realizovať aj v iných polohách, ale tie sa už považujú za menej vhodné pre robotické zváranie. V praxi, najmä v oblasti automobilového priemyslu, sa často stretávame s požiadavkou na 100 % zvar aj v týchto menej vhodných polohách, pretože sme limitovaní konštrukciou prípravku.
M. Hogh: Pri zváraní konštrukčne zložitejších polotovarov v obmedzených priestoroch sa často využívajú polohovadlá, v niektorých prípadoch sedemosové roboty, ktorých úlohou je zabezpečovať dosah zváracieho horáka a ponúkať možnosti optimálnych zváracích polôh súvisiacich s kvalitou zvarového spoja.
Na začiatku má zákazník určitú skupinu dielov, ktoré chce zvárať. Ako však možno prispôsobiť robotické zváracie pracovisko, ak sa časom objavia nové požiadavky na nové diely, s novými rozmermi, materiálmi a pod.? Je, inými slovami, nejaká miera flexibility robotického zváracieho pracoviska?
J. Nagy: Jediným limitujúcim faktorom pri zmene výrobného procesu je tvorba zváracieho programu a do istej miery zmena upínacieho prípravku. Inak platí už povedané – kam sa dostane horák, tam sa dá vytvoriť zvar. Máme už aj pracoviská, kde si robot dokáže dokonca automaticky, resp. s podporou obsluhy vymieňať horáky, a teda zvárať rôznymi technológiami. Napríklad koreň zvaru spraví technológiou TIG, následne sa horák presunie do dokovacej stanice, kde dochádza k výmene nástroja (horáka pre konkrétnu metódu), a zvyšok dozvára napr. technológiou MIG/MAG. Z tohto hľadiska je teda flexibilita robotického pracoviska zvárania naozaj veľká.
Aké možnosti ponúka offline programovanie robota pre zváracie procesy?
M. Hogh: V prípade, že treba častejšie vytvárať programy pre robot v zmysle zmeny výroby, je offline programovanie naozaj veľkým prínosom. Programátor dokáže pomocou offline programovania niekoľkokrát rýchlejšie vykonať zmenu trajektórií a parametrov ako samotný operátor priamo na mieste zváracieho pracoviska. Ide teda o zvýšenie efektivity, pričom priamo na pracovisku nedochádza k žiadnym prestojom. Dnešné offline programovacie nástroje ponúkajú širokú variabilitu nastavení a simulácií už vytvoreného programu.
Súčasťou robotického pracoviska sú okrem samotného robota aj rôzne snímače, zvárací zdroj či riadiaci systém. Ako ich výber a činnosť vplývajú na celkový výkon robotického pracoviska?
M. Hogh: Výber týchto komponentov závisí od zadania zákazníka a očakávaného výsledku zváracieho procesu. Pri výbere možno kombinovať aj komponenty od rôznych výrobcov vzhľadom na vývoj a univerzálnosť komunikačných nástrojov. Dôležitou súčasťou sú senzory na vyhľadávanie zvarovej hrany, pretože pri veľkej variácii zváraných dielov treba presne určiť miesto, kde sa má zvar položiť, aby sa tomu automaticky prispôsobila aj trajektória horáka robota. Dôležité sú senzory detegujúce prítomnosť dielu, ako aj senzory, ktoré riešia bezpečnosť obsluhy robotického pracoviska, a mnohé iné.
J. Nagy: V technickej praxi môžu do robotického pracoviska prichádzať diely s rôznou presnosťou prípravy, príp. v procese zvárania dôjde k deformáciám zváraných materiálov vplyvom vneseného tepla. Práve z tohto dôvodu majú vyhľadávacie a navádzajúce senzory svoje nezastupiteľné miesto a vplyv na celkový výkon robotického pracoviska.
Podobne ako pri väčšine technológií, aj v prípade robotického zváracieho pracoviska bude jeho prevádzkovateľa zaujímať návratnosť investície či celkové náklady na udržateľnosť prevádzky počas celého životného cyklu. S akými údajmi sa v tomto smere stretávate pri realizácii projektov?
J. Nagy: Samotný zvárací robot OTC Daihen konštruuje výrobca tak, aby zvládol dodržať predpísanú kvalitu a presnosť približne 12 rokov pri dvojzmennej prevádzke sedem dní v týždni. Samozrejme za predpokladu, že sa v pravidelných intervaloch zrealizuje jeho údržba, preventívne sa niektoré diely vymenia, doplnia sa niektoré mazivá a pod. Treba počítať aj so starostlivosťou na dennej a týždennej báze, čo prevádzkovateľovi dáva istotu, že bude predchádzať nákladom pri neočakávaných výpadkoch činnosti robota. Niektoré z prvých robotov OTC Daihen, ktoré sme inštalovali v roku 2001, pracujú dodnes. Cena zváraného výrobku sa skladá z prvotnej investície rozpočítanej na kus, ceny spotrebného materiálu (základný a prídavný materiál, ochranný plyn…), ceny za spotrebu elektrickej energie, mzdy a pod. V niektorých prípadoch sa cena počíta na meter zvaru, v iných zase na počet zvarov. Dôležité je aj to, či sa robotické pracovisko využíva na jednu, dve či tri zmeny.
M. Hogh: Z našich skúseností sa návratnosť investícií do zváracieho robotického pracoviska pohybuje v rozpätí dvoch až štyroch rokov. Okrem štandardného modelu zakúpenia technológie sa čoraz častejšie stretávame aj s požiadavkami na prenájom robotických pracovísk či jednotlivých robotov. Preto sme sa aj v našej firme začali zaoberať s vývojom mobilného robotického zváracieho pracoviska pre rozmerovo menšie zvarence.
Do akej mierky sa v oblasti robotického zvárania začínajú presadzovať nové technológie ako umelá inteligencia, pokročilé systémy spracovania obrazu a pod.?
M. Hogh: Vo veľkej miere sa využívajú laserové senzory hľadajúce odchýlky umiestnenia zvarovej hrany pred zváraním, ktoré boli spôsobené variáciou vstupného materiálu, prípravou a pod. Dostupné sú aj laserové senzory, ktoré zaznamenávajú odchýlky priamo pri procese zvárania, spôsobené väčšou tepelnou deformáciou materiálu. Využitie pri robotickom zváraní majú aj kamerové systémy hľadajúce miesto budúceho zvaru v priestore, ktoré vedia následne vyhodnotiť. Sofistikované spracovanie obrazu je využiteľné najmä v procese 100 % pohľadovej kontroly uloženia a vyhodnotenia kvality zvarov. Využíva sa vzdialený pristúp v identifikácii poruchy pri servise, modifikácia programov a softvérového vybavenia, virtuálna realita na školenie servisu, programovania a obsluhy. Zámer zjednodušenia tvorby programu podnietil vývoj nástroja využívajúceho pohybový a gyroskopický senzor, ktorým dokáže operátor jednoducho jednou rukou ovládať pohyby robota. V blízkej budúcnosti môže byť reálne programovanie hlasom.
J. Nagy: Viaceré spoločnosti, ktoré sa dnes venujú ručnému zváraniu, majú obavy z nasadenia robota aj preto, že vnímajú svoje vstupné diely ako nepoužiteľné z hľadiska presnosti ich spracovania na zváranie robotom. No to je tiež už mýtus. Práve vďaka moderným technológiám a senzorom možno zvariť aj menej presné obrobky a diely. Osobne si myslím, že väčšiemu rozšíreniu takýchto sofistikovaných riešení, ako spomínal aj kolega, zatiaľ bráni vyššia obstarávacia cena, nie vždy vyvážená vyššou produktivitou práce, a niekedy aj nemožnosť využiť kapacitu a schopnosti týchto technológií tak, aby investícia do nich bola ekonomicky efektívna.
M. Hogh: V oblasti robotického zvárania sú však určite trendom systémy na monitorovanie zváracích parametrov. Zákazníci majú tendenciu čoraz precíznejšie kontrolovať svoju produkciu, ku každej zváranej konštrukcii zbierajú čo najviac údajov, napr. ako dlho „horel“ elektrický oblúk, s akými parametrami, aká bola spotreba materiálu, energie na zváranie a pod. Následne je záujem zhromaždiť tieto údaje do informačného systému, ktorý zbierané údaje dokáže analyzovať, vyhodnotiť a poskytnúť ich v prehľadnej forme na ďalšiu optimalizáciu výroby
Ďakujeme za rozhovor.
