Automatizálási mérnökként gyakran találkozom azzal, hogy a megrendelő „robotot akar”, pedig a probléma nem a mozgatásban, hanem a megfogásban van. Az alábbi eset egy kelet-magyarországi kartonfeldolgozó üzemben történt, ahol a kézi rakodást kellett kiváltani. A neveket és a pontos számokat a megrendelő kérésére kerekítettem, a tanulságok azonban általánosak.
A kiindulási helyzet
Az üzem hullámkarton lapokat gyárt, amelyeket a gyártósor végén két dolgozó emelt le a szállítószalagról és rakott raklapra. A lapok 1200 × 800 milliméteresek, 1–3 kilogramm tömegűek, és percenként 12–15 darab érkezett. A munka monoton volt, a fluktuáció magas, és a nyári hónapokban rendszeresen hiányzott ember a sor végéről, ami a teljes gyártás leállásához vezetett.
A cég először egy komplett robotcellára kért ajánlatot, amelynek ára jóval meghaladta a tervezett keretet. Ekkor kerültem a képbe azzal a kérdéssel, hogy van-e egyszerűbb megoldás.
A megfogás a kulcs
A karton lap lapos, porózus és könnyű. Mechanikus megfogóval nehéz, mert összenyomódik, és nincs mit megfogni rajta. Vákuumos megfogással viszont egyszerű: a lap felületére helyezett vákuumkorongok megtartják, a mozgatást pedig egy pneumatikus lineáris egység végzi, nem kell hozzá hatlépcsős robot.
A tervezésnél három kérdésre kellett választ találni. Mekkora vákuumra van szükség? Hány korong kell? Hogyan állítom elő a vákuumot?
Vákuum előállítása: ejektor vagy szivattyú?
Két út van. A vákuumszivattyú egy elektromos gép, amely folyamatosan szív, és egy tartályban tárolja a vákuumot. Hatékony nagy, folyamatos igénynél, de drága, zajos, karbantartást igényel, és helyet foglal.
A vákuum ejektor ezzel szemben nem más, mint egy precízen kialakított fúvóka, amelyen sűrített levegő áramlik át nagy sebességgel. A Venturi-elv alapján a fúvóka mellett nyomáscsökkenés jön létre, és ez szívja a levegőt a korongokból. Nincs mozgó alkatrésze, kicsi, a megfogó közvetlen közelébe szerelhető, és csak akkor fogyaszt levegőt, amikor a szelep kinyit. Szakaszos megfogásnál, mint ebben az esetben, egyértelműen ez a gazdaságosabb.
Az üzem meglévő, 7 baros léghálózata rendelkezésre állt, így a választás az ejektorra esett. Az alkatrészeket az apneumatika.hu kínálatából választottuk, ahol a vákuumtechnikai elemek között az ejektorok mellett vákuumkorongok, kompenzátorok, vákuumszűrők és vákuum-nyomásszabályzók is egy helyről rendelhetők, ami a prototípus összeállításánál sokat számított.
Méretezés
A karton porózus, ezért a korong alatt a vákuum nem tökéletes: a lap „szivárog”. Ezért nagyobb áramlású, alacsonyabb vákuumszintre tervezett ejektort választottunk, és nem a maximális vákuumot, hanem a nagy szívóteljesítményt kerestük. A korongokból hat darab, 60 milliméter átmérőjű, harmonikás kivitelű került a megfogó keretre, hogy a nem teljesen sík lapokat is biztosan felvegye. Rugós kompenzátorokkal szereltük őket, hogy a megfogó ne nyomja össze a lapot, ha a halom magassága változik.
A biztonsági tényezőt kettőre vettük vízszintes emelésnél, ami a három kilogrammos laphoz korongonként nevetségesen kis terhelést jelent. A hat korong tehát nem az erő, hanem a megbízhatóság miatt kellett: ha egy korong rossz helyre ér, a többi tartja a lapot.
Az eredmény
A megfogót egy rúd nélküli pneumatikus henger mozgatja a szalag és a raklap között, egy rövid löketű henger emeli és süllyeszti. A vezérlés négy mágnesszeleppel és egy kis PLC-vel megoldható. A ciklusidő 3,5 másodperc, ami percenként 17 lapot jelent, tehát több, mint amit a gyártósor ad.
A beruházás a robotcella árának körülbelül ötöde volt, és két és fél hét alatt üzembe állt. A két dolgozó a sor elejére került, ahol az alapanyag előkészítésénél valóban emberi döntés kell. A nyári létszámhiány a sor végén megszűnt, mert a sor végén nincs többé ember.
A tanulság
A legtöbb automatizálási feladatban nem a mozgás a drága, hanem a megfogás kitalálása. Ha a terméket vákuummal fel lehet venni, akkor a feladat általában megoldható pneumatikus elemekkel, robot nélkül. Egy tervezési nap, egy prototípus egy hét alatt, és az üzem gyártósora többé nem áll meg azért, mert valaki beteget jelentett.