Jak zautomatyzować wycinarkę laserową?

 

Automatyzacja wycinarki laserowej nie kończy się na automatycznym załadunku arkusza. W nowoczesnym zakładzie cały proces może zostać połączony – od magazynu blach, przez przygotowanie materiału i cięcie, aż po sortowanie gotowych elementów i przekazanie ich do kolejnych operacji.

Największe korzyści pojawiają się wtedy, gdy wycinarka laserowa staje się częścią zautomatyzowanego i cyfrowo zarządzanego przepływu produkcji.

Nie chodzi więc wyłącznie o to, aby operator nie musiał wkładać arkusza do maszyny. Chodzi o to, aby materiał był dostępny we właściwym momencie, odpowiedni program był przygotowany automatycznie, laser mógł pracować przez dłuższy czas bez przerwy, a wycięte elementy trafiały do kolejnego procesu bez zbędnego transportu i ręcznego sortowania.

W skrócie

• automatyzację lasera można rozpocząć od automatycznego podawania blach,
• magazyn automatyczny blach pozwala zarządzać dużą liczbą arkuszy,
• roboty mogą zajmować się załadunkiem, rozładunkiem i sortowaniem,
• systemy automatycznego sortowania ograniczają ręczną pracę po cięciu,
• cyfryzacja pozwala połączyć magazyn, laser i planowanie produkcji,
• gotowe elementy można automatycznie przekazywać do gięcia lub innych procesów,
• największy efekt daje automatyzacja całego przepływu, a nie pojedynczej czynności.

Od czego zacząć?

Pierwszym krokiem nie powinien być zakup robota.

Najpierw trzeba przeanalizować cały proces:

magazyn → pobranie blachy → transport → załadunek lasera → cięcie → rozładunek → sortowanie → magazyn detali → kolejna operacja.

W wielu zakładach sam laser pracuje stosunkowo szybko, ale materiał przed maszyną czeka na operatora, a po cięciu gotowe elementy są ręcznie sortowane.

W efekcie droga od arkusza blachy do gotowego półfabrykatu jest znacznie dłuższa niż czas samego cięcia.

To właśnie tutaj znajduje się potencjał automatyzacji.

Automatyczny magazyn blach

Jednym z najważniejszych elementów automatyzacji może być magazyn blach.

Zamiast przechowywać arkusze na posadzce lub w tradycyjnych regałach, firma może wykorzystać automatyczny magazyn blach lub elementów długich jak rury.

System może przechowywać blachy według:

• gatunku,
• grubości,
• formatu,
• numeru materiału,
• lokalizacji.

Operator nie musi wtedy szukać odpowiedniego arkusza.

System otrzymuje informację o potrzebnym materiale i może automatycznie przygotować go do pobrania.

Magazyn może współpracować z laserem

Największą korzyść daje połączenie magazynu bezpośrednio z wycinarką.

Schemat może wyglądać następująco:

system produkcyjny
↓
automatyczny magazyn
↓
pobranie odpowiedniego arkusza
↓
system podawania
↓
wycinarka laserowa
↓
odbiór arkusza / detali

W takim układzie operator nie musi ręcznie transportować każdej blachy.

System może również przygotować kolejne materiały jeszcze zanim laser zakończy poprzednie zlecenie.

To ogranicza czas oczekiwania maszyny.

System automatycznego podawania blach

Kolejnym elementem jest podawanie arkusza do wycinarki.

W prostszych rozwiązaniach materiał może być automatycznie pobierany z przygotowanego stosu.

W bardziej rozbudowanych systemach magazyn przekazuje arkusz bezpośrednio do urządzenia załadowczego.

Automatyzacja może obejmować:

• pobranie arkusza,
• separację blach,
• transport,
• pozycjonowanie,
• załadunek na stół,
• odbiór wyciętego arkusza.

Dzięki temu operator nie musi wykonywać ciężkiej i powtarzalnej pracy związanej z manipulowaniem arkuszami.

Ma to szczególne znaczenie przy grubych i dużych blachach.

Automatyczny rozładunek

Załadunek to tylko połowa problemu.

Po zakończeniu cięcia trzeba jeszcze wyjąć materiał z maszyny.

W zależności od konstrukcji systemu automatyzacji możliwe jest:

• automatyczne wyjęcie rusztu lub arkusza,
• oddzielenie detali,
• przekazanie elementów na paletę,
• transport do kolejnego stanowiska.

Jeżeli rozładunek odbywa się ręcznie, operator nadal musi być stale dostępny przy laserze.

Dlatego w przypadku produkcji seryjnej warto automatyzować również ten etap.

Robot do sortowania detali

Szczególnie interesującym rozwiązaniem jest robotyzacja sortowania.

Po wycięciu z jednego arkusza może powstać kilkanaście, kilkadziesiąt lub nawet setki różnych elementów.

Ręczne ich rozdzielanie może zajmować dużo czasu.

Robot przemysłowy może pobierać poszczególne detale i odkładać je na odpowiednie palety lub do pojemników.

System może rozpoznawać element na podstawie informacji z programu produkcyjnego, położenia na arkuszu lub systemu wizyjnego.

W ten sposób sortowanie staje się kolejnym zautomatyzowanym etapem procesu.

Robot nie musi sortować każdego detalu

Nie zawsze pełna robotyzacja jest opłacalna.

Jeżeli z arkusza powstaje kilka dużych elementów, może wystarczyć automatyczny rozładunek.

Jeżeli natomiast na jednym arkuszu znajduje się wiele małych i różnych części, automatyczne sortowanie może znacząco ograniczyć pracę ręczną.

Dlatego rozwiązanie powinno być dobrane do struktury produkcji.

Automatyczne oddzielanie małych elementów

Przy cięciu laserowym problemem mogą być również drobne detale pozostające w szkielecie arkusza.

W zależności od zastosowanej technologii możliwe jest wykorzystanie systemów, które ułatwiają oddzielanie wyciętych elementów od pozostałości materiału.

Można również zastosować automatyczny transport szkieletu do miejsca odbioru złomu.

To kolejny przykład czynności, która sama w sobie nie zwiększa wartości produktu, ale zabiera czas operatora.

Co zrobić ze szkieletem?

Po wycięciu detali pozostaje szkielet arkusza.

W tradycyjnej produkcji operator musi go wyjąć i odłożyć.

W zautomatyzowanym systemie może zostać automatycznie przetransportowany do strefy odpadu lub magazynu pozostałości.

Jeżeli materiał ma zostać ponownie wykorzystany, system może również zarejestrować jego pozostałą powierzchnię i przypisać ją do magazynu.

To ma znaczenie przy drogich materiałach.

Cyfryzacja zaczyna się przed laserem

Automatyzacja fizycznego przepływu materiału to tylko jedna strona całego procesu.

Druga to cyfryzacja.

System produkcyjny może wiedzieć:

• jakie zlecenia czekają na realizację,
• jaki materiał jest potrzebny,
• gdzie znajduje się odpowiednia blacha,
• jaki program należy uruchomić,
• ile elementów trzeba wykonać,
• do jakiego zlecenia należą wycięte części,
• jaki będzie kolejny etap produkcji.

Dzięki temu fizyczny przepływ materiału może zostać połączony z przepływem informacji.

ERP, MES i laser

W bardziej zaawansowanym zakładzie system ERP może przekazywać informacje o zamówieniu do systemu produkcyjnego.

MES może następnie zarządzać realizacją zlecenia na hali.

Wycinarka otrzymuje odpowiedni program, magazyn przygotowuje materiał, a po zakończeniu cięcia informacja o wykonaniu partii wraca do systemu.

Pracownik nie musi ręcznie przepisywać wszystkich informacji.

Zmniejsza to ryzyko błędów i ułatwia śledzenie produkcji.

Nesting również ma znaczenie

Automatyzacja nie polega wyłącznie na fizycznym przemieszczaniu blach.

Duże znaczenie ma również sposób rozplanowania detali na arkuszu.

System nestingowy może automatycznie przygotować rozmieszczenie elementów tak, aby ograniczyć ilość odpadu.

Przy dużej produkcji nawet niewielka poprawa wykorzystania arkusza może oznaczać znaczące oszczędności materiału.

Dlatego cyfrowe przygotowanie produkcji powinno być traktowane jako część automatyzacji lasera.

Automatyczne planowanie materiału

Połączenie nestingu z magazynem daje jeszcze większe możliwości.

System może sprawdzić:

• jakie blachy są dostępne,
• jakie mają wymiary,
• jakie zlecenia czekają,
• które odpady można wykorzystać,
• kiedy należy zamówić materiał.

Może więc nie tylko przygotować program cięcia, ale również zdecydować, z którego arkusza najlepiej wykonać dane elementy.

To pozwala ograniczyć sytuacje, w których produkcja czeka na materiał.

Automatyczna identyfikacja detali

Po wycięciu części mogą zostać oznaczone.

Może to być:

• kod,
• numer części,
• oznaczenie zlecenia,
• kod 2D.

Dzięki temu kolejny proces może automatycznie rozpoznać, jaki element otrzymał.

Ma to szczególne znaczenie przy produkcji wielu podobnych części.

Zamiast pytać operatora, do którego zlecenia należy detal, system może odczytać jego oznaczenie.

Laser połączony z prasą krawędziową

Jednym z naturalnych kierunków rozwoju jest połączenie cięcia laserowego z gięciem.

Schemat może wyglądać tak:

magazyn blach
↓
laser
↓
sortowanie
↓
bufor detali
↓
prasa krawędziowa
↓
robot

W bardziej zaawansowanym zakładzie elementy mogą być automatycznie przekazywane pomiędzy procesami.

Nie trzeba wtedy ręcznie transportować każdej partii z hali cięcia do hali gięcia.

Automatyzacja całego przepływu

Największy efekt pojawia się wtedy, gdy poszczególne systemy są ze sobą połączone.

Przykładowe zautomatyzowane gniazdo może wyglądać następująco:

ERP / MES
↓
automatyczne planowanie
↓
nesting
↓
magazyn blach
↓
system podawania
↓
laser CNC
↓
automatyczny rozładunek
↓
robot sortujący
↓
magazyn półfabrykatów
↓
prasa krawędziowa
↓
robotyzowane gięcie
↓
kolejny proces

To już nie jest automatyzacja jednej maszyny.

To zintegrowany przepływ produkcji.

Czy robot jest zawsze potrzebny?

Nie.

W niektórych zakładach największym problemem jest ręczny transport blach, a nie sortowanie.

W innych problemem jest przygotowanie materiału.

Jeszcze gdzie indziej operator traci większość czasu na odbieranie małych elementów po cięciu.

Dlatego automatyzacja może składać się tylko z:

• magazynu,
• systemu podawania,
• automatycznego rozładunku.

W innym przypadku potrzebny będzie również robot.

Najważniejsze jest dopasowanie rozwiązania do rzeczywistego wąskiego gardła.

Automatyzacja przy produkcji małoseryjnej

W przypadku krótkich serii pełna automatyzacja może być trudniejsza do uzasadnienia.

Częste zmiany materiału i programów oznaczają więcej przezbrojeń.

Wtedy szczególnie ważna jest elastyczność systemu.

Automatyczny magazyn powinien obsługiwać wiele rodzajów blach, a system sterowania musi sprawnie przekazywać informacje o kolejnych zleceniach.

Zaletą cyfryzacji jest możliwość automatycznego przygotowania produkcji nawet wtedy, gdy zamówienia często się zmieniają.

Automatyzacja przy produkcji seryjnej

Przy dużych seriach sytuacja jest znacznie prostsza.

Laser może wykonywać powtarzalne zlecenia przez wiele godzin.

Automatyczny magazyn dostarcza materiał, system podawania ładuje arkusze, a robot sortuje gotowe elementy.

Operator może w tym czasie nadzorować kilka procesów zamiast stale obsługiwać jedną maszynę.

To właśnie w takim środowisku automatyzacja może przynieść największy wzrost wydajności.

Co z pracownikiem?

Automatyzacja nie oznacza automatycznie eliminacji człowieka.

Zmienia się natomiast sposób jego pracy.

Operator może zamiast ręcznego:

• przenoszenia blach,
• ładowania arkuszy,
• odbierania detali,
• sortowania części,

zajmować się:

• kontrolą procesu,
• przygotowaniem produkcji,
• uzupełnianiem materiału,
• obsługą kilku maszyn,
• reagowaniem na alarmy,
• kontrolą jakości.

W wielu zakładach właśnie możliwość obsługi większej liczby maszyn przez jednego pracownika jest jednym z najważniejszych powodów inwestowania w automatyzację.

Jak zacząć automatyzację lasera?

Najlepiej podzielić proces na kilka etapów.

Etap 1 – magazyn

Uporządkowanie i automatyzacja gospodarki materiałowej.

Etap 2 – załadunek

Automatyczne podawanie arkuszy do lasera.

Etap 3 – rozładunek

Automatyczne odbieranie materiału po cięciu.

Etap 4 – sortowanie

Robotyzacja odbioru gotowych detali.

Etap 5 – cyfryzacja

Połączenie magazynu, produkcji, nestingu i systemów zarządzania.

Etap 6 – integracja

Połączenie lasera z gięciem, spawaniem i kolejnymi procesami.

Nie każda firma potrzebuje wszystkich sześciu etapów.

Warto jednak projektować system tak, aby można było go później rozbudować.

Najważniejsza jest nie moc lasera, ale przepływ produkcji

Można kupić bardzo szybki laser o dużej mocy, a mimo to nie wykorzystać jego możliwości.

Jeżeli operator przez kilkanaście minut szuka materiału, ręcznie ładuje arkusz, a następnie przez kolejne kilkanaście minut sortuje gotowe elementy, sama prędkość cięcia nie rozwiązuje problemu.

Dlatego przy inwestycji warto patrzeć szerzej.

Laser powinien być częścią procesu, a nie wyspą produkcyjną.

Magazyn powinien wiedzieć, czego potrzebuje produkcja. System powinien przygotować odpowiedni program. Materiał powinien trafić do maszyny bez zbędnego oczekiwania. Gotowe elementy powinny zostać automatycznie zidentyfikowane i przekazane do kolejnej operacji.

Dopiero wtedy automatyzacja wycinarki laserowej pozwala w pełni wykorzystać możliwości nowoczesnej produkcji.