Оцифровка обеспечивает 20% рост производительности ячейки автодеталей

Увеличение размера и количества заказов привело висконсинского производителя автодеталей Felss Rotaform LLC (Нью-Берлин, штат Висконсин) к расширению операций через новую двухроботную ячейку обслуживания станков. Компания является поставщиком точных деталей, используя свои процессы ротационной ковки, осевого формования и формования концов труб. Для достижения целей непрерывного улучшения процессов компании, новая ячейка должна была быть безопаснее, быстрее и гибче предыдущих производственных ячеек.

Для решения сложной природы автоматизации компания обратилась к Siemens и системному интегратору IAS Inc. (Нью-Берлин, штат Висконсин) из-за их репутации в инновациях и экспертизе в интегрированной робототехнике и технологиях управления. Шесть месяцев спустя Felss Rotaform обнаружила, что эксплуатирует оцифрованную, интегрированную производственную ячейку, ломающую рекорды компании по производительности и рентабельности.

При рассмотрении требований для их ячейки робототехники следующего поколения, Felss Rotaform имела несколько целей. Во-первых, она хотела повысить производительность, развернув новые высокоскоростные ПЛК для достижения более коротких полных циклов оборота для каждой отдельной детали.

Во-вторых, она хотела исследовать более продвинутое решение безопасности, гарантирующее лучший контроль того, кто входит в ячейку. В старых ячейках станок мог случайно включиться, когда сотрудник по обслуживанию находился в ячейке, подвергая этого человека риску травмы. Чтобы избежать этого, Felss Rotaform хотела автоматизированный процесс для гарантии, что ячейка пуста после перезапуска.

В-третьих, она хотела больше гибкости для смены ячейки, что позволило бы компании тестировать и предоставлять более разнообразный ассортимент продуктов для своих клиентов. Старые ячейки требовали полной перепрограммировки всей ячейки каждый раз, когда выполнялся новый процесс, что могло занимать дни.

Изначальная цель Felss Rotaform — 48-секундный полный цикл оборота для каждой детали в новой ячейке (гораздо быстрее, чем любая из её старых ячеек). Проектирование и внедрение решения ускорили полный процесс производства детали до 38 секунд, улучшение эффективности на 20%. После внедрения новой ячейки простой сократился с дней до часов для сложных смен и, для типичных плановых смен, то, что раньше занимало восемь часов, теперь занимает всего 15 минут, согласно Чаду Дью, инженеру по электроуправлению Felss Rotaform.

«Эта новая ячейка может производить за две смены то, что ранее требовало трех для выполнения. Это позволяет нам производить 600 дополнительных деталей за 24-часовой период. Кроме того, рентабельность ячейки увеличилась на 13%», — сказал Дью.

Ричард Паркхерст, менеджер по аккаунтам Siemens, знал, что IAS будет сильно позиционирована для достижения целей Felss Rotaform. «Некоторые интеграторы выполняют строго разработку ПО, а другие более квалифицированы в строительстве и сборке оборудования. IAS принесло комбинацию всех необходимых навыков и экспертизы, включая робототехнику и возможности инженерии безопасности», — сказал он.

IAS признала, что продукты Siemens будут критичны для помощи Felss Rotaform в достижении её целей, обеспечивая необходимую скорость, надежность, гибкость и безопасность. Например, Ethernet-основанная цифровая магистраль связи Siemens PROFIsafe была спроектирована в ячейку для управления безопасностью станка и периметра. Безопасная связь обеспечивается между различными ПЛК и роботами. PROFIsafe ретранслирует статусную информацию от устройств внутри ячейки к главному ПЛК и предоставляет большое преимущество над старой технологией, потому что как стандартная, так и безопасная связь происходят через единую шину.

Все датчики и исполнительные механизмы в решении PROFIsafe могут быть свободно запрограммированы в концепции распределенной безопасности, независимо от их I/O станции. Эта гибкость позволяет операторам выборочно отключать исполнительные механизмы. Другие преимущества включают fail-safe коммуникацию, расширенную диагностику и возможности горячей замены, которые помогают сократить простой.

ПЛК Siemens Simatic S7-1500 со встроенным интерфейсом Profinet также сыграли большую роль в увеличении операционных скоростей. Высокоскоростная шина задней панели с её высокой скоростью бод и эффективным протоколом передачи дает решающее преимущество в производительности для быстрой обработки сигналов.

По словам Саймона Ванчина, инженера-приложений IAS и главного робототехника и программиста ПЛК, «ПЛК S7-1513F был отличным выбором для этого проекта из-за его скорости, диапазона доступных карт расширения I/O, функциональности программируемого контроллера безопасности, относительно компактного форм-фактора и низкой стоимости».

Портал Siemens TIA сыграл критическую роль в экономии времени и инженерных ресурсов при программировании всех ПЛК и HMI. Использование TIA Portal сокращает время выхода на рынок с помощью инструментов симуляции, инструментов продуктивности программиста и дополнительной диагностики.

«TIA Portal позволяет мне писать код так, как я хочу, и переключаться с одного языка программирования на другой всякий раз, когда мне нужно», — сказал Ванчина. «Например, с TIA Portal я мог выбрать Ladder Logic, чтобы сделать простые логические секции легче для чтения, а затем в следующей строке кода переключиться на что-то вроде Structured Text для реализации более сложных процессов управления или расчетов. Почти все ПЛК позволяют использование различных языков программирования IEC 61131-3, но TIA Portal позволяет комбинировать их уникальным и эффективным образом. Это очень удобная функция, позволяющая нам сократить время разработки кода и позволила нам вывести эту систему онлайн намного быстрее».

С внедренным проектом Felss Rotaform немедленно увидела выгоды за пределами своих основных целей. Крупные автопроизводители всегда ищут тестировать новые продукты. Они рассчитывают на своих поставщиков, чтобы помочь им в процессе тестирования. Самые отзывчивые поставщики в фазе тестирования часто вознаграждаются новым бизнесом.

Новая производственная ячейка у Felss Rotaform была спроектирована с учетом тестирования продуктов. Она может запускать шесть разных новых номеров деталей в неделю, что занимает целый месяц на другой ячейке.

Новая ячейка также намного более продвинута в своей способности обнаруживать бракованные детали. Для производителей вроде Felss Rotaform, прослеживаемость играет ключевую роль в сокращении операционных затрат. Ячейка может помочь предотвратить отгрузку бракованных деталей, обнаруживая их и помещая в отдельный контейнер, даже останавливая ячейку и оповещая оператора, если дефекты происходят слишком часто. Если бракованная деталь отгружена и найдена клиентом, это может означать возврат всей партии, стоимость которой для поставщика составляет сотни тысяч долларов.

IAS и Siemens в настоящее время тестируют две похожие робототехнические ячейки, которые будут внедрены в 2018 году и включают лучшее отслеживание обслуживания для более продвинутого цифрового производства. Новая система отслеживает, как долго станок работал, и указывает, когда ключевые критические детали приближаются к их спроектированным пороговым значениям цикла.

Одно исследуемое решение — MindSphere, облачная открытая операционная система Интернета вещей (IoT), служащая связанной платформой с приложениями, предоставляющими ряд функций, таких как снижение рисков безопасности и улучшение доступности подключенных станков и заводов.

Кроме того, новая система будет включать предиктивную аналитику для отправки оповещения о потенциальных проблемах главному контроллеру ячейки. «Новая система говорит вам, что нужно заменить и какой тип детали системе нужен. Вы сканируете деталь перед установкой, и она говорит вам, является ли она правильной деталью для того станка», — сказал Ванчина.

Для дополнительной информации от Siemens, перейдите на www.siemens.com, или позвоните 847-640-1595; от IAS, перейдите на www.iasworldwide.com, или позвоните 866-243-2402.