Automatizarea graduală a aplicațiilor de sudare

În cadrul acestui articol ne propunem ilustrarea modului în care automatizarea proceselor de sudare poate îmbunătăți productivitatea unei firme, prin prezentarea unui studiu de caz cu privire la trecerea de la sudarea manuală la cea automată.

Datorită unui proces gradual de automatizare a aplicațiilor de sudare, Bavarian Hörmann Automotive Penzberg GmbH a reușit să crească în mod considerabil productivitatea și acuratețea procesului de fabricație. Sistemele robotizate utilizate sunt echipate în totalitate cu torțe de sudare DINSE și permit creșterea semnificativă a calității, creșterea substanțială a productivității, un astfel de sistem complex fiind capabil să producă de 4 – 5 ori mai mult față de un sudor și garantează o reproductibilitate maximă a componentelor produse. 

Hörmann Automotive Penzberg GmbH (H.A.P.) a luat ființă în anul 1965, drept MAN Omnibuswerk Penzberg, și a activat ca firmă de sine stătătoare până în 2005. Astăzi face parte din Hörmann Automotive Group. H.A.P. și are în Bavaria două fabrici cu o suprafață totală de 22.000 m² și 800 de angajați.

În postura sa de firmă certificată pe inginerie, H.A.P. dezvoltă componente și module și optimizează sisteme individuale. „Scopul nostru este să producem componente mai rapid, cu un cost mai mic și cu o calitate mai bună. Pentru atingerea acestui obiectiv utilizăm procese optimizate de planificare și producție”, declară Marco Böttner, Manager Departament Calitate.

Grupul are numeroși clienți interni și internaționali, iar procedeele de sudare utilizate sunt: MIG/MAG, WIG și brazare.  Diversitatea producției este enormă: zilnic sunt realizate circa 2500 de produse diferite, în diverse loturi, 40% dintre acestea fiind componente sudate. Materialele utilizate merg de la oțel de construcții până la aluminiu și inox.

Arhitectura în sistem deschis a fabricii Penzberg permite realizarea celor mai variate operații de sudare, de la cele manuale pentru piese unicat sau foarte complexe până la operații parțial sau complet automatizate. 

Firma a conștientizat, cu foarte mult timp în urmă, necesitatea automatizării procesului de sudare, în scopul creșterii productivității și îmbunătățirii calității produselor. În ceea ce privește sudarea MIG/MAG, H.A.P. a convertit treptat sistemele manuale în sisteme automate începând cu circa 30 de ani în urmă. Primul robot de sudare a fost achiziționat în 1979. În acel moment existau în departamentul de producție circa 100 de sudori. Astăzi H.A.P. utilizează peste 20 de celule robotizate de sudare de ultimă generație, înglobând un număr total de 27 de roboți. Datorită creșterii nivelului de automatizare, în acest moment mai sunt utilizate doar 30 de posturi manuale de sudare, deoarece doar componentele în loturi foarte mici și care nu permit utilizarea sistemelor robotizate mai sunt sudate manual. Marco Böttner explică faptul că: „datorită standardelor ridicate de calitate impuse de către clienți și a cerințelor tot mai stricte prevăzute în standardele CE, firma a decis trecerea la automatizarea proceselor de producție”.

Evident, la început au existat semne de întrebare și un oarecare scepticism deoarece costurile inițiale de investiție erau majore. Înainte de a se face pasul spre automatizarea proceselor de sudare au fost realizate studii de fezabilitate și s-a întocmit un raport ROI (Return On Investment) detaliat care arăta exact punctul din care automatizarea devine profitabilă.

În realizarea acestui raport s-au luat în considerare foarte multe variabile, dintre care putem să amintim: productivitatea și fiabilitatea utilajelor, costul acestora, costurile de mentenanță și utilizare, componentele și loturile vizate pentru automatizare și bineînțeles calitatea solicitată de către clienți. Un mare accent a fost pus pe reducerea stocurilor de consumabile, iar acest lucru se putea realiza doar prin identificarea unor sisteme și accesorii foarte ușor de întreținut și cu durate de viață extrem de mari.

Foto 1: Torță DINSE DIX METZ 594 cu număr redus de consumabile

Pasul următor deciziei de implementare a sistemelor automate de sudare a fost proiectarea acestora pentru a acoperi cât mai bine necesitățile companiei. „Pentru creșterea productivității sudam în mod intens în celule cu poziționere tip L. În cazul acestor sisteme, perifericele necesită de multe ori operații laborioase de fixare a pieselor și de programare. Totuși, astfel de sisteme pot fi de 4-5 ori mai productive față de un sudor”, menționează Johannes Königsberger (maistru secția de sudare automată). Cantitatea de muncă necesară prelucrărilor ulterioare este și ea redusă în mod semnificativ prin utilizarea acestor sisteme.

Foto 2: Aplicație sudare robotizată

Alte celule robotizate utilizate aici sunt prevăzute cu poziționere tip H. Utilizând principiul rotației, operatorul sudor descarcă de pe o stație de lucru piesele deja sudate, controlează calitatea sudurilor și încarcă dispozitivele de fixare cu noile piese, în timp ce robotul sudează, în interiorul celulei, pe cealaltă stație de lucru. În acest fel se obține o substanțială reducere a timpilor de producție. „Pentru a lucra în mod eficient, fiecare secvență din procesul de producție a fost analizată în detaliu și dimensionată astfel încât ciclurile de lucru (timpul de sudare și cel necesar activităților asociate) să aibă aceeași durată. Acest lucru permite o planificare optimă a resurselor”, explică Johannes Königsberger.

Foto 3: Componente instalate pe stațiile de lucru

Sisteme de sudare complexe, cu până la 3 roboți care pot suda simultan, permit creșterea substanțială a productivității. Nici chiar procesele de producție care necesită schimbarea tehnologiilor de sudare nu ridică probleme pentru sistemele automate. Mai multe celule robotizate de sudare au în componență stații automate de schimbare a torțelor. Schimbarea torțelor se realizează foarte rapid, menținând un TCP (Tool Center Point) absolut stabil. ,,Acest proces este complet automatizat și 100% funcțional”,  explică Albert Geiger (maistru secția de sudare automată).

Foto 4: Sudare simultană cu doi roboți

Bineînțeles că această conversie de la sudarea manuală la cea predominant automatizată a avut consecințe și asupra personalului firmei. ,,Prin intermediul unor cursuri intensive de formare realizate de către furnizorii sistemelor automate, am pregătit și calificat personalul firmei pentru utilizarea acestor echipamente. În acest moment personalul nostru este mult mai flexibil și productiv față de perioada anterioară”, declara Marco Böttner.

Un avantaj al sistemelor robotizate este faptul că robotul preia activitatea fizică a sudorului, reducând potențialele pericole datorate arcului electric și noxelor, sudorii putând să se concentreze asupra monitorizării procesului de sudare dintr-o poziție optimă.

Pentru ca sistemele implementate să poată fi utilizate la performanțe maxime a fost necesară alegerea atentă a accesoriilor de sudare, astfel încât acestea să aibă o durată de viață foarte lungă și o excelentă calitate. Din acest motiv, H.A.P. se bazează, de mai mult de 10 ani pe sistemele DINSE.

,,În procesul de selecție al furnizorilor, ne bazăm pe deosebita experiență acumulată în practică. Lucrăm doar cu furnizori care ne pot oferi produse foarte fiabile și care sunt lideri în domeniul lor de activitate. Doar în acest mod se pot obține cordoane de sudură cu o calitate excelentă și reproductibilitate maximă, iar când vine vorba de eficiență și acuratețe, sistemele DINSE au convins în mod absolut. Din acest motiv, celulele noastre robotizate de sudare sunt echipate cu sisteme DINSE”, explică Johannes Königsberger.

Alegerea unui furnizor unic și standardizarea accesoriilor de sudare au permis reducerea semnificativă a stocurilor de consumabile și piese de schimb. În cadrul H.A.P. s-a optat pentru un sistem DINSE alcătuit din senzor anticoliziune SAS 100, brățară fixă și torță METTZ 600 cu gâtul de lebădă METZ 594, care oferă o putere de 400 A la o durată activă de 100% (foto 5). „Design-ul lung și subțire al acestui model oferă o deosebită accesibilitate la componente”, menționează Königsberger. 

Foto 5: Ansamblu sistem DINSE

Un alt motiv care a dus la decizia alegerii firmei DINSE drept furnizor unic a fost consultanța aprofundată și continuă acordată de către aceasta în ceea ce privește îmbunătățirea tehnologiei de sudare. „DINSE are consultanți tehnici competenți care ne-au îndrumat pe durata întregului proces de trecere la noile tehnologii automate sudare și care sunt alături de noi pentru rezolvarea oricăror probleme ce pot să apară în timpul producției”, explică Böttner.

Scopul a fost unul clar definit: ,,Ținta noastră este obținerea unei creșteri anuale a productivității cu 10%”, afirmă Böttner. ,,Prin implementarea sistemelor robotizate de sudare, ne-am îmbunătățit în mod considerabil procesele de producție și suntem capabili să obținem cordoane de sudură precise și reproductibile”. 

 Sorin Udrea este General Manager Laser Technology Soluţii Globale