Automatyzacja produkcji szansą na rozwój

 

Gdyby Henry Ford żył w XXI wieku i miał dostęp do obecnych środków automatyzacji produkcji, niewykluczone, że co drugi człowiek na świecie miałby w swoim garażu model Fiesty, Focusa czy Mondeo. Dzięki automatyzacji linii produkcyjnych można wytwarzać urządzenia i dobra konsumpcyjne szybciej, taniej, efektywniej i dokładniej.

Nie bez powodu na wstępie przywołany został Henry Ford. Jest on niezaprzeczalnym ojcem produkcji wielkoseryjnej i automatyzacji linii produkcyjnej. To właśnie Ford w 1913 r. zaprojektował pierwszą ruchomą taśmę montażową przeznaczoną do produkcji samochodów. Zrewolucjonizował w ten sposób proces produkcyjny Forda T., skracając czas montażu samochodu z 12,5 godziny do 1,5 godziny.

Henry Ford na początku linii montażowej umieścił gołe nadwozie, które poruszało się ruchem przerywanym, cyklicznym wzdłuż linii przez kolejne stanowiska. Na końcu gotowy zmontowany samochód zjeżdżał z taśmy mocą własnego silnika. Taśmy boczne wzdłuż głównej taśmy produkcyjnej były zsynchronizowane tak, by dostarczać odpowiednie części dokładnie w odpowiednim czasie. Połączenie precyzji, ciągłości pracy i szybkiego tempa przyniosło światu produkcję masową. Dzięki użyciu taśmy montażowej robotnicy wykonywali coraz mniejszą liczbę czynności, które do tego stawały się coraz prostsze. Gdzie tylko było to możliwe, maszyny zastępowały ludzi. Liczba miejsc pracy wymagających wielkiego wysiłku fizycznego ciągle spadała. Nieustanne innowacje i racjonalizacja procesu produkcji sprawiły, że cena modelu T spadła z 850 do zaledwie 260 dolarów. W przeciwieństwie do innych przedsiębiorców Henry Ford uważał, że im tańszy będzie samochód, tym więcej zarobi dzięki większej liczbie sprzedanych egzemplarzy. Miał rację. Każdego dnia gotowy samochód zjeżdżał z linii co dziesięć sekund, sprzedaż biła rekordy, a Ford Motor Company zatrudniał coraz więcej pracowników, którzy zarabiali coraz lepiej, wykonując jednocześnie coraz lżejszą pracę.

Na całym świecie linia montażowa pomysłu Forda stała się punktem odniesienia dla metod masowej produkcji, powodując rewolucję w przemyśle. Wprawdzie w ciągu 100 lat, które minęły od zastosowania pierwszej automatycznej linii, nastąpił dynamiczny rozwój procesów, urządzeń i systemów automatyzacji, wprowadzona wówczas koncepcja do dziś pozostaje aktualna.

Nie tylko roboty
Większość ludzi, myśląc o automatyzacji produkcji, widzi oczami wyobraźni równe rzędy robotów, które w sterylnie czystych halach wykonują 24 godziny na dobę identyczne sekwencje ruchów i precyzyjnie przenoszą elementy, spawają, kleją, montują itd. Jednak automatyzacja linii produkcyjnych może następować również dzięki innym środkom. Usprawnienie produkcji można uzyskać za pomocą systemów napędowych, wizyjnych, RFID czy transportowych, a także dzięki rozwiązaniom dozującym, ważącym, pakującym czy znakującym wytwarzane produkty. Nie można na tej liście nie odnotować systemów informatycznych, które umożliwiają planowanie, kontrolę i usprawnianie procesów produkcyjnych. Przedsiębiorcy mają do dyspozycji szeroką gamę środków automatyzacji produkcji i montażu, które mogą stosować w swoich zakładach w zależności od profilu i potrzeb danej produkcji.

Zobaczyć niewidoczne
Czujniki służą do przetwarzania wybranej wielkości fizycznej na wielkość elektryczną łatwą do pomiaru. Mogą one wytwarzać sygnał elektryczny możliwy do bezpośredniego pomiaru (np. prąd) lub przekazywać zmierzone parametry przez wbudowany odpowiedni układ elektroniczny. W zależności od potrzeb i specyfiki produkcji w automatyzacji linii można stosować wiele czujników lub ich grup. Najwcześniej spotykane to fotooptyczne czujniki zbliżeniowe, refleksyjne, światłowodowe, widełkowe, czujniki położenia i dalmierze, enkodery i moduły sprężenia zwrotnego oraz systemy wizyjne. Niektóre rodzaje czujników dzielą się na podrodzaje, jak np. czujniki zbliżeniowe, wśród których można wyróżnić indukcyjne, pojemnościowe, magnetyczne i ultradźwiękowe. Pokazuje to, jak szeroka jest gama tych urządzeń i jak dużo obszarów linii produkcyjnej można wyposażyć w stosowne czujniki.

Głównym zadaniem czujników stosowanych w produkcji jest wykrywanie tego, co trudno jest wykryć ludzkimi zmysłami lub zajęłoby to sporo czasu. Dlatego też czujniki indukcyjne wykrywają bezkontaktowo elementy metalowe, a pojemnościowe także niemetaliczne. Poza tym badają położenie lub przemieszczenie elementów, ich prędkość, kierunek ruchu itd. Prawidłowy przebieg danego procesu wymaga pomiaru kilku wielkości fizycznych. Do tego celu służą czujniki ciśnienia, temperatury, wilgotności, poziomu (np. wypełnienia zbiorników).

Pod czujnym okiem kamery
Współczesne linie produkcyjne, montażowe czy pakujące nie mogą się obejść bez kontroli jakości, która jest konieczna dla zapewnienia wysokiej jakości wyrobów i usług. Automatyczna kontrola jakości opiera się na systemach wizyjnych, które można stosować przy wielu etapach produkcji i tym samym szybko wykrywać nieprawidłowości. Stosuje się je do wykrywania obecności części (w tym także niepożądanych), lokalizacji otworów, kontroli jakości powierzchni, wymiarów geometrycznych, oznakowania, koloru, a także prawidłowości montażu i doboru wyposażenia. Prowadzi to do redukcji liczby wadliwych elementów i gotowych wyrobów, a co za tym idzie także kosztów produkcji i ewentualnych późniejszych reklamacji.

Systemy wizyjne składają się z kilku podzespołów. Głównym elementem jest kamera odpowiedzialna za pozyskiwanie obrazu. Poza tym konieczne jest odpowiednie oświetlenie oraz oprogramowanie mające za zadanie analizowanie obrazu. Na rynku obecne są też kamery, które są w stanie przeprowadzić inspekcję wizyjną bez udziału komputera.

Spektrum zastosowań systemów wizyjnych jest bardzo szerokie i obejmuje wiele gałęzi przemysłu. W przemyśle spożywczym systemy wizyjne pozwalają na kontrolowanie prawidłowego zamknięcia opakowań lub daty przydatności produktu do spożycia. Stosuje się je także do kontroli napełniania opakowań oraz stanu ich czystości. Systemy wizyjne są źródłem danych niezbędnych do sterowania maszyn pozycjonujących np. opakowania. W przemyśle samochodowym z kolei zajmują się sprawdzeniem położenia i obecności elementów po montażu, prawidłowości wykonania otworów, odczytem oznaczeń itp. Są również nieodzownym elementem linii produkcyjnych w przemyśle elektronicznym. Pozwalają na sprawne i szybkie przeprowadzenie kontroli obecności i położenia komponentów elektronicznych, poprawności działania wskaźników, pozycjonowanie oraz kontrolowanie zawartości opakowań. W przemyśle maszynowym systemy wizyjne znajdują zastosowanie w procesach związanych z kontrolą wizualną powierzchni po obróbce mechanicznej, a także ze sprawdzaniem kształtu elementów. Wizyjna kontrola jakości to dobre narzędzie do bezdotykowego sprawdzania wymiarów taśm i przewodów.

Korzyści które wynikają ze stosowania systemów wizyjnych, jest wiele. Poza kontrolą jakości gwarantują one szybkie pomiary bez konieczności zatrzymywania linii produkcyjnej, a dzięki współpracy systemu wizyjnego z aplikacjami komputerowymi w automatyczny sposób tworzone są bazy danych oraz statystyki dotyczące jakości.

A jednak roboty
Rozpatrując kwestie automatyzacji produkcji przemysłowej, nie sposób pominąć jej postępującej robotyzacji. Pierwszego robota, wykorzystywanego czynnie w procesie produkcyjnym, stworzono w 1961 roku w Stanach Zjednoczonych. Był to robot o nazwie Unimate i służył do obsługi ciśnieniowej maszyny odlewniczej w fabryce General Motors. Od tamtej pory liczba robotów stosowanych w procesach produkcyjnych ciągle wzrastała. Już w 1975 r. ponad 100 producentów rozsianych na całym świecie (w tym 50 w Japonii) produkowało ok. 200 różnych typów robotów przemysłowych. Obecnie, według danych Międzynarodowej Federacji Robotyki (IFR), na świecie w formie różnych aplikacji pracuje łącznie 1,33 mln urządzeń zrobotyzowanych. Procentowo najwięcej z nich pracuje w sektorze motoryzacyjnym (ok. 36%), kolejny sektor to produkcja sprzętu elektrycznego i elektronicznego (ok. 25%), a trzecią co do wielkości grupę odbiorców robotów przemysłowych stanowią firmy wytwarzające wyroby metalowe wraz z przemysłem maszynowy (ok. 10%).

Argumentów przemawiających za robotyzacją linii produkcyjnych jest wiele. Wśród nich można wymienić zwiększenie wydajności, poprawę i utrzymanie stałego poziomu jakości, wzrost elastyczności produkcji, redukcję i optymalne wykorzystanie przestrzeni w hali produkcyjnej, mniejszą awaryjność w procesach produkcyjnych, redukcję zużycia materiałów i energii oraz mniejsze zapotrzebowanie na siłę roboczą, a to wszystko oznacza redukcję kosztów i wzrost konkurencyjności. Współczesne roboty obsługują zadania związane ze spawaniem, cięciem laserowym, odlewnictwem, a także malowaniem i lakierowaniem, szlifowaniem, gratowaniem, polerowaniem oraz klejeniem, zgrzewaniem i czyszczeniem. Montują i testują różne elementy, wykonują operacje typu pick&place, pobierają, sortują i pakują części, paletyzują i depaletyzują. Jak widać, spektrum zadań, które mogą wykonywać roboty, jest spore. Wszystkie przedsiębiorstwa, które zdecydowały się na automatyzację swoich procesów produkcyjnych z zużyciem robotów, zwiększyły swoje moce przerobowe, zmniejszyły koszty produkcji i poprawiły swoją pozycję rynkową. Większość z nich ciągle inwestuje w aplikacje zrobotyzowane, ponieważ dostrzega szereg korzyści z tego tytułu.

Polska na tle świata, a nawet w porównaniu do innych krajów europejskich odstaje poziomem zrobotyzowania. Polski przemysł jest mocno rozdrobniony. Duże firmy, często wchodzące w skład międzynarodowych holdingów, mają większy dostęp do środków wspierających robotyzację. Małe i średnie przedsiębiorstwa nieco ostrożniej inwestują w automatyzację, bojąc się dużych kosztów. Poza tym większość z nich uważa, że ich profil produkcji nie wymaga automatyzacji/robotyzacji lub że przy ich skali produkcji zakup robotów będzie nierentowny. Przykłady płynące z całego świata pokazują, że automatyzacja opłaca się w wielu branżach oraz zarówno w produkcji wielko-, jak i małoseryjnej. Polski przemysł przez ostatnie 25 lat bardzo się zmienił i rozwinął, więc należy mieć nadzieję, że także w kwestii automatyzacji dogoni niebawem świat – może jeszcze nie Azję, gdzie zainstalowano prawie 60% wszystkich robotów, ale na pewno kilka krajów europejskich.


Joanna Szymańska