Przez ostatnie dekady przemysł motoryzacyjny w Polsce był wyznacznikiem postępu technologii wytwarzania – głównie poprzez powszechne stosowanie nowoczesnych metod łączenia elementów konstrukcyjnych pojazdów samochodowych. Polskie zakłady produkcyjne, zarówno OEM-y (Original Equipment Manufacturer), jak i fabryki Tier 1 (bezpośredni dostawcy), bardzo dobrze wykorzystały szansę i nie dość, że opanowały technologię dostarczoną przez bardziej zaawansowane technicznie centrale, to nawet je rozwinęły, by stać się w wielu przypadkach liderami wśród zakładów danego producenta w pracach badawczych i rozwojowych.
Chyba już nikt związany bezpośrednio lub nawet pośrednio z tym sektorem nie wyobraża sobie produkcji bez w pełni zrobotyzowanych i zautomatyzowanych systemów spawania elementów stalowych (głównie metodą MAG), elementów ze stopów aluminium (metodą MIG i TIG) czy spawania laserowego siedzisk i oparć samochodowych.
W ostatnich latach widać na rynku ogromne zapotrzebowanie i zainteresowanie systemami zrobotyzowanymi i zautomatyzowanymi w innych gałęziach przemysłu.
Taka sytuacja jest wynikiem zarówno braku wykwalifikowanych pracowników oraz kosztami ich utrzymania, jak i obniżeniem kosztów robotyzacji i dostępnością na rynku partnerów biznesowych posiadających wiedzę i umiejętności do skutecznego wdrożenia takich systemów.
Robotyzacja i automatyzacja w przemyśle ciężkim
Pytanie, czy robotyzacja i automatyzacja wkroczą w świat przemysłu ciężkiego, budowy maszyn czy budowlanego, straciło już dawno sens – właściwe pytania, jakie są aktualne, dotyczą tego, w jakim stopniu i jak szybko zmienią one na masową skalę wyobrażenie, jak powinna wyglądać produkcja, nawet realizowana przez najmniejszych producentów. Prawdopodobnie za kilka lat nikt nie będzie mógł sobie pozwolić na brak robotyzacji i automatyzacji takich procesów, chcąc przetrwać na bardzo wymagającym i dynamicznie zmieniającym się globalnym rynku.
Bardzo często integratorzy, czyli podmioty budujące nowoczesne maszyny i linie produkcyjne, przenoszą swoje doświadczenia z branży motoryzacyjnej i, po pewnych modyfikacjach, są w stanie skutecznie budować nowoczesne linie i stanowiska produkcyjne bazujące na rozwiązaniach z motoryzacji. Wymienione czynniki sprawiają, że pozostali producenci (non-automotive) bardzo szybką gonią dotychczasowych liderów.
Jeden z liderów polskiego przemysłu kolejowego, podejmując trudną, ze względu na brak wiedzy i doświadczenia, decyzję o inwestycji w nowoczesne rozwiązania w trzy lata dogonił zagranicznych potentatów w tej branży. Jak to było możliwe? Pierwszy krok to chęć zmiany – tu bardzo często ograniczeniem jest strach i nie jest łatwo go poskromić. Krok drugi to znalezienie partnera technicznego i zaufanie mu, co umożliwia realizację procesu robotyzacji. Oba te kroki zostały wykonane, co zaowocowało kilkoma sukcesami:
Zmiana konstrukcji pojazdu
– z ramowego na samonośny (skorupowy) – zaproponowana zmiana, po uprzednim przygotowaniu zakładu, znacznie przyspieszyła proces produkcyjny i zmniejszyła koszty materiałów użytych na budowę pojazdu (odchudzenie konstrukcji przy zachowaniu odpowiedniej wytrzymałości).
Robotyzacja procesu
– aktualnie zarówno poszycie, jak i reszta konstrukcji ścian i dachu pojazdów szynowych spawana jest za pomocą robotów spawalniczych. Powtarzalność i jakość uzyskiwanych połączeń redukują do minimum konieczność poprawek spawalniczych. Umożliwia również ciągłą pracę – ogranicza przestoje, które wcześniej związane były ze spadkiem wydajności spawaczy, jak i ich brakiem dostępności.
Wdrożenie nowoczesnej technologii
– spawania hybrydowego (spawania laserowego z podawaniem materiału dodatkowego w postaci, w tym wypadku, drutu litego).
Ograniczeniami tradycyjnych metod spawania (takich jak: spawanie łukowe MAG) jest, oprócz wymienionych problemów z zasobami ludzkimi i ich jakością, prędkość spawania oraz ilość dostarczonego ciepła do złącza, która jeśli jest zbyt duża, to powoduje niepożądane odkształcenia geometryczne. Ich powstawanie generuje kolejne koszty – konieczność stosowania dodatkowych zabiegów technologicznych (prostowanie termo-mechaniczne). Zastosowanie technologii laserowej, dodatkowo wykorzystującej roboty (głowica do spawania laserowego pracująca na robocie spawającym), znacznie przyspiesza spawanie oraz redukuje ilość energii dostarczonej do złącza i redukuje koszty dalszych procesów.
Co do samej metody:
Spawanie laserowe wykorzystuje skupioną wiązkę światła emitowaną przez źródło promieniowania laserowego o dużej gęstości energii (rzędu 1 MW/cm²). Zapewnia to małą szerokość strefy wpływu ciepła i niskie oddziaływania temperatury na konstrukcję, szybkie odprowadzanie ciepła i stygnięcie spoiny. Umożliwia to uzyskanie szerokości spoin w przedziale 0,2–10 mm. W praktyce stosuje się głównie spoiny o małych szerokościach. Penetracja materiału przez wiązkę laserową jest proporcjonalna do mocy zasilania, ale zależy również od lokalizacji punktu skupienia wiązki i szybkości spawania. Maksymalną przenikalność wiązki uzyskuje się, gdy punkt jej skupienia znajduje się nieco poniżej powierzchni łączonych materiałów.
Kiedyś całkowicie manualny i żmudny proces produkcji aktualnie przebiega w następujący sposób: pracownicy produkcji umieszczają na przyrządach spawalniczych poszycie pojazdu i na tym ich rola, na tym etapie, się kończy. Autonomiczne wózki jezdne (AGV) pobierają przyrządy wraz z przygotowanym materiałem (zdjęcie 1.) i umieszczają je w specjalnej kabinie spawalniczej (zdjęcie 2.).
Zdjęcie 1. Przyrząd spawalniczy zadokowany na wózku AGV
Zdjęcie 2. Wnętrze kabiny do spawania laserowego z przygotowanym przyrządem spawalniczym
Robot z zamocowaną głowicą laserową (zdjęcie 3.), poruszający się na dodatkowej osi (przejezdnej konsoli) wykonuje spoiny na całym module. Wózek AGV pobiera wyspawane poszycie i wraca do strefy załadunku, gdzie pracownicy uzupełniają, w kolejnym procesie, następne elementy (wzmocnienia ścian i dachu). Następnie, znów automatycznie, dany moduł jest dostarczany do kabiny spawalniczej, w której zostaje zakończone spawanie. Do obsługi stanowiska zastosowano trzy wózki AGV, co pozwala na ciągłe wykorzystywanie procesu automatycznego spawania – podczas prac uzupełniania części wchodzących przez pracowników kolejny moduł jest spawany w kabinie spawalniczej.
Zdjęcie 3. Głowica do zrobotyzowanego spawania laserowego
Poprzez zastosowanie wskazanej koncepcji produkcji zakład zwiększył wydajność kilkukrotnie, ograniczając znacząco załogę obsługującą ten proces, co w sposób kapitalny obniża koszty wytwarzania. Oczywiście wiąże się to z wykształceniem kadr, które będą nadzorować całkowicie nowy proces (robotycy, automatycy, pracownicy utrzymania ruchu, inżynierowie), ale to jest konieczny krok do zapewnienia niezbędnej jakości produkcji i wydajności.
Dziś już wiemy, że z tej drogi nie ma odwrotu, choć wielu wciąż obawia się takiego modelu funkcjonowania produkcji. Chcąc gonić najlepszych, nie można już sobie pozwolić na półśrodki i powolne zmiany, bo świat już się zmienił i bardzo szybko ludzi zastępują systemy automatyczne, w szczególności w takich procesach jak spawanie – wszyscy możemy na tym skorzystać.
Powyższy artykuł pojawił się w nr 3/2022 czasopisma „Nowoczesny Przemysł”
autor: Bartosz Goncerz od trzech lat Dyrektor Działu Industry Taskoprojekt. Wcześniej przez dziesięć lat Inżynier Projektu w największych korporacjach Tier 1. Absolwent Politechniki Śląskiej Wydziału Transportu i Wydziału Mechaniczno-Technologicznego. Międzynarodowy Inżynier Spawalnik (IWE).
