Case study: Jak automatyzacja ze szlifierką Okamoto podniosła wydajność produkowania detali?

Automatyzacja produkcji od dawna nie jest już zarezerwowana wyłącznie dla największych obiektów przemysłowych. Coraz częściej decydują się na nią również firmy, które chcą zwiększyć wydajność, poprawić powtarzalność procesu i lepiej wykorzystać potencjał swoich pracowników. Co istotne, sukces takich projektów nie zależy wyłącznie od zakupu robota czy nowoczesnej obrabiarki. Liczy się przede wszystkim dobrze zaprojektowany proces, w którym wszystkie elementy współpracują ze sobą jak jeden organizm.

Tak właśnie wyglądał projekt zrealizowany dla naszego klienta z województwa śląskiego – wieloletniego partnera Metal Team, specjalizującego się w obróbce skrawaniem i dostarczającego komponenty przede wszystkim dla branży motoryzacyjnej. Celem nie było jedynie zautomatyzowanie pojedynczego stanowiska. Założenie było znacznie ambitniejsze – stworzenie kompletnego gniazda produkcyjnego, które pozwoli znacząco zwiększyć wydajność, zachowując jednocześnie pełną kontrolę nad jakością każdego wyprodukowanego detalu. Projekt doprowadził do osiągnięcia wydajności zwiększającej dzienną produkcję detali o 30% przy czasie obróbki jednego elementu na poziomie 32 sekund.

Skąd wzięła się potrzeba automatyzacji w omawianym przypadku? 

Każdy projekt automatyzacji ma swój punkt wyjścia. W tym przypadku nie chodziło o zastąpienie ludzi robotami ani o wdrożenie technologii dla samej technologii.

Klient szukał rozwiązania, które pozwoli zwiększyć rentowność produkcji. Rosnąca liczba zamówień, wysokie wymagania jakościowe klientów oraz konieczność utrzymania konkurencyjności sprawiły, że klasyczna organizacja stanowiska przestała być wystarczająca.

Największym wyzwaniem było skrócenie całego procesu obróbki bez pogorszenia jakości gotowych detali. Jednocześnie firma chciała lepiej wykorzystać kompetencje operatorów, powierzając im bardziej odpowiedzialne zadania niż powtarzalne przekładanie elementów pomiędzy kolejnymi etapami produkcji. Taki cel został określony już na początku projektu.

Dlaczego sama szlifierka nie wystarczy?

W wielu zakładach inwestycja rozpoczyna się od zakupu nowoczesnej maszyny. To oczywiście krok we właściwym kierunku, ale nie zawsze przekłada się na oczekiwany wzrost wydajności.

Jeżeli operator nadal musi ręcznie odbierać detal, odkładać go do pomiaru, transportować do kolejnego stanowiska, wykonywać konserwację i przygotowywać następny element do obróbki, możliwości nawet bardzo nowoczesnej obrabiarki pozostają niewykorzystane.

Założyliśmy od początku więc, że projekt powinien obejmować cały proces technologiczny, a nie wyłącznie samo szlifowanie.

Efektem było kompletne zautomatyzowane gniazdo produkcyjne, którego centralnym elementem została szlifierka Okamoto OGM-UNC/PNC-350, współpracująca z robotami przemysłowymi oraz urządzeniami odpowiedzialnymi za kontrolę jakości i dalszą obsługę detali.

Co znalazło się w celi produkcyjnej?

Patrząc na gotowe stanowisko można odnieść wrażenie, że wszystko działa bardzo prosto. W rzeczywistości każdy element został zaprojektowany z myślą o eliminowaniu kolejnych sekund oraz ograniczaniu ryzyka błędów.

Cała cela składa się z kilku współpracujących ze sobą urządzeń.

Jej sercem jest oczywiście wspomniana wcześniej szlifierka Okamoto OGM-UNC/PNC-350, przystosowana do pracy w zautomatyzowanym środowisku.

Oprócz szlifierki w celu znalazły się również:

• dwa roboty przemysłowe FANUC o udźwigu 7 kg wyposażone w chwytaki pneumatyczne,
• bezstykowa maszyna pomiarowa,
• stacja konserwacji zanurzeniowej,
• stanowiska do odbioru i podawania detali
• centralna szafa sterownicza z panelem operatorskim HMI.

Już sam dobór elementów pokazuje, że nie mamy do czynienia z pojedynczą automatyzacją obrabiarki. To kompletny ekosystem produkcyjny.

Dlaczego wybrano właśnie szlifierkę Okamoto?

W tego typu projektach obrabiarka musi spełniać znacznie więcej wymagań niż podczas klasycznej obsługi ręcznej.

Model Okamoto został odpowiednio przygotowany do współpracy z robotami przemysłowymi.

Maszynę wyposażono między innymi w:

• automatyczny uchwyt detalu,
• pneumatycznie sterowany konik,
• system pomiaru detalu podczas procesu,
• specjalnie przygotowane drzwi umożliwiające obsługę przez robota,
• dodatkową kurtynę bezpieczeństwa chroniącą operatora podczas pracy ręcznej.

To właśnie odpowiednie przygotowanie obrabiarki sprawiło, że robot nie musi wykonywać zbędnych ruchów związanych z otwieraniem i zamykaniem drzwi maszyny.

Choć pięć sekund może wydawać się niewielką wartością, przy tysiącach cykli wykonywanych każdego dnia daje bardzo wyraźne oszczędności czasu. Według danych z projektu brak konieczności otwierania drzwi skrócił wymianę detalu właśnie o około pięć sekund.

Dlaczego zastosowaliśmy dwa roboty zamiast jednego?

Na pierwszy rzut oka mogłoby się wydawać, że wszystkie czynności mógłby wykonywać jeden robot. Projektanci zdecydowali się jednak rozdzielić zadania. 

• Pierwszy robot odpowiada wyłącznie za obsługę szlifierki. Jego zadaniem jest odbieranie gotowego detalu oraz błyskawiczne założenie kolejnego elementu do obróbki.
• Drugi robot zajmuje się wszystkim, co dzieje się już po zakończeniu szlifowania. Obsługuje stanowisko pomiarowe, wykonuje dodatkowy odmuch, transportuje element do konserwacji oraz odkłada gotowe detale do odpowiednich pojemników.

Takie rozdzielenie obowiązków pozwoliło wyeliminować przestoje. Podczas gdy jeden robot zajmuje się szlifowaniem kolejnego elementu, drugi równolegle realizuje pozostałe operacje. Dzięki temu żadne stanowisko nie czeka bezczynnie na zakończenie poprzedniego etapu.

Jak wygląda praca operatora w tym procesie?

Jednym z ciekawszych aspektów projektu jest zmiana roli człowieka. Operator nie wykonuje już dziesiątek powtarzalnych czynności związanych z przenoszeniem detali.

Jego zadaniem jest przygotowanie pojemników z surowymi elementami oraz odbiór gotowych komponentów.

Detale trafiają na jedną z dwóch specjalnie zaprojektowanych szuflad. Każda z nich mieści aż 81 elementów i została skonstruowana tak, aby jednocześnie dostęp miał zarówno operator, jak i robot. To rozwiązanie pozwala uzupełniać materiał bez zatrzymywania procesu produkcyjnego. Robot może cały czas pobierać kolejne detale, podczas gdy operator przygotowuje następne partie komponentów.

W efekcie człowiek przestaje być „podajnikiem detali”, a staje się osobą nadzorującą proces. To jedna z największych zmian, jakie przynosi dobrze zaprojektowana automatyzacja.

Kontrola jakości wbudowana w proces

W wielu zakładach pomiar wykonywany jest dopiero po zakończeniu całej partii produkcyjnej. To rozwiązanie ma jednak poważną wadę. Jeżeli okaże się, że parametry zaczęły odbiegać od założeń, problem dotyczy już wielu wyprodukowanych elementów.

W projekcie dla Klienta zastosowano zupełnie inne podejście. Każdy detal trafia do bezstykowego urządzenia pomiarowego, które sprawdza jego najważniejsze parametry. System analizuje między innymi wymiary liniowe, bicie czy położenie elementu. W przypadku wykrycia odchyłek informacje natychmiast trafiają do sterownika głównego, dzięki czemu możliwe jest skorygowanie procesu jeszcze przed powstaniem kolejnych niezgodnych detali.

Jak przebiega cały proces automatyzacji krok po kroku?

Dokładne przyjrzenie się etapom pokazuje, jak wiele operacji udało się połączyć w jeden płynny cykl. 

1. Produkcja rozpoczyna się od przygotowania detali przez operatora. Surowe elementy trafiają do pojemników ustawianych na jednej z dwóch szuflad współpracujących z robotem. Taka konstrukcja pozwala operatorowi uzupełniać materiał bez przerywania pracy całego gniazda.
2. Pierwszy robot wysuwa szufladę w swoją stronę i pobiera detal przeznaczony do obróbki. Następnie umieszcza go w szlifierce Okamoto, gdzie rozpoczyna się proces szlifowania.
3. Po zakończeniu cyklu robot odbiera gotowy detal i niemal natychmiast zakłada kolejny. Ponieważ konstrukcja maszyny została przygotowana specjalnie do współpracy z robotem, nie ma potrzeby każdorazowego otwierania drzwi roboczych. To rozwiązanie skróciło czas wymiany detalu o około pięć sekund podczas każdego cyklu. Przy produkcji liczonej w tysiącach sztuk dziennie oznacza to bardzo dużą oszczędność czasu.
4. Pierwszy robot przekazuje gotowy detal drugiemu za pomocą specjalnie zaprojektowanej rynny transportowej. Już podczas tego etapu wykonywany jest pierwszy odmuch, którego zadaniem jest usunięcie pozostałości po procesie szlifowania.
5. Drugi robot odbiera element ze stacji pozycjonującej i wykonuje dodatkowe czyszczenie przy wykorzystaniu stacji wyposażonej w dysze pierścieniowe. Dzięki temu detal trafiający do kontroli jakości jest całkowicie oczyszczony. To istotny element całego procesu, ponieważ nawet niewielkie zanieczyszczenia mogłyby wpływać na dokładność pomiaru.
6. Każdy detal trafia do bezstykowej maszyny pomiarowej sprawdzającej najważniejsze parametry. Jeżeli urządzenie wykryje odchylenia od wymaganych wartości, informacja natychmiast przekazywana jest do sterownika głównego, który może odpowiednio zareagować. Oznacza to, że kontrola jakości nie odbywa się po zakończeniu produkcji całej partii, lecz jest integralnym elementem procesu technologicznego. Po pozytywnym zakończeniu pomiarów detal trafia do stacji konserwacji.
7. Robot zanurza element w specjalnej wannie z preparatem zabezpieczającym, a następnie odkłada go na stojak ociekowy na około 20 minut. Dopiero po zakończeniu tego etapu gotowy komponent zostaje odłożony do pojemnika przeznaczonego na wyroby gotowe.

Cały proces przebiega automatycznie, a operator nadzoruje pracę gniazda przy wykorzystaniu panelu HMI, który odpowiada za zarządzanie wszystkimi urządzeniami oraz kontrolę parametrów produkcji.

Jak zwiększyła się wydajność o 30%?

Osoby analizujące podobne wdrożenia często skupiają się wyłącznie na czasie obróbki samej maszyny. Tymczasem największy wzrost produktywności nie wynika z szybszego szlifowania. Kluczowe okazało się wyeliminowanie wszystkich czynności, które wcześniej wykonywane były pomiędzy kolejnymi operacjami.

Projekt pozwolił ograniczyć między innymi:

• czas wymiany detalu,
• przestoje związane z oczekiwaniem operatora,
• ręczne przenoszenie elementów pomiędzy stanowiskami,
• oddzielne transportowanie detali do kontroli jakości,
• ręczne przekazywanie elementów do konserwacji,
• ryzyko błędów wynikających z obsługi manualnej.

Każda z tych czynności pojedynczo zajmuje stosunkowo niewiele czasu. Jednak po zsumowaniu wszystkich operacji wykonywanych podczas kilkudziesięciu czy kilkuset zmian produkcyjnych okazuje się, że to właśnie one odpowiadają za znaczną część utraconej wydajności.

Dzięki odpowiedniemu zaprojektowaniu całego gniazda udało się osiągnąć czas produkcji jednego detalu wynoszący około 32 sekundy, co przełożyło się na możliwość wykonania około 30% więcej elementów w ciągu jednej doby.

Dlaczego automatyzacja poprawiła również jakość?

Przy projektach tego typu łatwo skupić się wyłącznie na liczbach.Tymczasem dla wielu zakładów równie ważna jest stabilność procesu. Im mniej ręcznych operacji wykonuje operator, tym mniejsze ryzyko przypadkowych błędów.

W prezentowanym rozwiązaniu praktycznie każdy etap został objęty kontrolą. Robot zawsze pobiera detal w identyczny sposób. Maszyna zawsze obrabia element według tych samych parametrów. Urządzenie pomiarowe sprawdza każdy wyprodukowany komponent. Sterownik reaguje natychmiast po wykryciu ewentualnych odchyłek. Na końcu procesu każdy detal zostaje zakonserwowany zgodnie z ustalonymi parametrami.

Takie podejście pozwala utrzymać bardzo wysoką powtarzalność produkcji, która w wielu branżach jest równie ważna jak sama wydajność.

Co dzięki tej automatyzacji zyskał operator?

Automatyzacja bardzo często budzi obawy dotyczące ograniczenia roli człowieka. Rzeczywistość wygląda jednak inaczej. W tym projekcie operator nadal pozostaje niezwykle ważnym ogniwem procesu. Zmienił się natomiast charakter jego pracy.

Zamiast wykonywać setki identycznych ruchów każdego dnia, odpowiada za przygotowanie materiału, odbiór gotowych detali oraz nadzorowanie pracy całego gniazda z poziomu panelu HMI. Takie podejście przynosi korzyści zarówno pracownikowi, jak i przedsiębiorstwu.

Operator może skupić się na zadaniach wymagających wiedzy i doświadczenia, natomiast roboty przejmują czynności powtarzalne, które nie wnoszą dodatkowej wartości do procesu.

Jakie wnioski wyciągnąć można z tego przypadku?

To wdrożenie pokazuje bardzo wyraźnie, że automatyzacja nie polega na dołożeniu robota do istniejącej maszyny. Największe efekty pojawiają się wtedy, gdy cały proces zostanie zaprojektowany od początku jako spójny system.

Każde stanowisko przekazuje detal kolejnemu. Każde urządzenie realizuje dokładnie określone zadanie. Informacje o jakości przepływają automatycznie pomiędzy urządzeniami. Operator nadzoruje proces zamiast wykonywać czynności transportowe. Dzięki temu zyskuje nie tylko wydajność, ale również pełną kontrolę nad produkcją.

Dlaczego tak ważny jest odpowiedni partner wdrożeniowy?

Nowoczesna obrabiarka, robot przemysłowy czy urządzenie pomiarowe są jedynie elementami większej układanki. Samo połączenie ich w jedną linię produkcyjną nie gwarantuje jeszcze sukcesu.

Potrzebna jest analiza procesu, odpowiedni dobór komponentów, integracja systemów sterowania, zaprojektowanie logiki pracy robotów oraz przygotowanie stanowiska w taki sposób, aby wszystkie urządzenia wzajemnie się uzupełniały.

Projekt zrealizowany wspólnie przez naszą firmę Metal Team oraz partnerską firmę pokazuje, że największą wartością jest właśnie kompleksowe podejście do automatyzacji. To nie pojedyncza maszyna odpowiada za końcowy rezultat, lecz odpowiednio zaprojektowany proces, w którym każdy element ma jasno określoną rolę.

Automatyzacja jako sposób na rozwój, a nie tylko oszczędności

Rosnące koszty produkcji, coraz większe wymagania jakościowe i trudności z pozyskaniem wykwalifikowanych pracowników sprawiają, że przedsiębiorstwa coraz częściej szukają rozwiązań pozwalających zwiększyć efektywność bez proporcjonalnego zwiększania zatrudnienia.

Opisany projekt doskonale pokazuje, że dobrze zaprojektowana automatyzacja nie sprowadza się wyłącznie do skrócenia czasu cyklu.

To przede wszystkim również większa przewidywalność procesu, pełna kontrola jakości, lepsze wykorzystanie kompetencji operatorów oraz możliwość dalszego skalowania produkcji.

Osiągnięcie wydajności na poziomie 2700 detali dziennie nie było efektem zastosowania jednego przełomowego rozwiązania. Był to rezultat wielu przemyślanych decyzji konstrukcyjnych i technologicznych: odpowiednio przygotowanej szlifierki Okamoto, dwóch współpracujących robotów FANUC, automatycznej kontroli jakości, zintegrowanej stacji konserwacji oraz inteligentnego systemu sterowania całym gniazdem.

To właśnie takie projekty jak ten pokazują, że automatyzacja może stać się nie tylko sposobem na zwiększenie wydajności, ale również realnym narzędziem budowania przewagi konkurencyjnej. Dla firm planujących rozwój produkcji jest to często inwestycja, która zaczyna przynosić korzyści znacznie szybciej, niż mogłoby się wydawać.

Chcesz zobaczyć jak wyglądała automatyzacja z pomocą szlifierki Okamoto? Koniecznie zobacz nasz film: