Tự động hóa định hình lại việc chế tạo kim loại tấm như thế nào: Độ chính xác và chi phí

Dành một buổi sáng trên một sàn chế tạo bận rộn và nút cổ chai hiếm khi chỉ là một chiếc máy đơn lẻ. Đó là sự chuyển giao giữa cắt, uốn, hàn và hoàn thiện, trong đó một sai lệch nhỏ ở một trạm sẽ trở thành phiếu làm lại ở trạm tiếp theo. Tự động hóa đang thay đổi bức tranh đó. Nó không chỉ đơn giản là thay thế con người. Nó thắt chặt liên kết giữa dữ liệu thiết kế, cài đặt máy và kết quả đo được, điều này làm cho chế tạo kim loại tấm dễ dự đoán hơn từ đợt này sang đợt khác.

Câu hỏi đằng sau bài viết này rất thực tế: tự động hóa thực sự đóng vai trò gì và nó có được vị trí như thế nào? Chúng ta sẽ xem xét những áp lực thúc đẩy các cửa hàng hướng tới nó, cách nó cải thiện độ chính xác và tính nhất quán, cách nó áp dụng cho từng quy trình cốt lõi và trường hợp chi phí được xem xét kỹ lưỡng ở đâu. Mục đích là một bức tranh thực tế bao gồm những sự đánh đổi chứ không phải một danh sách những lời hứa hẹn.

Tại sao tự động hóa đã trở thành hướng mặc định trong chế tạo kim loại tấm

Một số áp lực đang hội tụ cùng một lúc và mỗi áp lực khiến việc sản xuất chỉ thủ công trở nên khó duy trì hơn. Khách hàng muốn thời gian thực hiện ngắn hơn, nhiều biến thể bộ phận hơn và tài liệu chặt chẽ hơn. Đồng thời, lao động có tay nghề cần thiết để thực hiện các công việc phức tạp bằng tay ngày càng khó tìm. Tự động hóa không còn là thứ xa xỉ dành riêng cho các nhà máy có sản lượng lớn. Nó đang trở thành một công cụ lập kế hoạch cho các cửa hàng vừa và nhỏ.

Giảm quy mô lô và tăng sự đa dạng của sản phẩm

Nhiều người mua hiện đặt hàng với số lượng nhỏ và thường xuyên sửa đổi thiết kế. Một công việc từng chạy trong vài tuần giờ đây có thể chạy trong vài ngày, tiếp theo là một hình dạng khác trên cùng một máy ép. Việc thiết lập thủ công cho mỗi thay đổi có thể tiêu tốn một lượng lớn thời gian có sẵn. Lập trình tự động, thư viện tham số và công cụ thay đổi nhanh giúp giảm thời gian thiết lập đó, do đó, tính kinh tế của ngắn hạn bắt đầu giống với tính kinh tế của dài hạn.

Hiệu ứng kết hợp trong một năm. Mọi thiết lập tránh được đều trả về thời gian máy có thể bán được và mọi số bộ phận được lập trình sẽ trở thành tài sản có thể tái sử dụng thay vì bộ nhớ do một người nắm giữ.

Đội ngũ vận hành lành nghề đang bị thu hẹp

Những người vận hành máy ép và thợ hàn có kinh nghiệm mang theo những kiến thức khó viết ra: một tấm cụ thể đàn hồi trở lại như thế nào, khi mối hàn bị biến dạng hoặc trình tự uốn nào tránh va chạm với mặt bích hiện có. Khi nhân viên cấp cao nghỉ hưu, kiến thức đó sẽ theo họ. Tự động hóa nắm bắt một phần của nó trong phần mềm và cảm biến. Nó không loại bỏ nhu cầu phán xét, nhưng nó làm giảm tần suất phải xây dựng lại phán đoán từ đầu trong mọi công việc.

Rào cản thấp hơn cho các xưởng nhỏ hơn

Cách đây không lâu, các tế bào robot yêu cầu không gian sàn lớn, bộ tích hợp chuyên dụng và thời gian vận hành dài. Ngày nay, một cửa hàng có thể bắt đầu với một robot cộng tác duy nhất, một máy ép phanh được trang bị cảm biến hoặc một công cụ lập trình hỗ trợ. Điểm đầu vào nhỏ hơn, điều đó có nghĩa là câu hỏi thực sự ngày càng tăng là bước nào cần tự động hóa trước hơn là liệu tự động hóa có khả thi hay không.

Cách tự động hóa cải thiện độ chính xác và tính nhất quán

Độ chính xác trong gia công kim loại tấm thực sự là một chuỗi các dung sai nhỏ hơn. Cạnh cắt phải sạch, phần uốn đầu tiên phải khớp với góc được lập trình của nó, phần uốn tiếp theo phải tính đến phần uốn đầu tiên và phần hoàn thiện phải vừa với bộ phận giao phối của nó. Tự động hóa cải thiện chuỗi này bằng cách đo lường và sửa chữa tại từng mắt xích thay vì dựa vào đợt kiểm tra cuối cùng để phát hiện lỗi sau khi hư hỏng xảy ra.

Khớp tham số giúp giảm sự phụ thuộc vào kinh nghiệm

Các hệ thống cắt hiện đại có thể phân tích chất lượng cạnh, độ dày vật liệu và cài đặt khí hoặc nguồn, sau đó đề xuất hoặc áp dụng các thông số phù hợp với tấm ở phía trước chúng. Người vận hành không còn phải nhớ sự kết hợp nào đã hoạt động lần trước đối với một hợp kim cụ thể. Hệ thống dựa trên các kết quả được ghi lại nên những cài đặt tốt sẽ trở thành những cài đặt có thể lặp lại. Điều này quan trọng nhất ở những cửa hàng xử lý nhiều tài liệu trong một tuần, nơi mà chỉ riêng trí nhớ là một hướng dẫn không đáng tin cậy.

Tính nhất quán thường quan trọng hơn độ chính xác cao nhất. Một quy trình luôn luôn nằm trong một phạm vi hẹp sẽ dễ dàng lập kế hoạch hơn một quy trình đôi khi hoàn hảo và đôi khi xa vời.

Đo góc uốn khi bộ phận được hình thành

Springback là kẻ thù chính của độ chính xác góc. Mỗi hợp kim phục hồi một chút sau khi nhả chày và lượng thay đổi tùy theo độ dày, hướng thớ và độ mòn của dụng cụ. Hệ thống đo góc dựa trên laser theo dõi phôi trong quá trình tạo hình và điều chỉnh hành trình trước khi bộ phận rời khỏi khuôn. Với thiết lập được điều chỉnh tốt, các góc uốn có thể được giữ trong khoảng 0,3 độ, thường đủ để giữ cho các cụm lắp ráp có yêu cầu khe hở chặt chẽ nằm trong thông số kỹ thuật.

0,3 độ

Độ lệch góc điển hình có thể đạt được bằng phép đo thời gian thực trên thiết lập được điều chỉnh

88,9 phần trăm

Tỷ lệ nhận dạng bộ phận được báo cáo trong một số triển khai xử lý có hướng dẫn bằng thị giác

Hướng dẫn trực quan để xác định và xử lý bộ phận

Máy ảnh có thể nhận dạng các bộ phận, đọc hướng và xác định vị trí các lỗ hoặc cạnh trước khi robot nhặt chỗ trống. Trong thực tế, độ chính xác của nhận dạng phụ thuộc vào ánh sáng, độ hoàn thiện bề mặt và các bộ phận lân cận trông giống nhau như thế nào. Kết quả được báo cáo trong một số hoạt động triển khai đạt khoảng 88,9%, rất hữu ích nhưng không hoàn hảo. Vì lý do đó, các ô được thiết kế tốt kết hợp tầm nhìn với các kiểm tra vật lý đơn giản, chẳng hạn như một vật cố định chỉ chấp nhận một bộ phận được đặt chính xác, do đó việc đọc sai dẫn đến tạm dừng thay vì phôi bị hỏng.

Từ uốn đến hàn: nơi tự động hóa phù hợp với từng quy trình

Tự động hóa hiếm khi tham gia vào toàn bộ công việc cùng một lúc. Nó thường được giới thiệu theo từng quy trình, bắt đầu từ nơi hoàn vốn rõ ràng nhất hoặc nơi mà khoảng cách kỹ năng bị ảnh hưởng nhiều nhất. Mỗi quy trình có logic riêng và cách tiếp cận tốt nhất phụ thuộc vào khối lượng, sự đa dạng của bộ phận và mức độ hoàn thiện được yêu cầu.

Uốn: cân bằng tính linh hoạt và thông lượng

Uốn kết hợp tính linh hoạt với các yêu cầu đòi hỏi độ chính xác cao. Robot cộng tác có thể tải và định vị các bộ phận trong khi người vận hành tập trung vào trình tự uốn cong. Lớp phủ thực tế tăng cường có thể hiển thị thứ tự uốn chính xác và vị trí thước đo phía sau ngay trên khu vực làm việc, giúp rút ngắn thời gian đào tạo cho nhân viên mới. Cách tiếp cận kết hợp này phù hợp với các cửa hàng có nhiều bộ phận khác nhau.

Hỗ trợ uốn bằng robot cộng tác phù hợp với những thay đổi thường xuyên và hình học hỗn hợp.
Một máy chấn hoàn toàn tự động với khả năng xử lý bằng rô-bốt và thay dao tự động phù hợp với số lượng lớn các bộ phận tiêu chuẩn.

Hàn: sửa lối đi thay vì dạy từng điểm

Nhiều cửa hàng bắt đầu với hàn robot vì áp lực lao động ở đây là nặng nề nhất. Lập trình robot truyền thống yêu cầu dạy từng điểm hàn riêng lẻ, tốc độ này rất chậm trong thời gian ngắn. Các phương pháp mới hơn sử dụng cảm biến để tự động tìm đường may. Cảm biến theo dõi đường may sẽ đọc hình dạng khớp khi mỏ hàn di chuyển và điều chỉnh đường đi trong thời gian thực, do đó, chương trình không cần phải viết lại cho mỗi thay đổi nhỏ trong quá trình lắp đặt. Việc hàn trở nên dễ tha thứ hơn cho sự biến đổi giữa các bộ phận và vai trò của người vận hành chuyển sang tải, cố định và kiểm tra chất lượng.

Mài và mài nhẵn: độ hoàn thiện nhất quán từ hình học

Hoàn thiện từ lâu đã là một trong những giai đoạn đòi hỏi thể chất cao nhất. Robot mài hoặc mài ba via tự động có thể hoạt động từ mô hình của bộ phận, xác định các cạnh và mối hàn cũng như chuẩn bị các đường nối với áp suất phù hợp. Vì rô-bốt tuân theo hình học chứ không phải theo trí nhớ nên cùng một chương trình sẽ tạo ra kết quả tương tự qua các ca làm việc. Việc kiểm tra của con người vẫn có giá trị đối với các bề mặt thẩm mỹ, nhưng công việc mài cạnh thông thường trở nên ít thay đổi hơn nhiều.

Quy trình	Phương pháp tự động hóa	Phù hợp điển hình
Cắt	Khớp tham số và lồng nhau được hỗ trợ	Vật liệu hỗn hợp và thay đổi thường xuyên
uốn	Robot cộng tác với lập trình có hướng dẫn hoặc một ô uốn hoàn chỉnh	Các lô nhỏ cho đến các bộ phận tiêu chuẩn có khối lượng lớn
Hàn	Theo dõi đường may với hiệu chỉnh đường dẫn dựa trên cảm biến	Lắp ráp lặp đi lặp lại với sự phù hợp thay đổi
Gỡ lỗi	Hoàn thiện bằng robot điều khiển hình học	Âm lượng từ trung bình đến cao với chất lượng cạnh ổn định

Tự động hóa giúp giảm chi phí chế tạo kim loại tấm như thế nào

Chi phí là nơi các dự án tự động hóa được đánh giá cuối cùng và chúng nên như vậy. Trường hợp trung thực không phải là máy móc rẻ hơn con người. Đó là sự thay đổi tự động hóa nơi có chi phí. Nó chuyển việc chi tiêu từ việc làm lại, thời gian nhàn rỗi và làm thêm giờ sang một khoản đầu tư dễ dự đoán hơn, có thể lên kế hoạch và khấu hao. Bốn lĩnh vực thường tạo ra sự khác biệt.

Lao động

Tự động hóa giúp giảm sự phụ thuộc vào người vận hành có tay nghề cao trong các bước lặp đi lặp lại, giúp giảm bớt áp lực tuyển dụng và cho phép nhân viên có kinh nghiệm tập trung vào việc thiết lập và kiểm tra.

chất lượng

Ít điều chỉnh thủ công hơn có nghĩa là ít bộ phận bị lỗi hơn và ít phải làm lại hơn. Phế liệu đắt hơn nguyên liệu vì thời gian sản xuất và tái chế nó cũng bị mất đi.

thời gian dẫn

Thời gian chu kỳ ngắn hơn và ít thiết lập hơn sẽ nâng cao hiệu quả sử dụng máy. Công việc di chuyển qua cửa hàng nhanh hơn, điều này hỗ trợ các cam kết giao hàng chặt chẽ hơn.

Đầu tư

Các phương pháp tiếp cận hỗn hợp, chẳng hạn như robot cộng tác làm việc cùng với thiết bị hiện có, hạ thấp rào cản ban đầu và cho phép chi tiêu theo từng giai đoạn.

Đo lường lợi nhuận mà không cần phỏng đoán

Đánh giá hữu ích bắt đầu với chi phí hiện tại cho mỗi bộ phận, được chia thành nhân công, vật liệu, làm lại và thời gian máy. Sau đó, nó sẽ hỏi chi phí nào mà bước tự động hóa sẽ thực sự thay đổi. Một robot tăng tốc một trạm có thể không giúp ích gì nếu nút cổ chai thực sự nằm ở khâu kiểm tra. Các cửa hàng lập bản đồ toàn bộ quy trình thường nhận thấy rằng khoản đầu tư đầu tiên tốt nhất sẽ giải quyết được hạn chế chứ không phải là bước có vẻ tiến bộ nhất. Đạt được ý nghĩa giảm chi phí phụ thuộc vào kỷ luật đó nhiều hơn vào bản thân thiết bị.

Lựa chọn mức độ tự động hóa thực tế

Lập bản đồ quy trình sản xuất hiện tại và xác định những hạn chế làm hạn chế sản lượng nhất.
Nhóm các bộ phận thành các họ theo hình học, vật liệu và khối lượng.
Tự động hóa gia đình hoặc trạm có độ lặp lại cao nhất trước tiên.
Đo lường kết quả qua nhiều chu kỳ sản xuất trước khi mở rộng phạm vi.

Câu hỏi thường gặp về tự động hóa chế tạo kim loại tấm

Câu hỏi 1: Tự động hóa có hợp lý đối với các lô nhỏ không?

Trong nhiều trường hợp, có. Công cụ thay đổi nhanh, thư viện tham số và lập trình được hỗ trợ giúp giảm thời gian thiết lập, thường là chi phí lớn nhất trong thời gian ngắn. Tự động hóa hoạt động hiệu quả đối với các lô nhỏ khi nó nhắm mục tiêu thiết lập và xử lý thay vì cố gắng chạy mọi bộ phận mà không cần giám sát.

Câu 2: Cần đầu tư bao nhiêu để bắt đầu?

Nó phụ thuộc vào phạm vi. Một công cụ lập trình được hỗ trợ hoặc một robot cộng tác làm việc cùng với thiết bị hiện có là một cam kết nhỏ hơn nhiều so với một ô hoàn chỉnh có khả năng thay đổi công cụ tự động và sắp xếp bộ phận. Nhiều cửa hàng bắt đầu bằng một trạm, chứng minh lợi ích bằng kết quả đo được và sau đó mở rộng.

Câu hỏi 3: Tự động hóa có loại bỏ nhu cầu về công nhân lành nghề không?

Nó thay đổi các kỹ năng cần thiết hơn là loại bỏ chúng. Người vận hành dành ít thời gian hơn cho chuyển động lặp đi lặp lại và dành nhiều thời gian hơn cho việc lập trình, xác minh thiết lập, kiểm tra chất lượng và khắc phục sự cố. Những người có kinh nghiệm vẫn cần thiết trong việc quyết định cách thức thực hiện một bộ phận mới.

Câu hỏi 4: Mất bao lâu để tự động hóa có hiệu quả?

Thời gian hoàn vốn phụ thuộc vào số lao động tiết kiệm được, số lần làm lại tránh được, mức sử dụng đạt được và khối lượng công việc sẽ sử dụng thiết bị. Một đường cơ sở rõ ràng được đo lường trước khi thay đổi giúp đánh giá lợi nhuận dễ dàng hơn nhiều. Các cửa hàng theo dõi kết quả trong nhiều tháng thường đưa ra câu trả lời đáng tin cậy nhất.

Mang nó lại với nhau

Vai trò của tự động hóa trong chế tạo kim loại tấm được hiểu rõ nhất là một bộ công cụ mang lại độ chính xác, tốc độ và khả năng dự đoán. Nó cải thiện độ chính xác bằng cách đo lường và hiệu chỉnh trong quá trình. Nó tăng tốc độ sản xuất bằng cách giảm thời gian thiết lập và xử lý. Nó làm cho các kết quả trở nên nhất quán hơn bằng cách nắm bắt những kiến thức trước đây chỉ tồn tại trong tay những người có kinh nghiệm. Nó cũng định hình lại chi phí, chuyển chi tiêu từ việc làm lại và năng lực nhàn rỗi sang các khoản đầu tư có thể được lên kế hoạch theo thời gian.

Các dự án thành công nhất bắt đầu với một bức tranh rõ ràng về dòng chảy hiện tại, những hạn chế cụ thể cần giải quyết và một định nghĩa có thể đo lường được về thành công. Họ hiếm khi cố gắng tự động hóa mọi thứ cùng một lúc và họ coi mỗi giai đoạn là nguồn dữ liệu giúp cải thiện quyết định tiếp theo.