W celu zwiększenia efektywności i stopnia automatyzacji nowoczesnych procesów produkcyjnych coraz częściej stosuje się systemy modułowe, umożliwiające łatwą modyfikację układów i dostosowanie ich do zmieniających się potrzeb. Firma SCHUNK, specjalista w dziedzinie systemów mocowań i automatyki przemysłowej, idzie krok dalej i proponuje, oprócz obszernego programu modułów chwytakowych, obrotowych i liniowych, rozwiązania konstrukcyjne SCHUNK Engineering. Umożliwia on symulację i modyfikację wybranych zespołów modułów i systemów automatyzacji na wstępnym etapie projektowania. Dzięki temu integratorzy systemów i biura konstrukcyjne mogą już w początkowej fazie projektu wyeliminować błędy i zoptymalizować rozwiązania, wybierając wydajniejsze i oszczędniejsze urządzenia.
Przykładem wykorzystania wirtualnych prototypów jest projekt niemieckiej firmy KIWI-Automations GmbH & Co. KG. Z pomocą SCHUNK Engineering firma ta stworzyła dokładny system odkładczy do odkuwek prasowanych, tłoczonych i innych elementów produkowanych seryjnie. Powstało uniwersalne, ekonomiczne rozwiązanie modułowe, spełniające najwyższe wymagania odnośnie do uzyskiwanej jakości i pewności procesów. Znaczny wzrost wymagań jakościowych stawianych produkcji seryjnej i masowej w ostatnich latach oraz wytwarzanie coraz bardziej złożonych elementów skutkują zwiększeniem oczekiwań w stosunku do stosowanych rozwiązań, precyzji wykonania oraz odpowiedniego składowania i przechowywania. System odkładczy opracowany dzięki współpracy firm KIWI i SCHUNK odznacza się wysokim bezpieczeństwem i dokładnością pracy nawet przy bardzo szybkich cyklach. Delikatnie i pewnie pozycjonuje odkuwki do dalszej obróbki, a w porównaniu z pracą ludzkich rąk jest znacznie wydajniejszy, zachowując regularność i stałą prędkość cykli.
Znaczne skrócenie fazy projektowania
Dotychczasowy proces projektowania nowych rozwiązań pochłaniał znaczną ilość czasu i spore nakłady pieniężne, opierając się w dużym stopniu na żmudnych rysunkach i wyliczeniach oraz konstrukcji drogich prototypów. Firma SCHUNK proponuje przeniesienie wielu kroków rozwoju nowych pomysłów na platformę wirtualną. Za pomocą najnowszego oprogramowania oferuje możliwość symulacji funkcjonowania prototypów i ich optymalizację, np. poprzez odpowiedni rozkład śrub i wzmocnień czy miejsc działania sił w poszczególnych komponentach. Dzięki temu bardzo szybko otrzymujemy informacje o możliwości deformacji lub działaniu systemu przy określonych obciążeniach i mamy również możliwość porównania różnych wariantów. Uzyskane wyniki ułatwiają wybór optymalnego rozwiązania i pozwalają na szybkie wykrycie i poprawienie jego słabych stron jeszcze przed stworzeniem prototypu.
Trzy stopnie symulacji dla najlepszych parametrów
SCHUNK Engineering jest wewnętrznym systemem ekspertowym, pozwalającym na koordynację komputerowego wspomagania prac inżynierskich CAE (ang. Computer Aided Engineering) w różnych projektach, wykorzystanie efektywnych systemów do wyliczeń oraz zbieranie wniosków, które zostają następnie wykorzystane w praktyce. SCHUNK dysponuje bogatym katalogiem symulacji różnych zadań pośrednich, które mogą być łączone w rozwiązania indywidualnie dopasowane do oczekiwań klienta.
W ten sposób można np. obliczyć podstawowe parametry dla techniki liniowej i portalowej, co pozwala na wybór z obszernej oferty firmy SCHUNK odpowiednich napędów liniowych i tworzenie optymalnej kombinacji osi.
SCHUNK Engineering umożliwia trzy stopnie symulacji:
- analizę modalną, czyli symulację postaci i częstotliwości własnych drgań dla pierwszej oceny sztywności,
- analizę statyczną, czyli symulację odkształceń i naprężeń powstałych przy różnych obciążeniach,
- analizę typu transient, czyli symulację kompletnych cykli i przebiegu pracy, do precyzyjnego określenia obciążeń dynamicznych i oceny żywotności układu.
Symulacja a rozwój projektu
W miarę rozwoju danego projektu powstają coraz bardziej kompleksowe rozwiązania. Do pierwszego modelu symulacji wystarczy plan kombinacji osi, z podaniem ich typów, wymiarów i ciężarów. Pliki CAD konstrukcji otoczenia są przydatne, ale nie niezbędne. Po analizie modalnej w krótkim czasie powstaje symulacja prawie wolnego od drgań, sztywnego układu osi. Na tej podstawie można wykonać szybką i pewną ocenę systemu pod względem stosunku sztywności do masy i określić wymagania sztywności wobec otaczającej konstrukcji.
W drugim stopniu analizy uwzględnia się dodatkowo obciążenia i parametry kinematyczne, takie jak droga, prędkość i przyśpieszenie. Symulacja ukazuje odkształcenia i obciążenia w różnych środowiskach. Dodatkowo możliwe jest oszacowanie obciążeń maksymalnych i żywotności systemu.
Trzeci stopień obejmuje symulację konkretnych cykli jako ciąg mniejszych odcinków czasu. W ten sposób można ocenić ruchy i odkształcenia systemu podczas pracy. Ustala się spodziewany udział obciążeń dynamicznych oraz wysokość, miejsce i okresy obciążeń, uzależnione od rodzaju cyklu.
Wynik: uniwersalny system odkładczy
W krótkim czasie powstaje modułowy system odkładczy, który umożliwia szybkie dopasowanie do wymagań produkcji w najróżniejszych branżach. Półprodukty są transportowane przez oś buforującą na stanowisko odkładcze, następnie odbierane przez wbudowany system chwytający i odkładane do odpowiednich pojemników. System odkładczy KIWI obsługuje wszystkie tradycyjne zasobniki, które odpowiadają wymiarom europalety, takie jak pojemniki siatkowe, opakowania typu blister czy pojemniki KLT, a rozwiązanie typu tandem pozwala na wymianę pełnych zbiorników bez przerywania procesu produkcyjnego.
W celu dopasowania do wymagań produkcji, np. rodzaju i wielkości wytwarzanych elementów i pojemników załadunkowych, istnieje możliwość odpowiedniego rozplanowania strefy buforowej i systemu chwytającego oraz uzupełnienia ich o dodatkowe elementy.
W wersji podstawowej (typ AGA 2400-2) zakres ruchu poszczególnych osi systemu przedstawia się następująco: osi X - 2400 mm, osi Y - 1220 mm, osi Z - 900 mm. Wymiary (długość, szerokość, wysokość) wynoszą: 4000 × 2100 × 3500 mm. Maksymalna nośność osi Z to 15 kg. Jako osie liniowe stosowane są wytrzymałe i precyzyjne moduły liniowe z napędem paskowym i prowadnicami szynowymi systemu HSB firmy SCHUNK.
Korzyści również po fazie konstrukcyjnej
Korzyści z systemu SCHUNK Engineering są nie tylko bezpośrednio związane z fazą projektowania. Symulacja umożliwia stworzenie systemu o optymalnych parametrach, charakteryzującego się długą żywotnością i precyzją. Ponieważ możliwe jest rozważenie różnych scenariuszy i wybranie rozwiązania adekwatnego do potrzeb danej produkcji, do przeszłości należą systemy przesadzone pod względem konstrukcyjnym, ze zbyt dużymi marginesami bezpieczeństwa. W związku z tym obniżeniu ulegają koszty modułów oraz zmniejszają się waga i zapotrzebowanie energetyczne całej instalacji. Wirtualne projektowanie przyczynia się tym samym do znacznych oszczędności przedsiębiorstwa oraz ochrony środowiska.
