KR AGILUS ve výrobě endoskopické techniky umožňuje pohled do vnitřku těla

Ve společnosti KARL STORZ ve švýcarském Widnau se od léta 2021 vyrábějí oční mušle pro endoskopy v rámci automatizované výroby. Robot KR AGILUS tak usnadňuje práci týmu – a urychluje výrobu. Úspěšný příběh švábsko-švýcarské spolupráce.

„Měli jsme svářečku, která už byla dost stará a bohužel už nefungovala příliš spolehlivě.“ Tak popisuje důvod automatizace Sarah Mühlecková, vedoucí pracoviště pobočky KARL STORZ ve Widnau ve Švýcarsku. To bylo na konci roku 2020. Její tým se tedy vydal hledat efektivní a inovativní řešení. KARL STORZ, společnost založená v roce 1945, je symbolem pro vysoce kvalitní endoskopy, lékařské nástroje a přístroje nejvyšší kvality. Přibližně 8 300 zaměstnanců po celém světě odpovídá za vývoj, výrobu, prodej a servis pro přibližně 15 000 produktů. Sídlo společnosti je v Tuttlingenu ve Württembersku, ale výroba probíhá také v USA, Estonsku a Švýcarsku. Nedaleko Bodamského jezera, ve Widnau, vznikají optické součásti pro endoskopy, jako jsou okuláry, které umožňují pohled do vnitřku lidského těla, a proto musí být extrémně těsné a snadno čistitelné.

Manipulace typu Pick&Place: KR AGILUS je součástí výroby endoskopů ve Widnau. Vkládá surové díly a odebírá hotové obrobky © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Od monotónní ruční práce k laserovému svařovacímu zařízení

Specifický proces, pro který byl vyžadován nový svařovací systém, se skládal ze spojení nerezového pouzdra s krycím sklem zasazeným do nerezového kroužku. Obojí je součástí tzv oční mušle endoskopu. To umožňuje chirurgovi při endoskopických zákrocích volný pohled do dutých orgánů nebo tělních dutin. K tomu byla dosud nezbytná ruční práce. Pracovníci vkládali komponenty do stroje a po svaření je zase odebírali - vždy pouzdro a na něj navařitelný kroužek s krycím sklem. „Naše pracovníky postupně zbavujeme těchto monotónních, opakujících se stresujících úkolů,“ poznamenává Sarah Mühlecková.

Umístění krycího skla na pouzdro vyžaduje vysokou citlivost, stejně jako proces Pick&Place prováděný robotem. Ideální úkol pro KR AGILUS © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Automatizace, první krok: najít svařovací systém

Tým ve Widnau cíleně hledal řešení pro automatizaci. Pokud jde o samotný proces svařování, o preferovaném systému již bylo rozhodnuto: Firma KARL STORZ zkoušela již několik měsíců 3D laserový svařovací systém TruLaser Station 7000 od společnosti TRUMPF ve švábském Ditzingenu a byla s ním velmi spokojená. Společnost TRUMPF, založená v roce 1923, je mezinárodně úspěšná díky své laserové a systémové technologii a dnes také svými řešeními v oblasti automatizace. Důraz při tom klade na řezání laserem, laserové svařování a značení.

Tým společnosti KARL STORZ ve Widnau si rychle zvykl na práci s novým 3D laserovým svařovacím systémem © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Druhý krok: Doporučení v sousedství

TRUMPF má 15 000 zaměstnanců, spolupráce se společností KARL STORZ se osvědčuje již téměř 30 let. Když přišla řeč na automatizaci TruLaser Station 7000, tým TRUMPF doporučil vhodného integrátora – a to ze sousedství. Podnik wbt automation v Gosheimu v současné době zaměstnává 18 osob. Ředitel firmy wbt, Joachim Burkert, byl rychle nadšený z myšlenky částečné automatizace výroby očních mušlí. „Název wbt znamená ‚Wir bewegen Teile‘ (Uvádíme díly do pohybu) a byli jsme rádi, že jsme u toho,“ vzpomíná Burkert. „A to přesto, že požadavky byly opravdu vysoké."

Joachim Burkert, ředitel firmy wbt automation. Jeho společnost upřednostňuje roboty značky KUKA © wbt

Třetí krok: Ujasnit si technické detaily laserového svařovacího zařízení

Joachim Burkert pokračuje: „Pomocí malého robota v kompaktní buňce jsme museli umístit velké množství obrobků na velmi malém prostoru, přesně je napolohovat do svařovacího zařízení a odložit je tam. Navíc jsme museli vzájemně koordinovat, jak přesně robot díly přepravuje, protože jsme chtěli každým pohybem uchopit a spojit hned dva obrobky.“ U zhruba 98 procent automatizačních projektů spoléhá wbt automation na roboty značky KUKA, uvádí Burkert. „K takovým úkolům potřebná přesnost vyžadovala přesně nadimenzovaného robota, a nikoli běžně dostupný výrobek. Vybrali jsme model KR AGILUS typu KR10 R1100, kterého společnost KUKA ještě jednou extra přezkoušela a zaučila, než ho předala nám.“ Nyní umí mj. kontrolovat polohu dílů pomocí laserové senzoriky a kromě čtyřnásobného chapadla také použít malé vakuové sací dmychadlo k přesnému polohování každého krycího skla.

Dokonale sehraný tým: KR AGILUS jakožto robot pro manipulaci a TruLaser Station 7000 značky TRUMPF pro 3D laserové svařování © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Čtvrtý rok: slibné partnerství

Robotická buňka je připojena k TruLaser Station 7000, ale lze ji pružně vyjmout a servisovat. Její zásobník obrobků obsahuje čtyři zásuvky, které celkem pojmou až 960 obrobků. KR AGILUS je používá k přepravě dílů do laserového svařovacího zařízení – dvě pouzdra a na ně přesně umístěná krycí skla pro každý proces svařování. Hotové svařené oční mušle jsou rovněž zase uloženy do zásobníku obrobků. Joachim Burkert uvádí, že robot KUKA splňoval maximální technické předpoklady: „Spojili jsme osvědčené řízení KUKA a známý ovládací panel s komponentami naší společnosti. Robot byl namontován na speciálně pro tento účel vyvinutou buňku flextray MRC. Přes Profibus jsme vytvořili bezpečné spojení s naším řízením značky Siemens , což nám umožňuje bezproblémovou komunikaci se systémem TRUMPF.“

Manipulace typu Pick&Place: pomocí speciálního chapadla navrženého společností wbt automation. Používá vakuové sací dmychadlo k zajištění polohy surových dílů © wbt

Pátý krok: Přesvědčit skeptiky

Wolfgang Karl, který je ve společnosti KARL STORZ už čtyřicet let a je specialistou na lasery, přiznává, že byl zpočátku poměrně skeptický. „Samozřejmě jsem měl během vývoje mnoho otázek. Jak robot uchopí díly, a jak je to bezpečné? Co když chapadlo kvůli chybě vsadí pouze jeden díl, ale musí vyjet se dvěma díly? A jak stoprocentně zajistíme, aby nedošlo k žádným problémům?" Odpověď na tyto otázky poskytla společnost wbt automation „kompletní simulací, kterou jsme realizovali pomocí simulačního softwaru KUKA.Sim“, popisuje Joachim Burkert. S pomocí digitálního dvojčete mohl integrátor „kompletní produkt představit ještě předtím, než byl k dispozici hardware", pokračuje Burkert. „To rozptýlilo mé pochybnosti," zdůrazňuje Wolfgang Karl.

Wolfgang Karl je odborníkem na veškeré laserové procesy ve společnosti KARL STORZ © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Šestý krok: Zvládnout každodenní provoz, zajistit vysokou kvalitu

V kombinaci s vhodným laserem – v tomto případě modelem TruFiber 500 na bázi vláken s výkonem 500 W – byla zahájena automatizovaná výroba. Nakonec bylo už jen nutné přesvědčit pracovníky, kteří sice už nemuseli nakládat a vykládat svářečku, ale museli například plnit zásuvky, ovládat robota a zajistit kontrolu kvality. Sarah Mühlecková k tomu říká: „Nikdo nebyl propuštěn, ve skutečnosti jsme byli schopni využít automatizaci ke kompenzaci odchodu do důchodu. Někteří zaměstnanci však měli pochybnosti, zda novou technologii zvládnou.“ Společnost wbt proškolila zaměstnance společnosti KARL STORZ jak v Tuttlingenu, tak i ve Widnau a zbavila je této nejistoty.

Flexibilní zařízení pro 3D laserové svařování: Robota lze kdykoli rychle odpojit od laserového systému © Stefan Hobmaier, TRUMPF

„Svary jsou velmi, velmi dobré”

Sarah Mühlecková po něco málo přes půl roce bilancuje: „Obsluhovat robota může každý pracovník a tato stanice se v našem rotačním systému dokonce těší mimořádné oblibě." Šest měsíců po prvním setkání všech aktérů byla robotická buňka TruLaser Station 7000 s robotem KR AGILUS uvedena do provozu ve Widnau. A to s měřitelným úspěchem: Pro nakládání a vykládání, které při ručním provádění zabere v průměru deset sekund, robot potřebuje pouhé dvě sekundy. Sarah Mühlecková je ale přesvědčena, že nejdůležitější je něco jiného: „Kvalita je vysoká. Svary jsou velmi, velmi dobré. A systém je spolehlivý, nic nevypadává."

Sarah Mühlecková při kontrole kvality: Oční mušli lze použít pouze tehdy, jsou-li krycí sklo a pouzdro dokonale svařeny © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Shrnutí: Průkopnická automatizace

Dr. Axel Frey, produktový manažer společnosti TRUMPF, je také ohromen tímto projektem automatizace. „Vkládání a vykládání dílů do a z laserového svařovacího systému s maximální spolehlivostí procesu – to je něco, co člověk sice dokáže, ale zaprvé ne s takovou rychlostí a zadruhé ne stoprocentně konstantně. Proces ale musí být trvale konstantní a kvalita musí být stále vysoká.“ A to je právě možné s buňkou TruLaser Station 7000 ve Widnau. A to není všechno: „Také od lékařských techniků z USA, kterým jsem tento projekt představil, jsem zaznamenal velmi kladnou zpětnou vazbu. Tato automatizace je v mnoha ohledech průkopnická.“

Pick – Place – Svařování! Laserové svařovací zařízení poskytuje maximální kvalitu pro endoskopii © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Robot KUKA může obsluhovat každý pracovník a tato stanice se v našem rotačním systému dokonce těší mimořádné oblibě.

Sarah Mühlecková, vedoucí pracoviště KARL STORZ Widnau

Otevřít se novým výzvám

Pro Joachima Burkerta je fakt, že laserový svařovací systém a robot lze od sebe kdykoli rychle oddělit, obzvlášť inovativním řešením. „Pokud KARL STORZ bude mít za pět let v úmyslu použít robota pro jiný úkol, pracovníci mohou buňku jednoduše odpojit za méně než minutu a robota KR AGILUS k novému úkolu přidělit. Nebo je také možné k robotu KR AGILUS přiřadit dva různé lasery: Přes den by pracoval na laseru číslo jedna, v noci na laseru číslo dva.“ Ve společnosti KARL STORZ ve Widnau však momentálně nikdo nechce nic měnit. Všichni jsou spokojeni s tím, jak lidé, stroje a robot KUKA dělají svou práci. „Byla to opravdu skvělá spolupráce,“ říká na závěr vedoucí pracoviště Sarah Mühlecková. Člověk má hned chuť si to zopakovat."