Montaż superkomputerów i testy End-of-Line (testy na końcu linii)

Im więcej funkcji posiada dany samochód, tym mocniejsze muszą być jego sterowniki. Rośnie zapotrzebowanie na tzw. superkomputery, które oprócz telekomunikacji i komfortu jazdy wspierają również autonomiczną jazdę, a tym samym zapotrzebowanie na rozwiązania automatyzacyjne dla ich komponentów. Specjalista od automatyzacji Schnaithmann Maschinenbau GmbH zaprogramował siedem robotów KUKA tak, że pracują one przy produkcji superkomputerów.

Inteligentnie zaprogramowane roboty montują superkomputery

Ramię robota KR AGILUS precyzyjnie chwyta element z tworzywa sztucznego, przeznaczony do tzw. superkomputerów High Performance Computer (HPC). Umieszcza się go we właściwej części bufora wlotowego, gdzie inny robot chwyta go i przekazuje do kontroli podzespołów. W sumie siedem robotów KR AGILUS szybko i precyzyjnie pracuje ramię w ramię w inteligentnie zaprogramowanym procesie. Nigdy się nie zatrzymują, nic nie upuszczają, montują i kontrolują superkomputery z najwyższą starannością. Przyczyniają się do tego, że w superkomputerach pojazdów montowane są tylko komponenty najwyższej jakości.

Obecnie HPC umożliwiają między innymi pobieranie aplikacji i aktualizacji zabezpieczeń, a w dłuższej perspektywie mają również wspierać autonomiczną jazdę. Wysokowydajne komputery są mózgami pojazdów i muszą przetwarzać ogromne ilości danych, a jednocześnie być wystarczająco lekkie i kompaktowe, aby zmieścić się również w mniejszych samochodach. Aby produkcja tych wysokowydajnych sterowników była jak najbardziej rentowna, potrzebne są wydajne i elastyczne rozwiązania automatyzacyjne.

Roboty KR AGILUS gwarantują niesamowitą efektywność podczas automatyzacji montażu.

Do zautomatyzowanego montażu części i testów End-of-Line (EOL) dostawca części samochodowych zatrudnił specjalistów od automatyzacji, czyli firmę Schnaithmann Maschinenbau GmbH i firmę KUKA. Firma Schnaithmann jest średniej wielkości przedsiębiorstwem z siedzibą w szwabskiej miejscowości Remshalden, które specjalizuje się w rozwiązaniach systemowych z zakresu instalacji i maszyn specjalnych, przeznaczonych do automatyzacji montażu, i potrafi zaprogramować kilka robotów w taki sposób, aby zapewniały suwerenną i bezpieczną pracę.

„Szczególnie ekscytująca była automatyzacja modułowa, ponieważ nie wymaga ona sztywnych urządzeń peryferyjnych i jest niezwykle elastyczna. Jeśli projekt lub konstrukcja elementu ulegnie zmianie, odpowiedni moduł zostaje wymieniony, a przypisany do niego robot przeprogramowany – i już można kontynuować montaż” – wyjaśnia Chris Klöpfer, dział sprzedaży technicznej SL, Schnaithmann.

Maksymalna kontrola jakości dzięki testom End-of-Line

Firma Schnaithmann zrealizowała już wiele projektów klientów z zastosowaniem robotów KUKA. Omawiany dostawca części samochodowych od dawna korzysta z rozwiązań KUKA w różnych zakładach i uważa tego producenta robotów za niezawodnego i innowacyjnego partnera w automatyzacji linii montażowych. Dlatego również do tego wymagającego projektu wybrał on robota firmy KUKA. Smukła konstrukcja KR AGILUS, jego wszechstronność i specjalny lakier ESD+ – w połączeniu z kompaktowym układem sterowania robota KR C5 – były najbardziej przekonującymi argumentami. Na przykład pod koniec 2021 roku rozpoczęła się innowacyjna automatyzacja w produkcji superkomputerów.

„Klient potrzebował rozwiązania oferującego maksymalną elastyczność, które można szybko i tanio dopasować w przypadku zmiany elementów” – wyjaśnia Joachim Roess, Global Key Account Manager w firmie KUKA, który jest odpowiedzialny za omawianego dostawcę części samochodowych. Oznaczało to, że testy End-of-Line produktu były wyjątkowo niezawodne. Ze względu na to, jak duże znaczenie superkomputery mają dla bezpieczeństwa jazdy, podlegają one niezwykle surowym regulacjom certyfikacji „Advanced Autonomous Driving Technology”. Niezauważone mikrorysy na superkomputerach mogą spowodować awarię systemu Advanced Driver Assistance System (ADAS). Dzięki precyzyjnemu i w pełni zautomatyzowanemu montażowi z ochroną ESD+ oraz kontrolom, takim jak niezawodne testy EOL, można wyeliminować te mikrorysy.

KR AGILUS pracujący z dokładnością co do milimetra w procesie Chaku-Chaku.

Roboty w procesie Chaku-Chaku

Podobne instalacje często wykorzystują linie z przenośnikami taśmowymi, ale przez to zakłady produkcyjne muszą mieć określone rozmiary. „Jeśli produkt lub przebieg testu End-of-Line ulegnie nawet częściowej zmianie, może to doprowadzić do skomplikowanych zmian konstrukcyjnych w przypadku sztywnych koncepcji instalacji” – podaje następujący przykład Joachim Roess. Dlatego firmy Schnaithmann i KUKA zaproponowały rozwiązanie z kilkoma wolnostojącymi robotami, które działają zgodnie z zasadą Chaku-Chaku.

W przypadku zasady Chaku-Chaku obrabiana część jest odkładana ręcznie przez robota bezpośrednio na stację i przekazywana stamtąd po obróbce z robota do następnej stacji – bez stosowania dodatkowych środków transportowych np. klasycznych przenośników taśmowych. Roboty przenoszą więc części bezpośrednio ze stacji do stacji i tam je obrabiają. Z jednej strony wymaga to mniejszej liczby urządzeń peryferyjnych, a z drugiej oferuje więcej możliwości modyfikacji instalacji w przyszłości, ponieważ roboty można łatwo umieścić i przeprogramować w innym miejscu.

Zgrany zespół: Roboty KR AGILUS pracują ramię w ramię, nie dotykając siebie wzajemnie.

Zasada Chaku-Chaku zakłada jednak, że roboty inteligentnie się ze sobą komunikują i wzajemnie odblokowują swoje obszary robocze. Klasyczna aplikacja manipulacyjna Chaku-Chaku pozwala robotom, które przemieszczają się swobodnie w przestrzeni na stelażach i cokołach na wykonywanie czynności roboczych w dokładnie określonej kolejności.

Roboty KUKA, działające zgodnie z zasadą Chaku-Chaku, pracują bez pomocy człowieka.

Symulacja i obszerne kontrole EOL zapewniające najwyższą precyzję

Symulacja procesu produkcyjnego przed uruchomieniem instalacji przez oprogramowanie KUKA.Sim umożliwia zidentyfikowanie idealnego przebiegu pracy produkcyjnej. Idealny i ekonomiczny przebieg pracy produkcyjnej zależy z jednej strony od czasu taktu, a z drugiej strony od jak najlepszego wykorzystania robotów. Oprócz zredukowania ilości komponentów sprzętowych do minimum i związanej z tym oszczędności miejsca, wiąże się to z maksymalną zdolnością dopasowania do zmieniających się wymagań dotyczących elementów obrabianych.

Oszczędność miejsca i automatyzacja: Każda czynność robocza jest wykonywana w dokładnie określonej kolejności.

W ten sposób można szybko i łatwo dopasować instalację do niezbędnych modyfikacji. Dzięki obszernym kontrolom, przeprowadzanym w ramach systemu testowego, zwłaszcza przez EOL, firma Schnaithmann, firma KUKA i dostawca części samochodowych wspólnie osiągnęli cel, jakim jest stosowanie w superkomputerach HPC tylko najwyższej jakości komponentów.

Kompaktowa współpraca KR AGILUS, KR C5 micro i inteligentnego programowania

Zespół firmy Schnaithmann zdecydował się na siedem robotów KR AGILUS, które współpracują w zautomatyzowanej instalacji bez udziału pracowników. Pięć robotów przeprowadza załadunek i rozładunek komponentów w buforach wlotowych, a dwa pozostałe zajmują się właściwymi testami End-of-Line z użyciem systemu Vision. Robot KR AGILUS przekonuje smukłą konstrukcją, wszechstronnością i precyzją, a także stopniem ochrony IP67 i klasą pomieszczenia sterylnego ISO 4.

Wszystkie roboty KR AGILUS są certyfikowane i zgodne ze standardem ESD+. Dzięki temu spełniają wysokie wymagania przemysłu motoryzacyjnego.

Ten sześcioosiowy robot jest predestynowany do metody Chaku-Chaku, ponieważ można go połączyć z bardzo kompaktowym i energooszczędnym układem sterowania do małych robotów KR C5 micro. Sprawdza się on w każdej pozycji montażowej – w tym przypadku na stelażu montażowym robota. Nie jest też potrzebna dodatkowa szafa sterownicza ze sztywnym, nieelastycznym okablowaniem. Kompaktowa konstrukcja robota KR AGILUS w połączeniu z jednym z najbardziej kompaktowych układów sterowania robotów na rynku trafiła idealnie w gust dostawcy części samochodowych: Maksymalna elastyczność podczas produkcji podzespołów dzięki możliwości szybkiego i ekonomicznego rozszerzeniu oraz adaptacji instalacji.

Sprostanie wyzwaniom z pomocą specjalnego lakieru i oprogramowania systemowego KUKA (KSS)

„Roboty KUKA posiadają standardowo certyfikat ESD zgodnie z najnowszymi normami” – wyjaśnia Joachim Roess. „Jednak jeśli chodzi o autonomiczną jazdę, ogólne wymagania są wyższe niż w branży elektronicznej, a nawet niż w produkcji półprzewodników.” A to dlatego, że nawet niewielka ilość ładunków elektrycznych może spowodować powstanie mikrorys, które nie zostaną wykryte podczas kontroli końcowej sterownika, a które mogą doprowadzić do skrócenia żywotności podzespołu. Aby temu zapobiec, dostawca części samochodowych zamówił specjalny lakier, który zawiera odprowadzające ładunki elektrostatyczne cząsteczki metalu nie tylko dla samego robota, lecz również dla jego podstawy i cokołu.

Zamówione – dostarczone: Wszystkie roboty KR AGILUS w instalacji spełniają teraz standard ESD+. Tego standardu nie można osiągnąć w produkcji z udziałem człowieka: na ludzkich włosach i odzieży mogą powstawać ładunki elektrostatyczne, przez co wymagana jest specjalna odzież robocza dla wszystkich, którzy mają kontakt z czułymi podzespołami elektronicznymi. Poza tym stosowanie robotów jest odpowiedzią na ogólny brak wykwalifikowanych pracowników. Monotonne, powtarzalne i jednocześnie wymagające czynności nie są chętnie wykonywane przez pracowników.

Perfekcyjny przebieg pracy zgodnie z zasadą Chaku-Chaku

Kolejnym wyzwaniem było zaprogramowanie robotów w taki sposób, aby ich zakresy robocze były do siebie idealnie dopasowane. Siedem robotów KR AGILUS powinno zajmować jak najmniej miejsca w hali, ale ich kiście i chwytaki nie mogą się ze sobą zderzać. „W naszym systemie operacyjnym KSS można standardowo wyznaczyć takie przestrzenie” – mówi Roess. „Dzięki temu układ sterowania może zawsze określić, kiedy udostępnione jest miejsce dla robota A, a kiedy dla robota B, aby zapobiec kolizji robotów.”

Tego typu rozwiązania automatyzacyjne są dobrze skalowalne. Wykorzystuje się je w produkcji superkomputerów HPC do innowacyjnych samochodów elektrycznych.

Praktyka pokazała, że: Jeśli instalacja zostanie rozszerzona o dodatkowe roboty, można je szybko skonfigurować i realizować zadania ramię w ramię z innymi robotami KR AGILUS. Równie łatwo można ją rozszerzyć o maszyny lub inne komponenty.

Wnioski i podsumowanie: przyszłościowe rozwiązanie

Preferujemy współpracę z firmą KUKA, ponieważ dostawy odbywały się terminowo nawet w trudnych czasach.

Chris Klöpfer, dział sprzedaży technicznej SL, Schnaithmann

Obecny projekt po raz kolejny tego dowodzi. Również klient (międzynarodowy dostawca części samochodowych) jest bardzo zadowolony, że firma KUKA jest producentem robotów zgodnych ze standardem ESD w branży elektronicznej. Joachim Roess zdradza, że instalacja, która jest w eksploatacji od kilku miesięcy, ma zostać rozszerzona. „Druga stacja testowa jest już w fazie planowania – można ją szybko i łatwo wdrożyć, ponieważ tego typu rozwiązanie jest dobrze skalowane” – mówi Roess. Jak prognozują eksperci, zapotrzebowanie na superkomputery do innowacyjnych samochodów elektrycznych będzie nadal rosło – dlatego tego rodzaju rozwiązania automatyzacyjne pomogą sprostać wysokiemu popytowi i zapewnić rentowną produkcję.

Tymczasem dostawca części samochodowych już pracuje z KUKA i integratorami nad innymi innowacyjnymi rozwiązaniami dla przyszłościowej mobilności. Projekt badawczy wykazał, że mobilny robot KMR iiwa wspiera załadunek płytek drukowanych z dużą prędkością. Jako część procesu Splicing zapewnia on niezawodne, szybkie i precyzyjne przenoszenie wrażliwych podzespołów do odpowiednich miejsc na płytce PCB. Kolejnym krokiem międzynarodowego dostawcy części samochodowych będzie uczynienie swojej produkcji, a tym samym przyszłościowej mobilności jeszcze bardziej efektywną i innowacyjną.