Montáž a závěrečné zkoušení superpočítačů

Čím více funkcí automobil má, tím výkonnější musí být jeho řídicí jednotky. Čím více funkcí automobil má, tím výkonnější musí být jeho ovládací zařízení. Poptávka po takzvaných superpočítačích, které podporují kromě telekomunikací a jízdního komfortu i autonomní řízení, roste – a s tím i potřeba automatizačních řešení v případě jejich dílů. Společnost Schnaithmann Maschinenbau GmbH, specialista na automatizaci, proto naprogramovala sedm robotů KUKA, které pomáhají při výrobě superpočítačů.

Superpočítač montují inteligentně naprogramované roboty

Robotické rameno robota KR AGILUS účelně a přesně uchopí plastový díl, který je naléhavě potřebný pro tzv. vysoce výkonný počítač („High Performance Computer (HPC)). Umístí jej do správné přihrádky úložného zásobníku, odkud ji vyzvedne jiný robot a předá jej ke kontrole dílů. Celkem sedm robotů KR AGILUS pracuje ruku v ruce rychle a přesně podle inteligentně naprogramovaného procesu. Nikdy nezaváhají, nikdy nic neupustí a superpočítače montují a kontrolují s nejvyšší pečlivostí. Hrají svou roli při zajišťování toho, že do superpočítačů vozidel jsou instalovány pouze ty nejkvalitnější komponenty.

HPC aktuálně umožňuje mimo jiné stahování aplikací a bezpečnostních aktualizací a dlouhodobě by měly podporovat i autonomní řízení. Vysoce výkonné počítače jsou takříkajíc mozkem vozidla a musí zpracovávat obrovské množství dat a zároveň být dostatečně lehké a kompaktní, aby se vešly do menších vozidel. Aby bylo možné vyrábět tato vysoce výkonná řídicí zařízení hospodárně, jsou zapotřebí efektivní a flexibilní automatizační řízení.

Roboti KR AGILUS zaručují bezchybnou efektivitu v automatizaci montáže.

Pro automatizovanou montáž a závěrečné zkoušení dílů (EOL) si dodavatel automobilových součástek přizval specialisty na automatizaci, společnosti Schnaithmann Maschinenbau GmbH a KUKA. Středně velká automatizační společnost ze švábského Remshaldenu se specializuje na systémová řešení v oblasti systémů a speciálních strojů pro automatizaci montáže a dokáže naprogramovat několik robotů tak, aby spolehlivě a bezpečně spolupracovaly.

„Modulární automatizace nám přišla obzvlášť zajímavá, protože nevyžaduje žádné pevné periferie a je velmi flexibilní. Pokud se změní design nebo konstrukce součásti, příslušná buňka se vymění a robot, který jí byl přidělen, se přeprogramuje – a montáž může pokračovat,“ vysvětluje Chris Klöpfer, Technical Sales SL, Schnaithmann.

Maximální zajištění kvality prostřednictvím závěrečného zkoušení EOL

Společnost Schnaithmann již realizovala řadu zákaznických projektů s roboty KUKA. Dodavatel automobilového průmyslu dlouhodobě spolupracuje s řešeními KUKA na různých místech a cení si výrobce robotů jako spolehlivého a inovativního partnera v oblasti automatizace montáže. Pro tento náročný projekt byly vybrány i roboty KUKA. Štíhlý design robota KR AGILUS, jeho všestranné možnosti použití a speciální povrchová úprava ESD+ – v kombinaci s kompaktní řídicí jednotkou robota KR C5 – patřily k přesvědčivým argumentům. Tato inovativní automatizace výroby superpočítačů dostala zelenou na konci roku 2021.

„Zákazník chtěl řešení, které by nabízelo maximální flexibilitu a které by bylo možné rychle a hospodárně přizpůsobit při změně dílů,“ vysvětluje Joachim Roess, globální manažer pro klíčové zákazníky společnosti KUKA odpovědný za dodavatele automobilových součástek. Cílem bylo, aby byly závěrečné zkoušení extrémně spolehlivé. Vzhledem ke svému významu pro bezpečnost jízdy podléhají superpočítače obzvláště přísným předpisům certifikace pro „pokročilé technologie autonomního řízení“. Nezjištěné mikrotrhliny v superpočítačích by mohly způsobit selhání systému „Driver Assistance System“ (ADAS). Tyto mikrotrhliny lze eliminovat pomocí vysoce přesné a plně automatizované montáže pod ochranou ESD+ a pomocí zkoušek, jako jsou spolehlivé zkoušky EOL.

Milimetrově přesná dokonalost robota KR AGILUS v pracovním postupu Chaku-Chaku.

Roboti v Chaku-Chaku-Flow

Srovnatelné systémy často používají linky s dopravníky, což však znamená, že výrobní podniky jsou omezeny na určité velikosti. „Pokud se změní výrobek nebo se byť jen částečně změní posloupnost zkoušek na konci výrobní linky, může to v případě pevných systémových koncepcí vést ke složitým změnám návrhu,“ uvádí Joachim Roess jeden z příkladů. Proto společnosti Schnaithmann a KUKA navrhly řešení s několika volně stojícími roboty, které pracují na principu Chaku-Chaku.

Díky principu Chaku-Chaku robot umístí zpracovávaný díl přímo na stanici, ruku v ruce, a odtud jej po zpracování dopraví na další stanici – bez použití dalších dopravních prostředků, jako jsou klasické pásové dopravníky. Roboty proto přesouvají díly přímo ze stanice na stanici a zpracovávají je tam. To na jedné straně vyžaduje méně periferních zařízení a zároveň nabízí více možností budoucích úprav zařízení, protože roboty lze jednoduše přemístit na jiné místo a přeprogramovat.

Dobře sehraný tým: Roboti KR AGILUS pracují ruku v ruce, aniž by se navzájem dotýkaly.

Princip Chaku-Chaku však vyžaduje, aby spolu roboti inteligentně komunikovali a vzájemně si odemykali pracovní prostory. Klasická manipulační aplikace Chaku-Chaku umožňuje robotům, které stojí volně v místnosti na stojanech a podstavcích, provádět pracovní úkony v přesně definovaném pořadí.

Roboti KUKA, kteří pracují volně podle principu Chaku-Chaku, nepotřebují žádné lidské spolupracovníky.

Simulace a rozsáhlé zkoušení EOL pro maximální přesnost

Simulace výrobního procesu před uvedením systému do provozu pomocí softwaru KUKA.Sim umožnila určit ideální průběh výroby. Tento dokonalý a hospodárný výrobní proces souvisí na jedné straně s dobou cyklu a na druhé straně s ideálním využitím robotů. Kromě snížení počtu hardwarových komponent a s tím spojené úspory místa je to doprovázeno maximální přizpůsobivostí měnícím se požadavkům na komponenty.

Prostorově úsporné a automatizované: Každý pracovní krok následuje v přesně definovaném pořadí.

Tímto způsobem lze systém rychle a snadno přizpůsobit požadovaným úpravám. Rozsáhlým testováním v rámci testovacího systému, zejména prostřednictvím EOL, společnosti Schnaithmann, KUKA a dodavatel automobilových součástek společně dosáhli toho, že ve vysoce výkonných počítačích jsou použity pouze prvky nejvyšší kvality.

Kompaktní na cestách s roboty KR AGILUS, KR C5 micro a chytřejším naprogramováním

Tým společnosti Schnaithmann se rozhodl pro sedm robotů KR AGILUS, které spolupracují v rámci plně automatizovaného systému bez lidských zaměstnanců. Pět robotů nakládá a vykládá zásobníky s komponenty, zatímco dva provádějí vlastní závěrečné zkoušení ELT pomocí systému vidění. Robot KR AGILUS zaujme štíhlým designem, všestranností a přesností, jakož i stupněm ochrany IP67 a třídou čistoty ISO 4.

Všechny roboty KR AGILUS jsou certifikované a splňují normu ESD+. To znamená, že splňují vysoké požadavky automobilového průmyslu.

Šestiosý robot je pro Chaku-Chaku ideální také proto, že jej lze kombinovat s mimořádně kompaktním a energeticky úsporným řídicím systémem KR C5 micro pro malé roboty. Ten je působivý v jakékoli instalační poloze – v tomto případě byl připevněn k montážnímu rámu robota. Další rozváděč s pevnou a nepružnou kabeláží zde není nutný. Kompaktní konstrukce robota KR AGILUS v kombinaci s jedním z nejkompaktnějších řídicích systémů robotů na trhu je přesně to, co dodavatel automobilových součástek hledal: Maximální flexibilita dílů díky rychlému a hospodárnému rozšíření a přizpůsobení zařízení.

Výzvy překonány speciální barvou a systémovým softwarem KUKA (KSS)

„Roboti KUKA jsou standardně certifikováni podle nejnovějších norem ESD,“ vysvětluje Joachim Roess, „ale pokud jde o autonomní řízení, jsou požadavky vyšší než v elektronickém odvětví obecně, dokonce i než ve výrobě polovodičů.“ Je to proto, že i malé množství elektrického náboje může způsobit mikrotrhliny, které nelze odhalit při závěrečné kontrole řídicí jednotky, ale vedou ke snížení životnosti dílu. Aby se tomu zabránilo, vyžádal si dodavatel automobilových součástek speciální nátěr obsahující disipativní kovové částice, a to nejen pro robota, ale také pro jeho patku a základnu.

Požadováno – doručeno: Všechny roboty KR AGILUS v systému nyní splňují normu ESD+. Takového standardu lze jen stěží dosáhnout ve výrobě s lidskými zaměstnanci: lidské vlasy a oděv mají tendenci se elektrostaticky nabíjet, takže každý, kdo přichází do styku s citlivými elektronickými součástmi, musí mít speciální pracovní oděv. Používání robotů také působí proti obecnému nedostatku kvalifikované pracovní síly. Protože pro monotónní, opakující se a zároveň náročné úkoly není k dispozici téměř žádný personál.

Perfektní pracovní postup Chaku-Chaku

Další výzvou bylo naprogramovat roboty tak, aby byly příslušné pracovní prostory vzájemně dokonale sladěny. Sedm robotů KR AGILUS by mělo zabírat v hale co nejméně místa, ale ramena a chapadla by se neměla srážet. „Takové dílčí prostory mohou být standardně implementovány v našem operačním systému KSS,“ uvádí Roess, „takže hlavní řídicí jednotka může vždy určit, kdy je prostor uvolněn pro robota A a kdy pro robota B, aby spolehlivě zabránila kolizi mezi roboty.“

Automatizační řešení, jako je toto, lze snadno škálovat. Používají se při výrobě HPC pro inovativní elektromobily.

Rovněž praktický: Pokud se systém rozšíří o další roboty, lze je také rychle překonfigurovat a dokončit zakázky ruku v ruce s ostatními roboty KR AGILUS. Přidání strojů nebo jiných komponent je zde také snadné.

Závěr a výhled: slibné řešení

Upřednostňujeme spolupráci se společností KUKA, protože její schopnost dodávat byla dobrá i v těžkých časech.

Chris Klöpfer, oddělení technického prodeje SL, Schnaithmann

Současný projekt to opět dokázal. Zákazník, mezinárodní dodavatel pro automobilový průmysl, je také velmi spokojen, že našel ve společnosti KUKA výrobce robotů schopných ESD v oblasti elektroniky. Joachim Roess prozrazuje, že systém, který je v provozu pár měsíců, čeká rozšíření. „Druhá zkoušecí stanice se již plánuje – lze ji realizovat rychle a snadno, protože tento typ řešení je snadno škálovatelný,“ říká Roess. Odborníci předpovídají, že poptávka po superpočítačích pro inovativní elektromobily bude i nadále stoupat – automatizační řešení, jako jsou tato, pomáhají uspokojit vysokou poptávku a vyrábět hospodárně.

Dodavatel automobilových součástek mezitím spolupracuje se společností KUKA a integrátory na dalších inovativních řešeních pro mobilitu zítřka. Výzkumný projekt například ukázal, že mobilní robot KMR iiwa je vhodný pro podporu vysokorychlostní montáže desek plošných spojů. V rámci procesu spojování zajišťuje spolehlivé, rychlé a přesné umístění citlivých součástek na určené místo na desce plošných spojů. Další krok mezinárodního dodavatele automobilů k ještě efektivnější a inovativnější výrobě a tím i mobilitě zítřka.