Lắp ráp và thử nghiệm cuối dây chuyền siêu máy tính

Ô tô càng có nhiều chức năng thì bộ điều khiển của nó càng phải mạnh mẽ. Nhu cầu về cái gọi là siêu máy tính, không chỉ hỗ trợ viễn thông và sự thoải mái khi lái xe mà còn cả lái xe tự động, đang tăng lên - kéo theo đó là nhu cầu về các giải pháp tự động hóa cho các bộ phận của chúng. Do đó, công ty TNHH tự động hóa chế tạo máy Schnaithmann đã lập trình bảy rô-bốt KUKA để chúng có thể giúp sản xuất siêu máy tính.

Rô-bốt được lập trình thông minh lắp ráp siêu máy tính

Cánh tay rô-bốt của KR AGILUS kẹp một cách có mục đích và chính xác thành phần nhựa rất cần thiết cho cái gọi là Máy tính hiệu suất cao (HPC). Rô-bốt đặt nó vào đúng ngăn của bộ đệm lưu trữ, nơi một rô-bốt khác kẹp nó và gửi nó đi kiểm tra thành phần. Bằng cách nhanh chóng và thông minh tổng cộng có bảy rô-bốt KR AGILUS hoạt động cùng nhau theo một quy trình được lập trình thông minh. Chúng không bao giờ chùn bước, không đánh rơi bất cứ thứ gì, lắp ráp và điều khiển các siêu máy tính với sự cẩn trọng cao. Chúng đóng vai trò đảm bảo rằng chỉ những linh kiện có chất lượng tốt nhất mới được lắp đặt trong siêu máy tính của phương tiện.

HPC hiện cho phép tải xuống ứng dụng và cập nhật bảo mật trong các ứng dụng khác, đồng thời về lâu dài, chúng cũng sẽ hỗ trợ lái xe tự hành. Có thể nói, máy tính hiệu suất cao là bộ não của phương tiện và phải xử lý lượng dữ liệu khổng lồ, đồng thời phải đủ nhẹ và nhỏ gọn để vừa với các phương tiện nhỏ hơn. Để có thể sản xuất các thiết bị điều khiển hiệu suất cao này một cách kinh tế, cần có các giải pháp tự động hóa hiệu quả và linh hoạt.

KR AGILUS đảm bảo hiệu quả không có lỗi trong tự động hóa lắp ráp.

Đối với quy trình lắp ráp tự động và thử nghiệm cuối dây chuyền (EOL) của các bộ phận , một nhà cung cấp ô tô đã mời công ty TNHH tự động hóa chế tạo máy Schnaithmann và KUKA tham gia. Công ty tự động hóa tầm trung đến từ Remshalden ở Swabia, chuyên về các giải pháp hệ thống trong lĩnh vực hệ thống và máy móc đặc biệt để tự động hóa lắp ráp và có thể lập trình một số rô-bốt để chúng làm việc cùng nhau một cách tự tin và an toàn.

“Chúng tôi nhận thấy tự động hóa dạng mô-đun đặc biệt thú vị vì nó không yêu cầu bất kỳ thiết bị ngoại vi cứng nhắc nào và cực kỳ linh hoạt. Nếu thiết kế hoặc cấu trúc của một bộ phận thay đổi, ô tương ứng sẽ được thay thế và rô-bốt được gán cho nó sẽ được lập trình lại - sau đó quá trình lắp ráp có thể tiếp tục”, Chris Klöpfer, Kỹ thuật viên bộ phận bán hàng SL, Schnaithmann giải thích.

Đảm bảo chất lượng tối đa thông qua các thử nghiệm cuối dây chuyền

Schnaithmann đã triển khai nhiều dự án của khách hàng bằng rô-bốt KUKA. Nhà cung cấp ô tô này đã làm việc với các giải pháp KUKA tại nhiều địa điểm khác nhau trong một thời gian dài và đánh giá nhà sản xuất rô-bốt này là đối tác đáng tin cậy và sáng tạo trong lĩnh vực tự động hóa lắp ráp. Ngay cả trong dự án đòi hỏi khắt khe này thì rô-bốt KUKA cũng được chọn. Thiết kế mỏng của KR AGILUS, các tùy chọn ứng dụng linh hoạt và lớp sơn hoàn thiện đặc biệt ESD+ - kết hợp với bộ điều khiển rô-bốt nhỏ gọn KR C5 – là các lập luận thuyết phục trong số đó. Tín hiệu khởi đầu cho quá trình tự động hóa đổi mới này trong quá trình sản xuất siêu máy tính đã được đưa ra vào cuối năm 2021.

Joachim Roess, Giám đốc khách hàng quan trọng toàn cầu tại KUKA chịu trách nhiệm về nhà cung cấp ô tô, giải thích: “Khách hàng muốn có một giải pháp mang lại sự linh hoạt tối đa và có thể điều chỉnh nhanh chóng cũng như tiết kiệm chi phí khi các bộ phận thay đổi”. Mục đích là làm cho các thử nghiệm cuối dây chuyền của sản phẩm trở nên cực kỳ đáng tin cậy. Do liên quan đến an toàn khi lái xe, siêu máy tính phải tuân theo các quy định đặc biệt nghiêm ngặt của chứng nhận “Công nghệ lái xe tự hành nâng cao”. Các vết nứt nhỏ không được phát hiện trong siêu máy tính có thể gây ra lỗi trong Hệ thống hỗ trợ người lái nâng cao (ADAS). Những vết nứt nhỏ này có thể được loại trừ thông qua quá trình lắp ráp hoàn toàn tự động và có độ chính xác cao dưới sự bảo vệ của ESD+ cũng như thông qua các thử nghiệm như thử nghiệm EOL đáng tin cậy.

Sự hoàn hảo chính xác đến từng milimet của KR AGILUS trong quy trình làm việc Chaku-Chaku.

Rô-bốt trong quy trình Chaku-Chaku

Các hệ thống tương đương thường sử dụng dây chuyền có băng tải, nhưng các công ty sản xuất bị giới hạn ở một số kích thước nhất định. “Nếu sản phẩm thay đổi hoặc thậm chí quy trình thử nghiệm cuối dây chuyền chỉ thay đổi một phần, điều này có thể dẫn đến những thay đổi thiết kế phức tạp trong các khái niệm hệ thống cứng nhắc”, Joachim Roess đưa ra một ví dụ. Đó là lý do tại sao Schnaithmann và KUKA đề xuất giải pháp với nhiều rô-bốt đứng tự do hoạt động theo nguyên lý Chaku-Chaku.

Với nguyên lý Chaku-Chaku bộ phận cần xử lý sẽ được đặt trực tiếp cùng với rô-bốt tại trạm và từ đó, sau khi xử lý, được rô-bốt vận chuyển đến trạm tiếp theo - mà không cần sử dụng thêm phương tiện vận chuyển như băng tải cổ điển. Các rô-bốt di chuyển các bộ phận trực tiếp từ trạm này sang trạm khác và xử lý chúng ở đó. Một mặt, điều này đòi hỏi ít thiết bị ngoại vi hơn, đồng thời cung cấp nhiều tùy chọn hơn để điều chỉnh hệ thống trong tương lai, vì rô-bốt có thể dễ dàng được đặt ở vị trí khác và được lập trình lại.

Một nhóm phối hợp tốt: KR AGILUS làm việc cùng nhau mà không chạm vào nhau.

Tuy nhiên, nguyên tắc Chaku-Chaku yêu cầu các rô-bốt giao tiếp với nhau một cách thông minh và mở khóa không gian làm việc của nhau. Ứng dụng xử lý Chaku-Chaku cổ điển cho phép các rô-bốt đứng tự do trong không gian trên giá đỡ và để thực hiện các bước công việc theo thứ tự chính xác được xác định trước.

Các rô-bốt KUKA hoạt động tự do theo nguyên lý Chaku-Chaku, hoạt động hoàn toàn không có đồng nghiệp là con người.

Với các thử nghiệm mô phỏng và EOL mở rộng để đạt được độ chính xác cao nhất

Việc mô phỏng quy trình sản xuất trước khi vận hành thử hệ thống bằng phần mềm KUKA.Sim giúp xác định quy trình sản xuất lý tưởng. Quy trình sản xuất hoàn hảo và tiết kiệm này một mặt đề cập đến thời gian chu kỳ và mặt khác đề cập đến việc sử dụng rô-bốt một cách lý tưởng. Ngoài việc giảm các linh kiện phần cứng đến mức tối thiểu và tiết kiệm các không gian liên quan, điều này còn đi kèm với khả năng thích ứng tối đa với các yêu cầu thay đổi của thành phần.

Tiết kiệm không gian và tự động: Mỗi bước công việc tuân theo một thứ tự được xác định chính xác.

Bằng cách này, hệ thống có thể được chuyển đổi nhanh chóng và dễ dàng để thực hiện bất kỳ điều chỉnh cần thiết nào. Và thông qua các thử nghiệm rộng rãi trong hệ thống thử nghiệm, đặc biệt là thông qua EOL, Schnaithmann, KUKA và nhà cung cấp ô tô cùng nhau đạt được mục tiêu rằng chỉ những thành phần có chất lượng cao nhất mới được sử dụng trong máy tính hiệu suất cao.

Nhỏ gọn khi di chuyển với KR AGILUS, KR C5 micro và lập trình thông minh

Nhóm Schnaithmann đã quyết định chọn bảy rô-bốt KR AGILUS hoạt động trong hệ thống hoàn toàn tự động mà không cần bất kỳ nhân viên con người nào. Năm rô-bốt tải và dỡ bộ đệm lưu trữ cùng các linh kiện, hai rô-bốt thực hiện thử nghiệm cuối dây chuyền thực tế bằng cách sử dụng hệ thống thị giác. KR AGILUS gây ấn tượng với thiết kế mỏng, khả năng sử dụng linh hoạt và độ chính xác cũng như cấp bảo vệ IP67 và cấp phòng sạch ISO 4.

Tất cả rô-bốt KR AGILUS đều được chứng nhận và tuân thủ tiêu chuẩn ESD+. Điều này có nghĩa là chúng đáp ứng được những yêu cầu cao của ngành công nghiệp ô tô.

Điều khiến rô-bốt sáu trục trở nên lý tưởng cho Chaku-Chaku là nó có thể được kết hợp với bộ điều khiển rô-bốt hạng nhẹ đặc biệt nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng KR C5 micro. Điều này gây ấn tượng ở bất kỳ vị trí lắp đặt nào - trong trường hợp này, nó tìm thấy khoảng trống trên khung lắp ráp rô-bốt. Ở đây không cần có tủ điều khiển bổ sung với hệ thống cáp cứng nhắc, không linh hoạt. Thiết kế nhỏ gọn của KR AGILUS kết hợp với một trong những bộ điều khiển rô-bốt nhỏ gọn nhất trên thị trường đáp ứng chính xác mục tiêu của nhà sản xuất ô tô: Tính linh hoạt tối đa trong các thành phần thông qua việc mở rộng và thích ứng hệ thống nhanh chóng và tiết kiệm.

Vượt qua thách thức với sơn đặc biệt và phần mềm hệ thống KUKA (KSS)

“Rô-bốt KUKA được chứng nhận ESD theo tiêu chuẩn mới nhất”, Joachim Roess giải thích, “nhưng khi nói đến xe tự hành, các yêu cầu cao hơn trong lĩnh vực điện tử nói chung, thậm chí cả trong sản xuất chất bán dẫn.” Ngay cả một lượng điện tích nhỏ cũng có thể gây ra các vết nứt vi mô, không thể phát hiện được trong lần kiểm tra cuối cùng của bộ điều khiển nhưng dẫn đến giảm tuổi thọ sử dụng của bộ phận. Để ngăn chặn điều này, nhà sản xuất ô tô đã yêu cầu lớp sơn hoàn thiện đặc biệt có chứa các hạt kim loại dẫn điện, không chỉ cho rô-bốt mà còn cho cả chân và đế của rô-bốt.

Mong muốn – đáp ứng: Tất cả KR AGILUS trong hệ thống hiện đều đáp ứng tiêu chuẩn ESD+. Tiêu chuẩn như vậy khó có thể đạt được trong quá trình sản xuất với nhân viên là con người: tóc và quần áo của con người có xu hướng tích điện, do đó, cần có quần áo làm việc đặc biệt cho tất cả những người tiếp xúc với các bộ phận điện tử nhạy cảm. Việc sử dụng rô-bốt cũng giải quyết tình trạng thiếu hụt công nhân lành nghề nói chung. Bởi vì hầu như không có nhân viên nào sẵn sàng cho những công việc đơn điệu, lặp đi lặp lại và đồng thời đòi hỏi khắt khe.

Quy trình làm việc Chaku-Chaku hoàn hảo

Một thách thức khác là lập trình cho các rô-bốt sao cho các không gian làm việc tương ứng được phối hợp hoàn hảo với nhau. Bảy KR AGILUS phải chiếm ít không gian nhất có thể trong hội trường, nhưng cánh tay và bộ kẹp được va chạm. “Các không gian thành phần như vậy có thể được triển khai theo tiêu chuẩn trong hệ điều hành KSS của chúng tôi”, Roess báo cáo, “để bộ điều khiển chính luôn có thể xác định khi nào một không gian được giải phóng cho rô-bốt A và khi nào cho rô-bốt B để có thể ngăn chặn một cách an toàn va chạm giữa các rô-bốt.”

Các giải pháp tự động hóa như thế này có thể dễ dàng mở rộng. Chúng được sử dụng trong sản xuất HPC cho ô tô điện cải tiến.

Trong thực tế: Nếu một hệ thống được mở rộng để bao gồm các rô-bốt bổ sung, chúng cũng có thể được cấu hình lại nhanh chóng và hoàn thành công việc cùng với KR AGILUS khác. Việc mở rộng để bao gồm máy móc hoặc các bộ phận khác cũng dễ dàng ở đây.

Kết luận và triển vọng: một giải pháp đầy hứa hẹn

Chúng tôi thích làm việc với KUKA hơn vì khả năng giao hàng của họ rất tốt ngay cả trong những thời điểm khó khăn.

Chris Klöpfer, Kỹ thuật viên bộ phận bán hàng SL, Schnaithmann

Dự án hiện tại đã một lần nữa chứng minh điều này. Khách hàng, nhà sản xuất ô tô quốc tế, cũng vô cùng vui mừng khi tìm thấy KUKA, nhà sản xuất rô-bốt có khả năng ESD trong lĩnh vực điện tử. Joachim Roess tiết lộ rằng hệ thống đã hoạt động được vài tháng và sẽ được mở rộng. Roess cho biết: “Trạm thử nghiệm thứ hai đã được lên kế hoạch – việc này có thể được thực hiện nhanh chóng và dễ dàng vì loại giải pháp này có thể dễ dàng mở rộng”. Nhu cầu về siêu máy tính dành cho ô tô điện cải tiến sẽ tiếp tục tăng, các chuyên gia dự đoán – các giải pháp tự động hóa như thế này giúp đáp ứng nhu cầu cao và sản xuất kinh tế.

Trong khi đó, nhà sản xuất ô tô đang hợp tác với KUKA và các nhà tích hợp để tìm ra các giải pháp cải tiến hơn nữa cho phương tiện di chuyển sau này. Một dự án nghiên cứu đã chỉ ra rằng rô-bốt di động KMR iiwa phù hợp để hỗ trợ lắp ráp bảng mạch tốc độ cao. Là một phần của quy trình ghép nối, nó đảm bảo rằng các thành phần nhạy cảm tiếp cận các vị trí được chỉ định trên bo mạch PCB một cách đáng tin cậy, nhanh chóng và chính xác. Một bước nữa của nhà sản xuất ô tô quốc tế nhằm nâng cao năng lực sản xuất và do đó phương tiện di chuyển sau này thậm chí còn hiệu quả và sáng tạo hơn.