SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Палетизация от компании «Промышленная Автоматизация»

Автоматизация погрузки и выгрузки готовой продукции выполняется с помощью роботов-укладчиков, которые освобождают человека от тяжелого физического труда и делают процесс погрузки более быстрым, безошибочным и дешевым. Компания ООО «Промышленная Автоматизация», известный системный интегратор, выполняет полный цикл работ по автоматизации данного процесса на базе роботов-палетайзеров производства компаний KUKA, FANUC и AББ. В статье сравниваются характеристики палетайзеров различных серий, описывается их функциональность и разновидности. 

ООО «Промышленная Автоматизация», г. Москва

Promyshlennaya_Avtomatiz.png

Палетизацией (palletizing) в промышленности называют погрузку и выгрузку деталей, коробок, ящиков, мешков или иной упакованной продукции на палету (поддон) или с нее. Сегодня автоматизация этого процесса невозможна без промышленных роботов-манипуляторов, позволяющих ускорить процесс и освободить человека от тяжелого физического труда. Такие роботы оснащаются разными инструментами захвата, но в любом случае обеспечивают высокую автоматизацию в конце производственной линии, перед самой погрузкой на транспортные средства.

Зарубежные аналитические агентства регистрируют постоянный рост числа внедренных роботов-палетайзеров (роботов-укладчиков), связанный с повышением эффективности их работы и выдвижением более строгих требований к логистическим задержкам при транспортировке. Причем на период с 2017 по 2027 год предсказан рост продаж палетайзеров в области производства продуктов питания и напитков (Food & Beverage) из-за внедрения там новых методов упаковки продукции в глобальном масштабе. Кроме того, благодаря инновациям, примененным в роботах-палетайзерах (разработка интеллектуальных интерфейсов управления и программирования, уровневая укладка товаров для отгрузки продукции на одной палете в несколько мест, современные схемы укладки, например укладка мешков под наклоном внахлест, обработка упаковки разного размера и формы и пр.), расширяется спектр их применения по отраслям промышленности. 

Однако не следует забывать и о свойственных палетайзерам недостатках, прежде всего – об относительно высоких эксплуатационных расходах вместе с не менее значительными капитальными затратами и необходимостью шеф-монтажа с программированием для полной автоматизации участка укладки продукции на палеты. К счастью, конечному потребителю предстоит столкнуться только с положительными сторонами палетайзеров благодаря компаниям полного цикла, устраняющим все проблемы, которые могут возникнуть на разных этапах, начиная от продажи и внедрения до настройки на объекте. Среди таких компаний хочется отметить ООО «Промышленная Автоматизация» (promautomatic.ru), которая с 2006 года в сотрудничестве с Siemens успешно внедряет в РФ системы промышленной автоматизации на предприятиях разного масштаба и рода деятельности. Квалифицированные инженеры ООО «Промышленная Автоматизация» более десяти лет работают на рынке промышленных роботов, используя для комплектации продукцию мировых лидеров – KUKA, FANUC, AББ, и прекрасно знают все особенности и тенденции этого рынка. Они отмечают, что сегодня в России наблюдается некоторая стагнация в сфере внедрения робототехники в целом и палетайзеров в частности, но предсказывают высокие темпы роста в ближайшем будущем. В частности, ожидается увеличение количества внедрений на малых и средних предприятиях различных отраслей промышленности, что обусловлено такими очевидными преимуществами робототехники перед ручным трудом, как:
- высокая скорость обработки;
- работа 365 дней в году по графику 24/7;
- высокая точность укладки;
- отсутствие брака из-за человеческих ошибок;
- строгое следование технологическому процессу;
- минимальные требования к техническому обслуживанию;
- возможность эксплуатации в опасных производственных условиях.

Анализируя стоимость услуг по роботизации и экономический эффект от внедрения, компания «Промышленная Автоматизация» считает затраты на внедрение приемлемыми даже в современных российских условиях, поскольку в зависимости от технического решения срок окупаемости может составить от 12 месяцев. 


Примеры внедрений

В отличие от промышленных роботов, предназначенных для многих других задач, от робота-палетайзера обычно не требуется очень высокая точность, зато необходима достаточная скорость работы и надежность в эксплуатации. Кроме того, важно правильно подобрать модель палетайзера – такую, чтобы при выполнении конкретной работы нагрузка его на механическую часть была оптимальной. Существует два вида захвата: механический и вакуумный (рис. 1 и 2). Компания «Промышленная Автоматизация» готова изготовить захват под конкретную задачу или подобрать вариант из моделей, представленных на рынке. 

Ris_Kuka_meh-zahvat.jpg

Рис. 1. Применение роботов-укладчиков KUKA  с механическим захватом

Ris_Kuka-vakuum-zahvat.jpg

Рис. 2. Палетайзеры KUKA в упаковочном цехе

Каждый робот может использоваться для палетизации нескольких видов продукции (если это позволяет захват) и на нескольких производственных линиях. Также палетайзер умеет брать прокладочные листы и укладывать их между упакованной продукцией. Масса груза, на который рассчитан робот, как правило, составляет от 50 до 180 кг, радиус работы – от 2000 до 3500 мм. Продукция может укладываться по одной упаковке или группами по несколько штук, что, опять же, зависит от захвата.

В прошлом году компания «Промышленная Автоматизация» выполнила для одного предприятия комплекс работ по оснащению производственных линий палетизации пятью роботами KUKA. Расчетная производительность на каждой из трех линий составила 900 мешков с сухими строительными смесями в час. Программирование роботов KUKA KR120 R3200 PA было выполнено специалистами компании. 

Используемые для палетизации роботы можно применять и для перекладки продукции между производственными линиями либо для подачи заготовок в пресс или станок (опять же, если позволяет захват). Таким стал проект, реализованный на другом предприятии на основе робота FANUC в качестве перекладчика мебельных листов размером 2 × 3 м, в данном случае был выбран вакуумный захват.

  

Роботы KUKA, FANUC и ABB

Компании-производители KUKA, FANUC и ABB, решения которых ООО «Промышленная Автоматизация» активно использует при реализации своих проектов, – это лидеры, захватившие почти половину мирового рынка промышленных роботов, поэтому на особенностях их продукции необходимо остановиться подробнее. 

Сегодня в робототехнике в целом заметной тенденцией стало производство мощных моделей или, наоборот, манипуляторов небольшой грузоподъемности (примерно до 15 кг) для совместной работы с человеком. Так, на недавней выставке Automatica 2018 в Мюнхене компания FANUC показала промышленного робота-манипулятора, поднимающего вилочным захватом кроссовер BMW. К роботам второго типа можно отнести мобильные модели (например, легкие роботы KUKA LBR iiwa) и модели, монтируемые на экзоскелеты. Однако в области палетайзеров прогресс в основном связан с повышением скорости работы и сокращением занимаемого пространства при расширении рабочей области. 

Палетайзеры компании KUKA

Компания KUKA считается изготовителем самых быстрых палетайзеров с широким спектром грузоподъемности: от 40 до 1300 кг (рис. 3). Причем их рабочая область (радиус действия) составляет до 3601 мм с возможностью штабелевания по высоте до 2500 мм. Младшая модель палетайзеров KUKA под названием KR 40 PA отличается высокой рабочей скоростью до 56 циклов в минуту при сохранении высокой точности и повторяемости позиционирования, что достигается за счет снижения собственного веса робота. Несмотря на малые габаритные размеры палетайзер KUKA KR 40 PA имеет радиус действия 2091 мм и высоту штабелевания 1,6 м в четырехосевой кинематической схеме.

Немного медленнее работают палетайзеры серии KR QUANTEC PA (26, 28 и 29 циклов в минуту для грузоподъемности 240, 180 и 120 кг соответственно), что не сказывается на точности и повторяемости позиционирования, которая составляет ±0,06 мм (для сравнения, у модели  KR 40 PA точность и повторяемость позиционирования ±0,05 мм). Кстати, для каждой модели предложен «арктический» вариант с рабочей температурой от -30 до +5 °C вместо типового диапазона 0…+55 °C и смазочными материалами, допустимыми в пищевой промышленности, что прекрасно подойдет для обработки замороженной пищевой продукции в холодильных цехах.

Ris_KUKA.jpg

Рис. 3. Робот-палетайзер KUKA

Пропустим несколько промежуточных моделей с грузоподъемностью от 300 до 700 кг и сразу перейдем к наиболее мощному палетайзеру от KUKA – KR titan PA, ставшему первым в отрасли с грузоподъемностью 1300 кг при радиусе действия 3601 мм. Номинальная суммарная нагрузка робота равна 1350 кг при точности и повторяемости позиционирования ±0,01 мм. Эта модель существенно отличается от предыдущих, поэтому вместо количества рабочих циклов изготовитель заявляет скорость перемещения по всем четырем осям (соответственно 58 °/с, 50 °/с, 50 °/с и 72 °/с для стандартных осей A1, A2, A3 и A6).

Наряду с палетайзером предлагается система управления KR C4 (время отклика на ввод/вывод ±0,002 с) в отдельном шкафу, специализированный планшетный компьютер KUKA smartPAD с сенсорным экраном и графическим пользовательским интерфейсом вместе с различными комплектами программных модулей. Кстати, контроллеры KUKA «понимают» не только собственный язык управления KRL, но и язык машинных кодов CNC (G-код) вместе с языком программируемых логических контроллеров (ПЛК), что позволяет напрямую управлять палетайзерами KUKA из типовых контроллеров Siemens или Rockwell, если они уже имеются на объекте. Внешними интерфейсами связи контроллера KR C4 являются USB 3.0, GbE, DVI-D и DisplayPort.


Палетайзеры компании FANUC

Обзор палетайзеров компании FANUC начнем с роботов серии M-20, названных на русскоязычном сайте производителя «погрузочно-разгрузочным роботом для осуществления разнообразных рабочих операций, выполняемых человеком». Переход на английский язык на сайте позволил разгадать загадку о предназначении этой серии: «Robot for multi-purpose ‘human workloads‘ (многоцелевой робот с грузоподъемностью, соответствующей нормам грузчика-человека)», – значилось там. То есть грузоподъемность робота составляет 35 кг с радиусом действия 2 м. Палетайзеры для конца производственной линии, выпускаемые этой компанией, объединены в серии M-410 (до 700 кг с дальностью 3,1 м и высотой штабелевания 2 м), M-710 (50 кг, 2003 мм, точность и повторяемость позиционирования ±0,15 мм), R-1000 (до 130 кг, 2,2 м) и R-2000 (от 100 до 270 кг с дальностью действия от 1520 до 3500 мм в зависимости от модели). Однако собственно палетайзеры входят только в серию M-410 (рис. 4), поскольку остальные серии рассчитаны на многоцелевое применение. Например, серия R-2000 с наибольшим для FANUC объемом продаж (более 60 тыс. шт.) широко используется в роботизированных комплексах точечной сварки, и только модель R-2000iB/100H специально предназначена для укладки в коробки, палетизации. Причем заявленная скорость R-2000iB/100H составляет 20 циклов в минуту для коробок и 22–24 цикла в минуту для мешков до 100 кг с дальностью действия до 2655 мм. Точность повторения позиционирования заявлена ±0,2 мм, а максимальная скорость указана в градусах в секунду для пяти кинематических осей: 130, 130, 130, 170 и 360. Сравнение с KUKA по техническим характеристикам сразу показывает место FANUC – более экономичный вариант с не слишком высокими техническими параметрами. В этом нет ничего плохого, и FANUC уже заявила, что суммарная поставка ее роботов на глобальном рынке составила 520 тыс. шт.

Ris_Fanuc-M-410ic.jpg

Рис. 4.  Робот-палетайзер FANUC серии М-410ic с вакуумным захватом берет листы


Продукция компании АББ

Продажи компании «АББ Робототехника» (ABB Robotics) несколько скромнее и составляют более 400 тыс. шт. в 53 странах. Кроме того, специализированных серий палетайзеров компания не предлагает, поэтому придется искать их среди многоцелевых моделей, что не слишком удобно. Однако именно для этой области сама компания предлагает модели IRB 260, IRB 460, IRB 660, IRB 6640 и IRB 760, а также специализированное программное обеспечение RobotStudio Palletizing PowerPac и три специальных захвата серии Flexgripper: зажимной (Clamp), захватный (Claw) для мешков и вакуумный (Vacuum). Технические характеристики моделей достаточно скромны. Так, для младшей модели IRB 260 упаковочного робота (packing robot) заявлена грузоподъемность 30 кг, дальность действия 1,56 м и точность/повторяемость позиционирования 0,1 мм (по стандарту ISO 9283). Максимальная скорость по осям составляет 153, 175, 153 и 342 градуса в секунду (стандартные оси номер 1, 2, 3 и 6), что соответствует 35–40 циклам в минуту для перемещения упаковок на расстояние от 125 до 500 мм по горизонтали и 600 мм по вертикали вниз, либо 50–60 циклам для среднего перемещения по горизонтали на 400 мм с подъемом упаковки на 90 мм.

Технические характеристики палетайзеров рассмотренных выше компаний сознательно не собраны в таблицу, которая предполагает сопоставление сходных результатов, поскольку действующий уже два года в нашей стране ГОСТ Р 60.3.3.1-2016 «Роботы промышленные манипуляционные. Рабочие характеристики и соответствующие методы тестирования», как гармонизированный русский перевод стандарта ISO 9283:1998, дает некоторую свободу в выборе числовых величин для рекламных публикаций. Во вводной части стандарта определено: «Настоящий стандарт предназначен для обеспечения понимания между пользователями и изготовителями роботов и роботизированных систем. Он определяет важные рабочие характеристики, описывает, как они должны быть специфицированы, и рекомендует, как они должны тестироваться». И далее: «Подразумевается, что пользователь настоящего стандарта выберет, какие рабочие характеристики должны тестироваться, в зависимости от его собственных конкретных требований».

В стандарте определено более десятка измеряемых величин, главнейшей из которых является точность/повторяемость позиционирования, измеряемая при максимальной скорости перемещения по траектории. Однако компании-изготовители традиционно указывают скорость палетайзера по осям. В результате перечисленные в рекламе характеристики отлично отражают соотношение между моделями одной компании, но на них не следует всецело полагаться при сравнении продукции разных компаний. Лучше привлечь для этого специализированную компанию полного цикла внедрения, чтобы выбрать оптимальную по соотношению «производительность/стоимость» модель для конкретного участка укладки на палеты в зависимости прежде всего от объема выпуска продукции.

ООО_«Промышленная Автоматизация», г. Москва,
тел.: +7 (495) 988-87-93,
e‑mail: info@promautomatic.ru,
сайт: promautomatic.ru