Роботы против автоматических линий. Только не устаревший конвейер!

Роботы, автоматически управляемые транспортные средства (AGV), умные конвейеры…Как человеку узнать, какую технологию перемещения использовать и где?

Наблюдая в окно аэропорта, как идет разгрузка небольшого самолета, я был поражен, насколько отстает от времени система разгрузки багажа. Человек вручную забирает сумки с передвижного конвейера, который он подогнал к самолету на маленьком тягаче. Этот же тягач буксирует за собой две или три двухъярусные тележки, которые похожи на маленький игрушечный паровоз в Диснейленде. Все это оборудование, созданное в 50-х годах прошлого века, представляет технологию транспортировки, которая была знакома еще вашему дедушке.

Я сравнил это с технологией, показанной на стенде, посвященному развитию техники аэропортов компании Siemens в Нюрнберге (Германия) в прошлом году, и с полудюжиной других похожих систем, которые мне удалось увидеть. Технологии транспортировки материалов, используемые в США и по всему миру, и то, что я наблюдал в аэропорту, напомнили слова мистера Спока из раннего эпизода «Звездных войн»: «каменные ножи и медвежьи шкуры».

Слово «мехатроника» все громче заявляет о себе в технологии транспортировки. Создаваемые производителями системы работают быстро, производительно, и что самое главное, являются высоко автоматизированными. Они поставляются в различных формах и размерах, передвигаются при помощи колес, рельсов, роликов и даже магнитного поля Не важно какая задача стоит перед вами, вероятнее всего вы найдете средство, которое решит ее быстрее, безопаснее, надежнее и дешевле, чем, любой «ручной метод».

Эти технологии делятся на три основные категории: роботы, автоматически управляемые транспортные средства (AGV) и «умные» конвейеры. В большинстве случаев системы транспортировки являются гибридным решением, разработчики которого используют подходящую технологию для выполнения работы в определенном месте. Поэтому вся хитрость заключается в определении технологии, наилучшим образом соответствующей поставленной задаче.

Роботы-манипуляторы переходят границы

Роботы – превосходное средство для переноса грузов с одного транспортного средства на другое. Например, для перемещения изделий с конвейера на поддоны или укладки заказа на поддоне с помощью выбора изделий, находящихся на других поддонах. «Роботы – это фантастический образец оборудования, которое будет располагаться на одном месте, и собирать имеющиеся в распоряжении изделия в один отдельный груз», – говорит Ив Газин, вице-президент по решениям и поддержке продукции компании Egemin Automation.

«Обычно мы используем роботов, когда необходимо изменить направление движения определенной упаковки, – рассказывает Пол Мур, директор по продажам компании FKI Logistex. – Для непосредственной транспортировки робот – не самое экономичное решение, но если вам нужно правильно расположить продукт, взять его с конвейера и установить на станок, забрать со станка или положить в упаковку, робот – это именно то, что вам нужно».

Роботы, которые мы использовали на линиях сборки автомобилей, начинались с моделей в виде классической шарнирной руки. . Постепенно у них появилось зрение, интеллект и способность работать вместе. Еще более гибкими являются системы произвольной формы, структура и динамика которых точно соответствует поставленной задаче. Чаще всего такие структуры имеют вид портала подъемного крана, составленного из двух тележек, которые перемещаются по параллельным рельсам. Они поддерживают большую крестообразную балку с третьей тележкой, которая обеспечивает роботу вторую степень свободы. Лебедка или кран, висящие на этой тележке, предоставляют третью степень свободы.

Мур также отмечает, что в последние пять лет наметилась тенденция к расширению области действия роботов за счет монтажа шарнирной руки робота на управляемой сервоприводом тележке, что позволяет увеличить количество возможных положений. Использовать такую систему можно для обслуживания нескольких станков или для многопозиционного штабелирования, что выходит за границы традиционного применения роботов.

Дельта-роботы имеют крестообразную структуру с продуманной геометрией, которая обеспечивает им жесткость при небольшой массе, и, соответственно, делает их легкими и быстрыми. Эти роботы имеют ограниченные пределы перемещения в пространстве и полезную грузоподъемность, но перемещают грузы с удивительной скоростью и ловкостью.

Выбор технологии транспортировки

Автоматически управляемые транспортные средства

Автоматически управляемые транспортные средства (AGV) – самоходные и самоуправляемые транспортные средства, которые могут поднимать, переносить или буксировать грузы от места хранения до места назначения. Для выполнения этих функций AGV должно иметь на борту серьезную интеллектуальную систему и большое количество датчиков. Конечно, поскольку AGV, по определению, является свободно перемещающимся устройством, это вызывает больше вопросов обеспечения безопасности, в сравнении с другими технологиями транспортировки материалов. Значительная часть сенсорных и вычислительных возможностей AGV направлена на снижение этих рисков.

«Есть четкое различие, – говорит Ив Газин, – между двумя основными видами AGV: классической вилочной конструкцией (не важно – имеются в ней вилы или зажимы, несколько вил, одни вилы…, в общем, все, чем управляет оператор вилочного погрузчика); и платформенной тележкой. Главное различие между ними в том, что первый может подобрать груз с пола, а второй – нет”.

Расстояние становится определяющим фактором. Как далеко груз должен перемещаться? Если груз необходимо переместить на большое расстояние (сотни метров), автоматическое транспортное средство часто является самым экономичным способом перемещения. Однако вряд ли будет эффективным использовать AVG для перемещения груза на 5 метров. Установка конвейера в этом случае гораздо рациональней.

Другое важный фактор – время. Как долго груз остается на месте в точке назначения? Если он сразу идет в машину для отгрузки, тогда вилочный погрузчик – лучший вариант. Однако в ситуации, когда груз будет находиться некоторое время на складе, и вам необходимо оставить его там и вернуть AGV назад, вилочный погрузчик может и не быть лучшим решением. Это зависит от веса груза.

Вилочные погрузчики, управляемые человеком или компьютером, могут переместить за один раз только ограниченный груз, даже если он достаточно большой. Когда необходимо переместить большой объем материала и оставить его на длительное время, лучшим вариантом может быть использование AGV в виде тягача с тележкой. Количество материла, с которым вилочный погрузчик не справится, может быть погружено на прицеп и отбуксировано AGV.

Более того, прицепы могут быть соединены друг с другом, как вагоны поезда. Прицепы могут оказаться дороже вилочных погрузчиков, однако значительно дешевле самоходных транспортных средств, особенно интеллектуальных.

Когда материал необходимо перемещать от одного пункта к другому, останавливаясь на каждом на непродолжительное время, Брайан Стюарт, старший вице-президент и главный операционный директор Jervis B. Webb Co., предлагает совсем другую концепцию: «SmartCart – чрезвычайно дешевый, надежный и очень гибкий метод доставки или производства». По существу, одна из этих тележек является буксировочным AGV с установленной грузонесущей фермой.

«Как правило, – говорит Пол Мур, – мы используем управляемые транспортные средства в наших интегрированных системах, где необходимо перемещать тяжелые грузы на большие расстояния и/или в разные места. Математические расчеты подтверждают, что это самое дешевое решение. Если необходимость перемещения на большие расстояния возникает не очень часто, использование AGV дает большой экономический эффект».

AGV c установленным вилочным захватом могут перемещать большие грузы на большие расстояния. Могут устанавливаться другие подъемные системы, например, боковые захваты.

Автоматические управляемые тележки с платформами могут использоваться, как мобильные фиксаторы заготовок, передвигающиеся от одного производственного участка к другому.

Автоматические управляемые тягачи могут переместить нагруженные тележки, куда это необходимо, и оставить их там для загрузки/разгрузки или на временное хранение

Умные конвейеры увеличивают гибкость

Умные конвейеры уже редко имеют ленты. Сейчас они перемещают грузы по управляемым компьютером роликам, которые могут ускорять, тормозить и даже изменять направление упаковок, чтобы доставить их в нужное место в нужное время.

«Если необходимо переместить материалы на очень короткие расстояния и с чрезвычайно высокой пропускной способностью, – говорит Ив Газин, – лучше всего использовать конвейер. Заторы, которые могут создаваться при перемещении транспортных средств в различных направления, делают AGV непрактичными. Если, с другой стороны, расстояния очень небольшие, решить все задачи вилочными погрузчиками не удастся, необходимо использовать конвейер».

Аналогично, установка робота только для перемещения груза из пункта А в пункт Б экономически не выгодна, если расстояние превышает возможный диапазон работы. Вы можете поставить робота на каждом конце конвейера, но только так, чтобы они не пересекались в пространстве между ними.

«За последние пять лет, – говорит Пол Мур, – мы увидели значительный рост количества «умных» конвейеров. Эти конвейеры обычно приводятся в действие роликами с питанием 24 В и очень легко перенастраиваются».

Есть несколько причин их популярности у пользователей. Для линии, в работе которой участвуют люди, такой роликовый конвейер намного безопаснее. Серия небольших двигателей, встроенных в ролики, монтируется на метровой высоте. Один из роликов является ведущим, все остальные – ведомыми. Двигатели секции роликов управляются отдельно с локального контроллера.

Такая система имеет множество преимуществ. Безопасность обеспечивается за счет применения нескольких небольших двигателей, а не одного огромного монстра, толкающего весь конвейер. Если человек зацепится за конвейер, маленький двигатель может нанести сравнительно небольшое повреждение. Экономия энергии достигается тем, что система работает только когда это необходимо. Между отдельными грузами ролики в секции могут быть выключены.

Другое преимущество – простота изменения конфигурации. Если конвейер имеет одну большую ленту, добавление ответвления в середине потребует строительства полностью нового конвейера. Имея отдельно запитанные роликовые секции, можно просто снять одну из них и установить оборудование, изменяющее направление движения.

Техническое обслуживание также упрощается, т. к. механическая или электрическая неисправность возникает в одной маленькой секции, которую гораздо проще демонтировать и заменить, чем весь конвейер.

Наконец, управляемые компьютером конвейерные линии на ходу могут менять направления движения. Теперь можно объединять и разделять потоки, направлять различные изделия в различные пункты назначения и собирать изделия из разных источников вместе и направлять в одном направлении.

Все это достигается, благодаря возможности идентификации и отслеживания упаковок, вместе с использованием сложного программного продукта управления складом.

«Один из новых представленных нами продуктов, – говорит Мур из FKI, – пакет программ, позволяющий расположить упаковки очень близко друг к другу перед попаданием в сортировщик. Мы можем объединить несколько линий в один общий поток на входе в высокоскоростной сортировщик производительностью до 400 упаковок в минуту».

Попробуйте сделать это на ленточном конвейере!

«С учетом требований экономичного производства всем хотелось бы уменьшить количество конвейеров, однако они до сих пор остаются самым дешевым средством перемещения продукции из одной точки в другую», – считает Мур.

Умные конвейеры могут изменить маршрут упаковок в любом необходимом направлении с очень большой скоростью.