Gyártástechnika eszközei

Ebben a fejezetben a gyártástechnika eszköztárát kísérelem meg ismertetni. Ez megoldásaiban, metódusaiban jópár ponton jelentősen eltér a folyamatirányítási megoldásoktól, néhány megoldás viszont azonos ezeken a területeken, ezek itt is, és ott is szerepelnek. A gyártástechnológiai megoldások a legrelevánsabban a gyártósoroknál bukkan fel.

Gyártósor

en: assembly (or productions-) line, de: Montagelinie / Fließbandfertigung

Történelmi áttekintés

Ford T gyártósor (forrás: Wikipedia)

Már a 15. század végén megszülettek az első gyártósorok a velencei Arsenale Novissimo üzemeiben, leváltva az addig egyeduralkodó manufakturális termelést. A termelési folyamatokat kivették az "univerzális" mesteremberek kezéből, és részfolyamatokra bontották azt. Egy megmunkálási lépéshez így nem kellett akkora szaktudás, és minél inkább szétaprózták ezeket a részfolyamatokat, annál inkább ki lehetett váltani a szakembereket csereszabatos és olcsó betanított munkásokkal (mai szleng szerint "biorobotokkal"). Ezt a szalagmunkát tökéletesítették és modernizálták az 1870-es években a cincinnati vágóhidakon, itt jelentek meg először a mai értelemben vett szállítószalagok. Ennek a technológiának az átvétele tette a Ford-ot, és az első Ford-T összeszerelő sort a kor emblatikus fejlesztésévé (és a szakszervezetek mumusává).

Európában kicsit később, 1935-ben honosította meg, az autógyártás területén a német Daimler-Benz konszern akkori üzemi főnöke, Wilhelm Friedle a technológiát, mely először a sindelfingen-i gyárban került telepítésre.

A gyártósorok klasszikus értelemben állásokat tartalmaznak, ahol a "melósok" szigorú időkorlátok szerint kell, hogy egy-egy részműveletet elvégezzenek. A minőségi követelmények emelkedésével párhozamosan az automatizálási eszközök árszintje is csökkent, így megjelentek az automatizált, és az utóbbi 20 évben a teljesen automatizált gyártósorok.

Teljesen automatizált gyártósorok

en: Fully-automatic assembly line,
de: Vollautomatische Montagelinie

production line

Ezeknek jellemzői:

  • A teljes technológia állomásokra tagolódik
  • Az állomások mindegyikét saját felügyelő berendezés, jellemzően PLC irányítja
  • Az állomásokon belüli folyamatokat önálló lefutású, de összehangolt működésű programok vezénylik
  • Az állomások egységes üzemmód szerint működnek, ezek állomásonként eltérhetnek
  • Jellemzően az anyagmozgatáson (szállítószalagon) keresztül kerülnek az állomások és az alegységek szinkronizálásra
  • A gyártott elemek saját-adatai az állomáson belül csúszómemória programmal kerülnek rögzítésre
  • A gyártott elemek saját-adatai az állomások között külső tárolón (RF-ID) kerülnek továbbításra
  • Az alkatrészek az állomások között - de néha azokon belül is - palettákon kerülnek továbbításra
  • Minden állomáson egy darab megmunkálására egységes idő ("Taktzeit") áll rendelkezésre (több, párhuzamosan beállított gép esetén ez az idő ezek között az állomások között megoszlik)

production line schema

A fenti példán egy teljesen automatizált gyártósor sémája látható. A 1. és 2. állomás azonos, és párhuzamosan működnek. Az üres vagy nyers-darabos paletták a 3. állomásnál (behordás) lépnek be a sorra és a liftekkel - felső szállítószalaggal jutnak vissza az első állomáshoz.

Station 1. - 2.

Amennyiben az állomás tud fogadni darabot, akkor a VE1-nél (1. Vereinzeller) megállítja a palettát, és az ID-vel beolvassa a paletta-adatokat. Ha az erre a műveletre vár és nincs letiltva (rontott darab), (a 0. állás) a darabot beemeli a belső szalagra vagy körasztalra, onnan pedig egy kész darabot visszatesz a helyére. Az adatcsere is megtörténik, az ID-vel átírja a paletta adatait, majd továbbengedi azt. A VVE és NVE-k a paletták egyenletes elosztását biztosítják, minden szakaszon csak egy paletta tartózkodhat.

A belső szalagon vagy körasztalon minden művetet ellenőrzés követ, így az 1. állás műveletét az 1e, a 2.-ét a 2e ellenőrzi. A palettáról beolvasott és az adott databhoz tartozó adatok a darab mozgását követik a csúszó-memóriában. Hibás művelet esetén a darab NiO-ra lesz kódolva (nicht in Ordnung), így a következő állomások nem végeznek rajta más művetet.

Az R1 egy rezgőtálcás adagoló, egy behordósorral viszi be az alkatrészeket a 2. álláshoz. Működtetése a 2. állás programjának a részét képezi.

Station 3.

Az állomás elegendően gyors, hogy a két előző állás tempóját követni tudja. A darabokat nem veszi le a palettákról, hanem a szalagon végzi az előírt műveleteket (3. állás) és azoknak az ellenőrzését (3e állás). Amennyiben az ID-vel beolvasott paletta-adatok szerint nem az adott állás művetete következik a darabon, úgy azt továbbengedi. Ha a feladat-végzést zavarja a folyamatosan mozgó szalag miatt a paletta állandó mozgása, az állásokon feltámasztást lehet alkalmazni, azaz egy munkahenger a művelet idejére a palettát kiemeli a szalagról. A ciklusok végén az állások az ID-kkel aktualizálják a paletta-adatokat.

Station 4.

A 4. állás dönti el, hogy a paletta vagy fut még egy kört (Station 1. -3. valamelyik művelete még hiányzik), vagy tovább mehet a kihordás / hiba esetén a 4. állomás felé.

A 4. állomás egy kézi szétszerelő állás, ahová a rontott darabok futnak be.

 

Paletta

de: WT – Werkstückträger

Paletta

Pálya

pályakanyar

Lift

Paletta

Werkstückträger (WT)

Pálya

Bandstrecke (TS)

pályakanyar

Kurve

Lift

Hub-Quereinheit

A félkész termékek a palettákon keringenek az állomások között a szállítószalagokon. A szalagon a megállítók minden állomásnál és liftnél megállítják a palettákat, ha szükséges, az azonosító (ID) beazonosítja, hogy az adott darab melyik munkafázisnál tart.

Ha a gépállás igényt tart a darabra, azt jellemzően egy lift (HQ) felemeli a behordó-szalag szintjére. Itt jellemzően egy manipulátor leemeli a félkész darabot a WT-ről, és egy megmunkált darabot tesz a helyére, közben az ID a palettán található azonosítóra az újonnan felhelyezett darab adatait írja fel.

Amennyiben több azonos működésű gépállás is szerepel a gyártósoron, jellemzően a paletták több kört is futhatnak, mire valamelyik gép fogadja a félkész terméket. Ilyenkor sokszor a gépek felett, egy felső (vagy hátsó, vagy alsó) szalagon viszik vissza ezeket a palettákat az első gép elé. A két pályaszint közötti átemelőket szintén lift névvel illethetjük.

Legtöbb esetben a paletták alsó fele egy antisztatikus műanyagból készül, megakadályozva a statikus feltöltődést.

Megállító (stopper)

de: VE – Vereinzeler

Megállító egység

Megállítók elhelyezkedése

Megállító egy palettával

Megállító egység

Megállítók elhelyezkedése

Megállító egy palettával

A megállítók (szokták ezeket még stoppereknek is hívni) az állomások szakaszos üzemelését biztosítják. Jellemzően monostabil pneumatikus elemek, melyek, ha jelet kapnak a PLC-től, szabad utat engednek az előttük várakozó palettának.

Ha két szenzorral vannak szerelve, a második jelzésére a megállítót a PLC-nek ismét el kell engednie, hogy a következő palettát is biztonsággal megfoghassa. Ha csak előtte van szenzor, akkor a visszaállást késleltetéssel kell megoldani, de egy szűkre szabott idő nagyjából olyan hatással lehet a paletta tartalmára, mint a menzán ön, miután bekötötte a cipőjét, és pont főnöke teleszedett tálcája alatt bukkan fel lendületesen.

Jellemzően a gépállás előtt található egy VE, a VVE (Vorvereinzeler), ami a gépbe ereszti be a palettákat. Itt található még általában az az ID egység is, mely megállapítja, hogy az adott darabbal kell-e dolgoznia a gépnek – ha például az adott darab már rontott, akkor simán át kell ereszteni az álláson. A gépben a VE-ket számozva szokás jelölni (VE1, VE2,..) az állomáson belüli állások számától függően. A gép végén az NVE (Nachvereinzeler) található, mely mellett az ID a műveletek eredményét írja ki a palettára.

A kiválasztókat, hogy könnyebb legyen őket áthelyezgetni, jellemzően vagy jó hosszú vezetékkel látják el, vagy AS-I busszal szerelik. Az AS-I busz alkalmazása pályák környékén egyébként is egy jó választás, hiszen könnyen át lehet helyezni az elemeit. (Az AS-I alkalmazása nem egy olcsó megoldás, de könnyen megváltozhat a véleménye az árakról, ha utánanéz, hogy a pályatestek és az alkatrészek mennyibe kerülnek).

Feltámasztás

de: PE – Positioniereinheit

WT: paletta, ST: gépállás, PE: feltámasztás, VE: megállító

Lágyforrasztáshoz szükséges a PE

WT: paletta, ST: gépállás, PE: feltámasztás, VE: megállító

Lágyforrasztáshoz szükséges a PE

A feltámasztás olyan műveletek esetén szükséges, amikor a beavatkozás a szalagon álló palettán történik, de a szalag mozgásából adódó rezgés és billegés zavaró lehet (ilyen például a lágyforrasztás, amikor a pasztát pontosan a helyére kell adagolni, majd a lámpa fókuszával szintén el kell találni ezt a helyet).
Ezekben az esetekben egy henger a palettát felemeli a szalagról – miután a VE megállította azt – majd a művelet végeztével visszateszi a pályára.

Rezgőtálcás adagoló

de: Schwingförderer Zuführanlage

Rezgőtálcás adagoló előről

Rezgőtálcás adagoló felülről

Rezgőtálcás adagoló előről

Rezgőtálcás adagoló felülről

Az adagoló a kisebb – ömlesztett – alkatrészek pozícióba rendezésére és beszállítására szolgál. A tálcán spirálisan felfutó meneteken rezegve mozgatja előre az alkatrészeket, majd a szalagra továbbítás előtt irányba rendezi azokat. Jellemzően saját vezérlésük van, ahol a szállításra vonatkozó paramétereket be lehet állítani, a PLC csak az anyagszükségletet jelzi a berendezés felé.

Vészállj funkció

de: Notaus, en: emergency stop

emergency stopA gyártástechnológiában a vészállj funkció – különösen a veszélyes gépek estén – a legmagasabb prioritással bír. Jellemzően amellett, hogy a szoftver is jelzést kap felőle, hardveresen kerül lekezelésre.

A vészállj funkció jellegéből adódóan minden egyéb kimeneti változót felülír. Vészállj esetén minden műveletnek le kell állnia, jellemzően a teljes pneumatika és hidraulika el kell, hogy dobja a nyomást, és a vezérelt hajtások (szervók, villanymotorok, ..) jellemzően feszültég-mentes, szabadonfutó állapotba kell, hogy kerüljenek (kivételt képeznek azok az egységek, melyek leállásukkal sokkal problémásabb vagy életveszélyesebb állapotot idézhetnek elő).

A vészállj egységek mindig negált jelet adnak (1: ok, 0: vészállj).

Védett zóna

de: geschützte Zone

Amikor néhány gépgyártásban utazó szakember összejön pár korsó sörre, viszonylag gyorsan terítékre kerülnek a horror sztorik; kit vágott fejbe a robot, melyik melósnak maradt ott az ujja a prés alatt.. ezek a történetek mindig a biztonsági szabályok hiányosságára vagy azok figyelmen kívül hagyására vezethetők vissza.

Védett zónaElőrebocsátom, minden biztonsági rendszer kijátszható. A biztonsági szabályok és a védett zónák csak a figyelmetlenségekből adódó balesetek elkerülésére alkalmasak, a szuicid sztahanovistákat gyakorlatilag semmi sem állíthatja meg. Láttam már olyan berendezést, ahol a kétgombos prést – ahol két nyomógombot kell megnyomni a gépen kívül, éppen hogy csak elérhető távolságban – egy, a hasához támasztott, dróton lógatott deszkával „hidalta át” a jól képzett melós, miközben a lecsapó prés alatt kotorászott.

A védett zóna a gépnek az a része, ahová nem lehet benyúlni (belépni meg pláne nem) automata üzem alatt. Ezt az ajtóknál és a zárható ablakoknál biztonsági zárak biztosítják, amik lezárnak, ha a gépet „auto” módba kapcsoljuk. Ha mégis sikerül kifeszegetnünk a zárat, akkor ez a „vészállj” funkcióval azonos leállást eredményez.

Szintén a „vészállj” analógiájára old ki a fénykapu is, ha valami (vagy valaki) megsérti a lebiztosított zónát. Gyártósorokon az operátorok nem tekintik vicces megnyilatkozásnak, ha a működő gép fénykapuját inzultáljuk – én szóltam.

Körasztal

de: Rundtisch

Vertikális körasztal

Horizontális körasztal

Vertikális körasztal

Horizontális körasztal

Komolyabb gyártósorokon gyakran bukkan fel a körasztal köré szerkesztett gép. Ezeken a gépeken – ha gyártósorra dolgoznak – mindig van egy berakodó és egy kirakodó egység, vagy a két feladatot egy egység látja el. A többi pozícióban jellemzően egy gyártó egységet egy ellenőrző állás követ.

A félkész termékhez tartozó információt a háttérben a PLC-nek kell cipelnie csúszómemóriűval minden darabhoz, és amikor a darab kihordásra kerül, akkor kell továbbítania azt. A körasztal esetén fokozottan ügyelni kell a ciklusidőre, hiszen jellemzően az azonos idő alatt elvégezhető műveleteket szervezik egy asztalra, nem előnyös, ha egy állás túl sokat „mojol” a  munkafázisával, a többi gépállás pedig várakozik.

Kezelői panel

en: OP – Operation panel

Operation panel
Az OP tartalmazza az HMI-t, ahonnan gyakorlatilag az egész berendezés irányítható, illetve e fölött még néhány alapfunkció is innen kapcsolható. Az OP-t a gépen úgy szokás elhelyezni, hogy azt a gép bármely sarkába is magunkkal „vihessük”.

Jellemzően vagy forgatható karra kerül felépítésre, vagy a gép síkjában egy függesztett sínen lehet gördíteni. Jellemzően az alábbi funkciókkal szokták felruházni:

 HMI

Maga a megjelenítés, ahol a műveleteket lehet felügyelni, kézi üzemmódban a mozgásokat irányítani, stb.

Vészállj

Kiemelt piros nyomógomb sárga háttérrel, hogy probléma esetén egy jól irányzott ütéssel el lehessen találni. Jellemzően mindent leold. (lásd vészállj funkció)

Főkapcsoló Be / Ki

Jellemzően hardverre kötött nyomógomb, melynek – ha a PLC-nek külön tápellátása van – a PLC felé is van bemenete. Ha nincs, akkor a PLC úgyis „értesül” arról, hogy a gép ki / be lett kapcsolva.

Kulcsos Kézi / Auto átváltó

Az automata és kézi üzem közötti átváltásra szolgál. Megszokásból ma is jellemzően kulcsos kapcsolót szokás ellőni erre a célra.

Pneumatika be / ki

Jellemzően hardveres funkció, mely a pneumatika betáp szelepet nyitja / zárja (vagy a kompresszort kapcsolja be / ki). Néha a PLC-re bízzák ezt a műveletet.

Hidraulika be / ki

Ez is leginkább hardveres funkció szokott lenni, a hidraulika nyomást dobja el. A hidraulika legtöbb esetben önjáró, a géppel együtt kapcsol be, de néha ennek a be / ki kapcsolására is szánnal egy külön gombot.

Szignál-lámpák jelentése

A gyártósoroknál jellemzően a gépek állapota az állomások felett, jól látható helyen elhelyezett szigál-lámpákról „olvasható” le. A színek sorrendje jellemzően – fentről lefelé – piros, sárga, zöld és kék. A sárgát és a kéket – ahol nem szükséges – el szokták hagyni. Sokszor a lámpa-oszlop tetején egy kis kürt is található, de a találékony kezelők ezt majdnem mindig „félállásra pöckölik”. A lenti táblázatban foglalom össze a lámpák – jellemző – jelentését, de ettől sok részletben gyáranként el szoktak térni (érdemes az alkalmazás előtt efelől helyben tájékozódni).


Jelzés

Jelentése

Nincs jelzés

  • A gép nincs áram alatt
  • Kézi mód

Piros jelzés

  • Nyugtázott hiba

Piros villogó
(+ kürt vijjog)

  • Nyugtázatlan hiba (pl. vészállj)

Sárga jelzés

  • Beszerelendő alkatrész fogytán vagy kifogyott

Zöld jelzés

  • Automatika üzemben

Zöld villogó

  • Ciklus vége állapot
  • Tipp mód

Kék villogó

  • Átállás folyamatban

Kék jelzés

  • Átállás megtörtént

Szignál-lámpák jelzései

Üzemmódok

de: Betriebsmode

Gyártástechnikai berendezések esetén az üzemmódok az egyik legfontosabb, és egyben legellentmondásosabb területe a szoftver fejlesztésének. Több, mint tíz éve foglalkozok programozással – és üzem behelyezéssel – a lenti modellt a tapasztalataim alapján állítottam össze.

Kézi mód

Az első – és talán legfontosabb – üzemmódja a gépeknek. Ha áram alá helyezzük berendezésünket, először ez a mód fog aktiválódni, csakúgy, mint amikor bármely más módban hiba lép fel, vagy csak egyszerűen erre a módra kapcsolunk. Az üzemmódra váltáskor nem kapcsolhatunk semmit se be (hiszen hiba esetén is ide tér vissza a végrehajtás), a pneumatikát és/vagy hidraulikát külön gombokkal (és az ezekhez rendelt reteszekkel) lehet visszakapcsolni az HMI panelről. (lásd OP).
Amennyiben a kulcsos kapcsolót auto módba forgatják, és nincs alaphelyzet, vagy a gép bekapcsolásakor a kulcs az auto módon maradt, a kézi mód marad érvényben.

Alaphelyzet

Az alaphelyzet felvétele egy olyan funkció, mely alatt a gép felveszi az automatika indításához szükséges kiindulási pozíciót úgy, hogy az összes egységet biztonsággal ebbe a helyzetbe állítja. Amennyiben az alaphelyzet felvétele közben hiba lép fel, vagy valamelyik továbblépési feltétel nem teljesül, a gép hibát jelez, és vagy az adott lépésben várakozik, vagy visszavált kézi módba.

Auto mód

Az automatikus üzemelést kézi mód után csak alaphelyzetből lehet indítani és jellemzően minden ciklus elején innen indíthatjuk a működést. Automatikában fut a gép mindaddig, míg:

  • Hiba lép fel – ilyenkor hibajelzés mellett a gép kézi módba vált
  • Vészállj, vagy a védett zóna megsértése – azonnal kézi módba kapcsol, és hibát jelez
  • Alkatrészhiány lép fel a behordó-sor(ok)on – a gép alkatrészhiányt jelez, és auto módban vár
  • Nem érkezik darab a gyártósoron – a gép jelzés nélkül vár
  • Ciklus vége utasítás érkezik – a gép végrehajtja az aktuális ciklus hátralevő műveleteit, majd ciklus vége állapotot vesz fel
  • Tipp mód lenyomása – minden jelzés nélkül átvált tipp módra
  • Tipp módban auto mód választása – amennyiben az adott lépésből lehetséges, visszatér az automatikába, és az aktuális lépésből folytatja a végrehajtást.

Tipp mód

Vagy más néven léptetés mód. Ebben az üzemmódban az automatika lépéseit lehet elemezni úgy, hogy bizonyos lépésenként az automatika futása egy nyomógomb lenyomására vár. Bizonyos technológiai lépéseket nem lehet vagy nem szabad megszakítani, így ilyenkor az automatika több lépést hajt végre egy menetben, a megszakítás lehetősége nélkül. Amíg a végrehajtás a „tovább” nyomógombra vár, nem léphet fel hiba az automatikában.

Jellemzően majdnem minden lépésből visszaválthatunk auto módra. A tipp mód szabályai gyakorlatilag az auto mód-dal egyeznek meg.

Ciklus vége

Jellemzően műszakváltáskor, vagy bármely hasonló okból meg kell hagyni a lehetőséget az automatikus termelés megszakítására. Ilyenkor az automatika még lezárja az utolsó ciklust, majd ciklus vége állapotba áll ki. A gép az automatikától eltérő módon jelzi ezt az állapotot (zölden villogó jelzés), de nem ad hibaüzenetet. A ciklus vége gomb ismételt megnyomásával a gép visszatér az automatikus üzemeléshez – első lépésben ehhez alaphelyzetet vesz fel.

Üzemmód váltások

Gyártástechnológiai  üzemmódok

Gyártástechnológiai üzemmódok

 

Mód /
Állapot

Esetek, amikor ebbe a
módba jut a vezénylés

Feltételek, melyek
teljesülése esetén ezt a
módot kapcsolhatjuk

Lehetőségeink az
adott módban

Kézi

  • Bekapcsolás után
  • Vészállj
  • Hiba a többi módban
  • Kézi mód választása

nincs

  • Egységek kézi működtetése, mozgatása
  • Hozzáférés az összes egységhez a védett zónában
  • Alaphelyzet felvétele

Auto

Az alábbi állapotokban Auto mód választása:

  • Tipp mód
  • Ciklus vége aktív
  • Alaphelyzet
  • Alaphelyzet
  • ciklus vége
  • tipp mód (innen nem minden esetben)
  • Ciklus vége választása
  • Kézi módba „rántás” (csak végszükség esetén)

Tipp

Az alábbi állapotokban Tipp mód választása:

 

  • Auto módban
  • Ciklus vége aktív
  • Alaphelyzet
  • Alaphelyzet
  • Ciklus vége
  • Auto mód
  • Léptetéssel tesztelni az automata működést
  • Visszakapcsolni automata módba (nem minden lépésben engedélyezett)
  • Kézi módba kapcsolás

Alap-
helyzet

  • Kézi módból alaphelyzet felvétele
  • Kézi mód
  • Auto mód indítása
  • Tipp mód indítása

Ciklus
vége

  • Auto módban ciklus vége választása
  • Auto mód
  • Visszakapcsolni auto módba
  • Tipp mód indítása
  • Kézi módba váltás

Üzemmódok, állapotok

Digitális mérések késleltetése

Gyorsan váltakozó digitális jelzések esetén alkalmazott technika, mellyel a mérésbiztonság emelhető és stabillá tehető. A bejövő mérési jeleket egy előre definiált idővel meg kell késleltetni, és amennyiben a mérés "0" értékre vált vissza, a felügyeleti idő újraindul. Erre a technikára példa a tartályok (folyadék-) szintmérése, hiszen a folyadék hullámzik, és a határérték környékén ez a mérés billegéséhez vezet, mint az a lenti ábrán is látható.

signal delay methode

felhasznált források

license

Creative Commons License
Erre a dokumentumra a Creative Commons-Lizenz 3.0 szabályai érvényesek.
A dokumentum továbbfelhasználása engedélyhez kötött. Részleteiben is csak forrásmegjelöléssel
(pl: forrás:wwww.ob121.com) használható.
Engedélykérés, további információ: mail kukac ob121.com