193091, Санкт-Петербург, Октябрьская наб., д.10
пн-пт 9:00 - 18:00 МСК

Автоматизация процессов измерений - решение для роста производительности


“Внедрение промышленных роботов на предприятиях — это возможность оптимизировать бизнес-показатели. Роботизация процессов контроля качества изготовления деталей может повысить производительность до 30%”

Максим Каневский
генеральный директор МС Метролоджи

генеральный директор.jpg
По данным статистики в 2023 году рост внутреннего валового продукта (ВВП) России зафиксирован на уровне 3,6%. Это рекордный показатель за последние 5 лет, не считая постпандемийного 2021 года. По оценкам экспертов треть от общего роста ВВП в 2023 г - это вклад предприятий машиностроительного комплекса и предприятий электронной промышленности. Эксперты на 2024 год прогнозируют продолжение растущей динамики ВВП России.

В условиях решения общей для страны задачи технологического суверенитета, в условиях роста объема производства большинство промышленных предприятий России сталкиваются с острой необходимостью повышения эффективности и производительности всех своих производственных процессов. При этом предприятия сталкиваются одновременно с рядом проблем, а именно: проблемой нехватки инженерных кадров, с отсутствием решений для ускорения отдельных этапов технологического процесса, с тем, что нужно выпускать всё больше наименований и всё большее количество единиц выпускаемой продукции, при этом обеспечивая высокое качество продукции.

Задача повышения эффективности актуальна для всех этапов производственного процесса, в том числе на этапе контроля качества. Если говорить о контроле качества на машиностроительном предприятии, и в частности о контроле геометрии, то тут вопрос повышения эффективности стоит, на наш взгляд, особенно остро для оперативного принятия технологических решений и своевременной оценки забракованных деталей, сбора статистики и своевременного технического обслуживания обрабатывающего оборудования, для повышения пропускной способности блока измерений, когда нужно измерять в ту же единицу времени гораздо большее количество деталей, когда необходимо обеспечить быстрое переключение измерительного оборудования от одного типа деталей к другому типу деталей так, чтобы поддерживать темп производства без замедления на этапе контроля качества. В данных обстоятельствах наиболее эффективным решением будет автоматизация максимального количества процессов, связанных с производством и с контролем качества выпускаемой продукции. 

Автоматизация и роботизация производства в России в 2024 году - это важный экономический фактор для роста и оптимизации производства.

Решения по автоматизации позволяют:

  • сэкономить время на транспортировке деталей от производственного цеха в контрольную лабораторию;
  • решить крайне острый кадровый вопрос, когда не хватает людей для выполнения увеличивающегося объема производства. В данном случае решения по автоматизации позволяют заменить человека и оставить его присутствие в необходимом минимуме;
  • принять правильные оперативные технологические решения в случае выявления брака и сократить время простоя оборудования;
  • увеличить пропускную способность измерительной лаборатории за счет того, что в одну и ту же единицу времени полный контроль качества будет проходить большее количество деталей


роботизация Integra
1. Контроль корпусных деталей  2. Контроль компрессорных лопаток
системы роботизации integra
1. Контроль турбинных лопаток 2. Контроль элементов топливной аппаратуры
В статье рассмотрим, как автоматизировать процесс измерения деталей и повысить производительность этого процесса до 30%.

На сегодняшний день существует несколько различных уровней глубины автоматизации и для этого используются различные технологические решения и комплектации. Среди них специальные термокабины для измерительных машин, обеспечивающие стабильность температуры; системы подачи деталей, различные типы роботов для перемещения, загрузки и подачи деталей в зону измерений, магазины и склады деталей различных типов, паллеты и оснастка для деталей, управляющее программное обеспечение и программное обеспечение для сбора статистики.

В зависимости от серийности, условий производства, типов деталей и других параметров можно создавать различные конфигурации автоматизированных решений. Это могут быть как отдельные элементы подачи, термостабилизации или сбора статистики, так и более сложные системы, специально разработанные под конкретные задачи.

Компоненты автоматизации

Термокабины

Это определенным образом собранные на металлоконструкции панели на едином поддоне, подобранном под размеры измерительной машины. Они включают в себя загрузочные окна, систему кондиционирования, систему освещения, различные датчики и сенсоры. Термокабина включает в себя специальный отсек для размещения системы кондиционирования, или подготовленный воздух может подаваться извне. Существуют версии для средних и крупных машин, а также специальная мобильная версия для небольших цеховых машин, позволяющая легко переместить термокабину вместе с измерительной машиной внутри цеха. В данном случае все элементы управления выносятся наружу кабины, а сама кабина может оснащаться колесами.

Главная задача термокабины – обеспечить стабильную температуру в зоне измерений непосредственно в цеху.

Также при необходимости могут применяться создаваемые по отдельным проектам зоны (кабины) для охлаждения самих деталей перед подачей в зону измерений, например после фрезеровки, температурной обработки и т.п. Подача в них деталей также осуществляется автоматически.

термокабины

Система подачи деталей

Система подачи деталей в зону измерения обеспечивает автоматическую подачу, загрузку, выгрузку и сортировку деталей по заранее определенной логике. Она соединена  с измерительной машиной и подает паллеты с закрепленными на них деталями в зону измерений, в том числе, в термокабину через автоматическое окно. Каждая паллета может оснащаться RFID, QR или штрихкодом. Соответственно система подачи деталей будет считывать его и указывать машине, какую именно программу измерений следует запустить. Система подачи деталей может включать в себя несколько секций и в зависимости от заранее заданной логики работы работать в различных режимах. Если это система односекционная, она может служить как точка установки деталей, роботом или человеком. На двух или трехсекционных системах может происходить предварительная подготовка и сортировка деталей. Может происходить выбраковка, когда на одну из секций система будет выводить паллеты с деталями, не соответствующими требованиям контроля качества.

Система подачи деталей

Роботы и роботизированые тележки

Это могут быть шестиосевые роботы, роботы, установленные на дополнительные рельсы, специальные четырехосевые роботы, а также коллаборативные роботы, которые предполагают работу в непосредственном контакте с человеком. Такие роботы могут устанавливаться и на самодвижущиеся тележки, перемещающиеся в зоне измерений или обработки деталей по ранее определенной логике. Роботы могут различаться не только количеством осей, но и зоной работы, грузоподъемностью и системой захвата.

Роботы

Линейные магазины для деталей

Они представляют собой специальные шкафы, расположенные вдоль зоны измерений. Например, линейный шкаф расположен с одной стороны от робота, который движется по линейным направляющим. С другой стороны расположены три координатные измерительные машины. Робот забирает детали, установленные на паллетах или полках магазина, и переносит их на одну из машин. С другой стороны магазинов расположены открывающиеся двери, предназначенные для загрузки деталей вручную или автоматически. При открытии дверей система безопасности будет останавливать всю систему.

линейные магазины для деталей

Поворотные магазины для деталей с интегрированным роботом

Одной из интересных версий магазинов являются склады с вращающимся магазином. Они загружаются по очереди с двух сторон, и робот специального типа забирает детали с одной стороны магазина и устанавливает их в измерительную систему, что существенно экономит место. Другая сторона магазина обращена в сторону двери для загрузки. При открытии двери происходит загрузка деталей. После измерения первой половины деталей магазин развернется для контроля второй половины.

Магазины могут также оснащаться дополнительными световыми индикаторами, которые показывают, например, что измерения закончены, изменения не закончены или произошла ошибка. Также предусмотрены механизмы для обработки бракованных деталей в партии.

Поворотные магазины для деталей с интегрированным роботом

Паллеты и оснастка

Оснастка может быть универсальной или специализированной и предназначена для надежной фиксации деталей с учетом расположения на них элементов для контроля и базирования. Паллеты могут быть стандартного типа или оснащаться системой воздушных подушек для удобства ручной установки.

Для повторяемости позиционирования деталей в измерительной зоне паллеты могут быть оснащены специальными полусферами с ответными элементами на координатной машине. При установке роботом паллеты в зону изменений элементы совмещаются, и происходит предварительное базирование с высокой точностью. Это позволяет сразу переходить к финальному базированию деталей в автоматическом режиме, минуя ручные операции и экономя время на базирование в процессе измерения.

паллеты и оснастка

Программное обеспечение

Осуществляет мониторинг рабочего состояния оборудования и централизованное управление, запуск измерений по ранее определенной для каждой детали программе, сбор данных в режиме реального времени, включая информацию о результате измерений, а также подает сигнал для сортировки в соответствии с результатами. 

По ранее собранным данным возможен общий статистический анализ и анализ производственной мощности технологического процесса. ПО может управлять автоматизацией, включающей в себя измерительное оборудование различных типов и марок. В состав решения, могут быть включены координатные измерительные машины, видео измерительные машины, контурографы и профилометры, кругломеры, машины для контроля тел вращения,различные лазерные и видеодатчики.

Обработка результатов измерений также может производиться в автоматизированном режиме благодаря гибким языкам программирования, интегрированным в большинство современных метрологических программ. Базирование CAD-модели, определение отклонений, контроль размеров и выдача итогового отчета — все это и многое другое может производиться без участия оператора.

ПО

Практические примеры автоматизации процессов измерений

Автоматизация измерения железнодорожных колес высокоскоростного сообщения

Комплекс представляет собой  комбинацию стационарной измерительной машины с роботизированной системой их перемещения и индивидуальной системой погрузки деталей.

Колесо устанавливается в регулируемую оснастку (под каждый типоразмер колеса) и подается в зону измерений системой перемещения. Система выносит точку установки детали в сторону от КИМ, что устраняет излишнее воздействие на машину при установке детали. Для контроля позиции портала КИМ используется специальный датчик безопасности. PLC-сервер управляет работой приводов и датчиков системы загрузки/разгрузки, а также автоматическим захватом оснастки.

Таким образом, грамотно подобранный комплекс позволит эффективно измерять детали и минимизировать воздействие тяжелых деталей, устанавливаемых роботом при их установке на машину.

                                                           Автоматизация измерения железнодорожных колес высокоскоростного сообщения

Автоматизация серийного контроля лопаток газотурбинных двигателей

Для серийного контроля лопаток газотурбинных двигателей может использоваться  специализированная система высокоскоростного сканирования лопаток и многоярусный поворотный магазин заготовок.

Лопатки в оснастке размещаются с двух сторон поворотного магазина через дверь с датчиком безопасности. Робот устанавливает лопатки в систему оптического высокоскоростного сканирования. Фиксация и позиционирование лопаток в измерительном устройстве осуществляется при помощи пневмозахвата. Управление и мониторинг процесса происходит при помощи сервера PLC и программного обеспечения автоматизации измерений.

Данное решение позволяет реализовать автоматизированную систему в меньших габаритах по сравнению с классическим магазином заготовок. Робот также оснащен системой распознавания QR-кода на паллете для дублирования проверки, чтобы определить, какая деталь и какая программа изменений требуется.

Расчет производительности показал, что система способна измерить 60 лопаток (емкость магазина 30х2) за одну рабочую 8-часовую смену, при полной загрузке магазина в начале смены.

                                      Автоматизация серийного контроля лопаток газотурбинных двигателей

Автоматизация контроля элементов топливной аппаратуры

Данный комплекс может включать в себя стационарную измерительную систему с магазином щупов и магазином заготовок, а также с классическим роботом.

На трех полках магазина устанавливаются детали различного размера на соответствующих паллетах. Для позиционирования деталей в зоне изменений используется плита, которая закрепляется на рабочей плите КИМ, и паллета с деталями. На каждой паллете расположены соответствующие полусферы или полусферические выемки. При совпадении этих элементов происходит предварительное базирование. Автоматизированная система позволит проводить контроль элементов топливной аппаратуры с высокой точностью и повторяемостью, исключая возможность человеческой ошибки. 

                             Автоматизация контроля элементов топливной аппаратуры

Процесс подбора системы автоматизации предполагает тщательное изучение задач заказчика, общение с его инженерами и поэтапный подбор наиболее подходящего решения.

Важно понимать, какие требования предъявляются к деталям, каков текущий метод контроля, каков тип и размеры деталей, допуска.  Как они обрабатываются непосредственно перед измерениями, будут ли они обрабатываться после? Какая именно измерительная система будет использоваться, как она будет интегрирована? Как будут подаваться детали?  Какая серийность производства? Как будет происходить идентификация? QR-кодом, RFID, штрих-кодом? Где будет располагаться данная система?  В лаборатории, цехе или других помещениях? Имеется ли уже на предприятии информационная система типа MES, ERP? Какие данные предполагается передавать в эту систему или возможно, что это не требуется? Также важно определить, какой персонал будет работать с автоматизированной системой, какова его квалификация. Предполагается ли самостоятельное написание измерительных программ или они будут осуществлять только базовые простые действия? Нужна ли автономная работа системы, например, после окончания рабочей смены, когда операторы производят контроль разрозненных деталей?

Процесс автоматизации измерений является достаточно сложным, так как совмещает в себе как элементы измерения, так и автоматизацию, что требует комплексной квалификации. Поэтому рекомендуется обратиться за помощью к специализированным организациям, которые имеют опыт и высокую квалификацию как в измерениях, так и в роботизации и автоматизации. Правильный выбор системы измерения и элементов автоматизации и сотрудничество с опытными специалистами позволят достичь максимального эффекта и оптимизировать процессы измерений.

Автоматизация измерений – это эффективный способ повысить производительность процессов измерений на предприятии. В зависимости от уровня внедрения и серийности производства, можно достичь увеличения производительности до 30%. 

Руководитель группы коммерческой поддержки МС Метролоджи
Сергей Карташов 





Получить консультацию
Мы будем рады ответить на любые ваши вопросы. Заполните форму или позвоните нам по телефону:
Спасибо!
Данные успешно отправлены.