Automaattisen putkentaivutussolun prosessikyvykkyyden parantaminen
Tuomaala, Jyri (2013)
2013
Konetekniikan koulutusohjelma
Tuotantotalouden ja rakentamisen tiedekunta - Faculty of Business and Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2013-02-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201302231073
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201302231073
Tiivistelmä
Automaatiojärjestelmän luotettavaa toimintaa kuvaava suure on käytettävyys. Korkea käytettävyys vaatii järjestelmän yksittäisiltä toimilaitteilta korkeaa luotettavuutta. Tässä työssä selvitettiin keskeiset seikat, jotka vaikuttavat robotisoidun putkentaivutussolun käytettävyyteen. Käytettävyyden lisäksi prosessin kokonaissuorituskykyyn vaikuttaa sen laaduntuottokyky ja tehokkuus. Analyyseissä hyödynnettiin tilastomatematiikan menetelmiä sekä työkaluja tunnuslukujen selvittämiseksi. Kirjallisuustutkimusosassa etsittiin soveltuvia teorioita ja käsitteitä ongelman kuvaamiseksi. Järjestelmän toimilaitteet esitetään yleisellä tasolla, jotta toiminnallisuuden riippuvuudet aukeaisivat lukijalle paremmin. Työn lopussa esitetään toimilaitekohtaisesti parannusehdotuksia, joilla uskotaan olevan toimintaa parantavaa vaikutusta.
Työn lopputuloksena saatiin selvitettyä tuotantosolun jokaisen toimilaitteen vikaantumisväli (MTBF) sekä koko solun vikaantumisväli. Vikaantumisvälin avulla on pystytty laskemaan jokaisen toimilaitteen käytettävyys sekä kokonaiskäytettävyys.
Suurimmaksi käytettävyyttä alentavaksi tekijäksi nousivat robotit. Niiden aiheuttamat pysäytykset olivat ajallisesti suurimmat. Seuraavaksi merkittävin oli sahalaitteesta aiheutuva pysäytys. Kolmanneksi merkittävin oli koneistavan robotin ongelmat. Robottien ongelmat aiheutuivat pääasiassa liikkeenvalvonnan aktivoitumisesta, kun työkappale törmäsi tarttujaan. Tämän taustalla oli väärin taipunut putkikappale. Väärää taipumaa aiheuttaa materiaalin vaihtelu ja siinä erityisesti sen plastisoitumisraja. Plastisoitumisrajalle on määritelty tietty nimellishajonta (Rp 0.2 s), joka kertoo miten paljon tämä arvo saa erän sisällä muuttua. Sallitun vaihtelun ollessa liian suuri, vaihtelee taivutuslopputulos liikaa.
Sahalaiteen ongelmat liittyivät kahteen seikkaan. Yleisin oli kuljettimen jumiutuminen, toiseksi yleisin oli sahan terien loppuminen. Sahan teriä ei systemaattisesti vaihdeta kappalemäärän perusteella, vaan niiden vikaantuminen pysäytti solun toiminnan.
Koneistuksen ongelmat aiheutuivat varsijyrsimen hajoamisesta. Työstävä robotti pysähtyi, kun se törmäsi materiaaliin kun jyrsintapin elinikä tuli päätökseen. Robottisolua on tämän jälkeen kehitetty lisäämällä kestolaskuri, jonka jälkeen terä vaihdetaan puskuripaikasta automaattisesti. Solun käydessä voidaan käytetyt terät vaihtaa uusiin solua pysäyttämättä. Myös joka kerta kun terä viedään takaisin työkalupaikkaan, todetaan sen kunto lasermittauksella.
Käytäntöjä parantamalla saadaan myös tuottavaa työaikaa lisää. Virheistä palautumiseen kuluva aika tulee minimoida. Kaikki työt jotka on tehty koneen ollessa pysähdyksissä, pyritään siirtämään töiksi, jotka tehdään koneen käydessä. Taivutuskoneen säätämiseen on kehitetty menetelmä. Ratkaisuna on käyttää esivalittuja taivutusohjelmia materiaalin lujuusluokkien mukaan. Aikaisemmin samaa ohjelma-aihiota säädettiin jatkuvasti, jolloin prosessi värähteli helposti ja pitkällä aikavälillä saattaa ajautua sivuun. Säätäminen tulisi tapahtua aina uuden materiaalierän alussa x-R – valvontakortin avulla, jonka jälkeen sama erä ajetaan loppuun niillä säädöillä. Materiaalista johtuva jäännösvirhe, taivutusprosessin kohina, täytyy vain hyväksyä. Uuden nimellislujuusluokan omaavan erän tullessa tuotantoon täytyy taivutus luonnollisesti säätää uudelleen.
Jatkokehityksen kannalta merkittävimpiä asioita on työstöterän kunnon seuranta reaaliajassa perustuen erilaisiin anturointeihin. Myös teränkeston parantaminen on keskeisiä seikkoja. Materiaalitoimittajan kanssa tehtävä yhteistyö laadun parantamiseksi auttaa lähes jokaisen toimilaitteen kohdalla. Ohjeistukset virhetilanteista palautumiseen nopeuttavat niistä palautumista ja helpottavat ongelmien tunnistamista. Panostaminen ennakoiviin huoltoihin vähentää riskiä vikaantumisesta ja saa aikaan paremman ymmärryksen todellisista käyttökustannuksista. Tehokkuutta voidaan jossain määrin myös kasvattaa optimoimalla työstötekniikkaa, mutta laatuongelmien ratkaisu on mielekkäämpi ratkaisu.
Työn lopputuloksena saatiin selvitettyä tuotantosolun jokaisen toimilaitteen vikaantumisväli (MTBF) sekä koko solun vikaantumisväli. Vikaantumisvälin avulla on pystytty laskemaan jokaisen toimilaitteen käytettävyys sekä kokonaiskäytettävyys.
Suurimmaksi käytettävyyttä alentavaksi tekijäksi nousivat robotit. Niiden aiheuttamat pysäytykset olivat ajallisesti suurimmat. Seuraavaksi merkittävin oli sahalaitteesta aiheutuva pysäytys. Kolmanneksi merkittävin oli koneistavan robotin ongelmat. Robottien ongelmat aiheutuivat pääasiassa liikkeenvalvonnan aktivoitumisesta, kun työkappale törmäsi tarttujaan. Tämän taustalla oli väärin taipunut putkikappale. Väärää taipumaa aiheuttaa materiaalin vaihtelu ja siinä erityisesti sen plastisoitumisraja. Plastisoitumisrajalle on määritelty tietty nimellishajonta (Rp 0.2 s), joka kertoo miten paljon tämä arvo saa erän sisällä muuttua. Sallitun vaihtelun ollessa liian suuri, vaihtelee taivutuslopputulos liikaa.
Sahalaiteen ongelmat liittyivät kahteen seikkaan. Yleisin oli kuljettimen jumiutuminen, toiseksi yleisin oli sahan terien loppuminen. Sahan teriä ei systemaattisesti vaihdeta kappalemäärän perusteella, vaan niiden vikaantuminen pysäytti solun toiminnan.
Koneistuksen ongelmat aiheutuivat varsijyrsimen hajoamisesta. Työstävä robotti pysähtyi, kun se törmäsi materiaaliin kun jyrsintapin elinikä tuli päätökseen. Robottisolua on tämän jälkeen kehitetty lisäämällä kestolaskuri, jonka jälkeen terä vaihdetaan puskuripaikasta automaattisesti. Solun käydessä voidaan käytetyt terät vaihtaa uusiin solua pysäyttämättä. Myös joka kerta kun terä viedään takaisin työkalupaikkaan, todetaan sen kunto lasermittauksella.
Käytäntöjä parantamalla saadaan myös tuottavaa työaikaa lisää. Virheistä palautumiseen kuluva aika tulee minimoida. Kaikki työt jotka on tehty koneen ollessa pysähdyksissä, pyritään siirtämään töiksi, jotka tehdään koneen käydessä. Taivutuskoneen säätämiseen on kehitetty menetelmä. Ratkaisuna on käyttää esivalittuja taivutusohjelmia materiaalin lujuusluokkien mukaan. Aikaisemmin samaa ohjelma-aihiota säädettiin jatkuvasti, jolloin prosessi värähteli helposti ja pitkällä aikavälillä saattaa ajautua sivuun. Säätäminen tulisi tapahtua aina uuden materiaalierän alussa x-R – valvontakortin avulla, jonka jälkeen sama erä ajetaan loppuun niillä säädöillä. Materiaalista johtuva jäännösvirhe, taivutusprosessin kohina, täytyy vain hyväksyä. Uuden nimellislujuusluokan omaavan erän tullessa tuotantoon täytyy taivutus luonnollisesti säätää uudelleen.
Jatkokehityksen kannalta merkittävimpiä asioita on työstöterän kunnon seuranta reaaliajassa perustuen erilaisiin anturointeihin. Myös teränkeston parantaminen on keskeisiä seikkoja. Materiaalitoimittajan kanssa tehtävä yhteistyö laadun parantamiseksi auttaa lähes jokaisen toimilaitteen kohdalla. Ohjeistukset virhetilanteista palautumiseen nopeuttavat niistä palautumista ja helpottavat ongelmien tunnistamista. Panostaminen ennakoiviin huoltoihin vähentää riskiä vikaantumisesta ja saa aikaan paremman ymmärryksen todellisista käyttökustannuksista. Tehokkuutta voidaan jossain määrin myös kasvattaa optimoimalla työstötekniikkaa, mutta laatuongelmien ratkaisu on mielekkäämpi ratkaisu.