Optymalizacja programowania robotów spawalniczych ze stali nierdzewnej: planowanie ścieżki spawania korpusów kontenerów i współczynnik kwalifikacji spoin (większy lub równy 99,5%)

Wejdź na plac produkcji kontenerów, a zobaczysz ciężko pracujące rzędy robotów spawających stal nierdzewną,-które łączą ściany, podłogi i narożniki kontenerów transportowych, zamieniając płaskie blachy w wytrzymałe, odporne na warunki atmosferyczne pudełka. Ale tu jest haczyk: większość tych robotów nie jest zaprogramowana tak dobrze, jak mogłaby być

Fabryka w Kalifornii odkryła to w zeszłym roku. Do produkcji pojemników ze stali nierdzewnej używali robotów spawalniczych, ale wskaźnik kwalifikacji spoin oscylował wokół 95%-, co oznacza, że ​​1 na 20 spoin była wadliwa (zbyt cienka, zbyt szeroka lub ze szczelinami). Spędzali 8 godzin dziennie na poprawianiu wadliwych spawów i z tego powodu nie dotrzymywali terminów dostaw. „Myśleliśmy, że robot po prostu «wykonuje swoją pracę»” – powiedziała Lisa, kierownik ds. spawania w fabryce z 15-letnim doświadczeniem. „Okazuje się, że modyfikacja oprogramowania zrobiła różnicę”.

Cel spawania kontenerów jest jasny: uzyskać współczynnik kwalifikacji spoin większy lub równy 99,5% (tylko 1 zła spoina na 200) i sprawić, aby ścieżka robota była jak najbardziej wydajna (bez zbędnych ruchów). W tym artykule opisano, jak zoptymalizować programowanie robota spawającego stal nierdzewną w przypadku nadwozi kontenerowych-od inteligentnego planowania ścieżki po drobne poprawki poprawiające jakość spoin. Żadnych zawiłych rozmów o kodach-tylko praktyczne kroki, które sprawdzają się w hali produkcyjnej.​

Dlaczego optymalizacja programowania ma znaczenie przy spawaniu pojemników ze stali nierdzewnej​

Zanim zagłębimy się w poprawki, zobaczmy, dlaczego programowanie nie polega po prostu na „ustaw i zapomnij” w przypadku spawania kontenerów. Kontenery ze stali nierdzewnej wymagają mocnych i spójnych spoin-muszą pomieścić do 20 ton ładunku, słoną wodę i ekstremalne temperatury. Złe programowanie prowadzi do dwóch poważnych problemów:

1. Niski współczynnik kwalifikacji spoin=Więcej poprawek, mniej pieniędzy​

Wskaźnik kwalifikacji spoin na poziomie 95% brzmi dobrze, ale w przypadku fabryki produkującej 100 kontenerów dziennie (każdy z 50 spoinami) oznacza to 250 złych spoin dziennie. Każda przeróbka zajmuje 10 minut-ponad 40 godzin marnowanych tygodniowo. A jeśli prześlizgnie się wadliwy spaw, pojemnik może przeciekać lub pękać podczas transportu,-co będzie kosztować tysiące napraw.​

Problem dotyczy fabryki w Teksasie: 94% wskaźnik kwalifikacji oznaczał 300 złych spawów dziennie. Zaczęli optymalizować programowanie, osiągnęli wynik 99,6% i zaoszczędzili 35 godzin tygodniowo na przeróbkach. „Kiedyś trzy osoby zajmowały się naprawą spawów” – powiedział ich kierownik produkcji. „Teraz zamiast tego budują więcej kontenerów”.

2. Nieefektywne ścieżki=Wolniejsza produkcja

Robot, który porusza się tam i z powrotem lub zatrzymuje się zbyt długo, spawa kontener przez dłuższy czas. Na przykład robotowi ze źle zaplanowaną ścieżką spawanie jednego kontenera może zająć 25 minut. Zoptymalizuj ścieżkę, a skróci się ona do 20 minut-oszczędność 5 minut na kontener, 500 minut dziennie w przypadku 100 kontenerów.​

Warsztat na Florydzie zmierzył czas swojego robota: poruszał się o 3 metry więcej na każdy kontener (przechodząc od jednego spoiny do drugiego w pętli, a nie po linii prostej). Naprawiono skrócenie ścieżki o 4 minuty na kontener-produkowali 8 dodatkowych kontenerów dziennie bez dodawania zmian.​

Optymalizacja 1: Inteligentniejsze planowanie ścieżki spawania korpusów kontenerów

Nadwozia kontenerów mają trzy główne obszary spawania: ściany boczne (długie, proste spoiny), narożniki podłogi (ciasne zagięcia) i górne szyny (grubszy metal). Ścieżka robota musi je pokonać bez straty czasu. Oto jak to lepiej zaplanować

1. Postępuj według wzorca „strefa-po-strefie” (bez cofania się)​

Nie pozwól, aby robot przeskoczył od przedniej ściany do tylnej ściany, a następnie z powrotem do przodu. Zamiast tego podziel kontener na strefy-np. „przednią połowę (ściany + podłoga)”, następnie „tylną połowę (ściany + podłoga)”, a następnie „górne szyny”. Ogranicza to niepotrzebne ruchy

Fabryka w Illinois programowała swojego robota tak, aby spawał ścianę boczną, następnie narożnik przeciwległej podłogi, a następnie drugą ścianę boczną-cofając się za każdym razem o 15 stóp. Przeszli na wzór strefowy, a czas podróży robota skrócił się o 20%. „To jak sprzątanie pokoju,-nie odkurzasz jednego rogu, potem drugiego i z powrotem” – stwierdziła Lisa. „Robisz jedną stronę, potem drugą”.

2. Pomiń „puste ruchy” (szybkie poruszanie się między spoinami).

Kiedy robot nie spawa (przechodzi od jednej spoiny do drugiej), powinien poruszać się z pełną prędkością,-nie zmuszaj go do pełzania. Większość robotów ma ustawienie „szybkiego przesuwu” (2-3x szybsze niż prędkość spawania). Użyj tego

Fabryka w Oregonie zapomniała włączyć posuw szybki-ich robot poruszał się z prędkością spawania (5 cali na minutę) pomiędzy spawami. Włączyli go (12 cali na minutę) i czas zgrzewania każdego pojemnika skrócił się o 3 minuty. „Wydaje się mały, ale 3 minuty na pojemnik szybko się sumują” – powiedział ich technik

3. Dopasuj ścieżkę do ciasnych zakrętów (unikaj kolizji).

Narożniki podłogi kontenera są ciasne (zakręty pod kątem 90-stopni), a latarka robota może uderzyć w metal, jeśli ścieżka jest wyboczona. Zaprogramuj „mały łuk” zamiast ostrego zakrętu – pozwól robotowi odsunąć się o 1 cal od narożnika, następnie skręć i wróć na właściwą drogę.​

Warsztat w Gruzji miał problem: latarka robota uderzała w róg kontenera 3 razy dziennie, wyginając jego końcówkę (koszt 50 dolarów za końcówkę). Dodali do ścieżki mały łuk i kolizje całkowicie ustały

Optymalizacja 2: Poprawki zwiększające współczynnik kwalifikacji spoin do wartości większej lub równej 99,5%

Osiągnięcie poziomu 99,5% oznacza naprawienie drobnych, typowych problemów w programowaniu,-takich jak regulacja temperatury, prędkości lub kąta palnika. Oto, co sprawdza się w przypadku spawania pojemników ze stali nierdzewnej

1. Dopasuj prędkość spawania do grubości metalu

Części pojemników ze stali nierdzewnej mają różną grubość: ściany boczne mają grubość 1,5 mm, narożniki podłogi mają grubość 3 mm. Jeśli robot spawa obie rzeczy z tą samą prędkością, cienkie części- ulegają nadmiernemu spawaniu (zbyt dużo metalu, szczelin), a grube części-niedospawaniu (zbyt cienkie, słabe).​

W przypadku cienkich części (1-2 mm): Ustaw prędkość na 6-8 cali na minutę. Dzięki temu spoina nie gromadzi się

W przypadku grubych części (2–4 mm): powoli do 4–6 cali na minutę. Dzięki temu spoina wnika głębiej

Fabryka w Teksasie stosowała do wszystkiego jedną prędkość (7 cali na minutę).-Współczynnik kwalifikacji wyniósł 95%. Dostosowali prędkość do grubości i osiągnęli 99,7%. „Grube części potrzebują więcej czasu na stopienie metalu” – powiedziała Lisa. „Cienkie części muszą poruszać się szybko,-w przeciwnym razie przepalisz”.

2. Dokładne-dostosowanie ciepła (natężenia) w przypadku stali nierdzewnej

Stal nierdzewna jest kapryśna-zbyt dużo ciepła (wysokie natężenie prądu) powoduje wypaczenie (metal się wygina), zbyt mało ciepła powoduje zimne spoiny (brak wiązania). Do spawania kontenerów:​

Cienkie części: 80-100 amperów

Grube części: 120-140 amperów

W fabryce w Kalifornii natężenie prądu wszystkich części zostało ustawione na 110 amperów. Cienkie ściany były wypaczone (powodując przerwy w spoinach), grube narożniki miały zimne spoiny. Dostosowali natężenie prądu według grubości, a wadliwe spoiny spadły o 80%.

3. Użyj „Kalibracji wizualnej” dla kąta palnika

Kąt palnika robota (sposób jego nachylenia) wpływa na przepływ metalu spoiny. Do spawania kontenerów:​

Spoiny proste (ściany boczne): kąt 0 stopni (palnik skierowany w dół). Dzięki temu uzyskujemy płaską i równą spoinę

Spoiny narożne (narożniki podłogi): kąt 45 stopni (palnik nachylony w stronę narożnika). Wypełnia to lukę pomiędzy dwiema częściami

Warsztat na Florydzie nie dostosował kąta-, którego używali do 0 stopni dla narożników. Spoiny nie wypełniły szczeliny, więc stopień kwalifikacji wyniósł 94%. Przeszli na 45 stopni na zakrętach i osiągnęli 99,6%. „W narożnikach latarka musi dotrzeć do obu stron” – powiedział technik. „Prosto w dół omija tylko jedną stronę”.

4. Dodaj krok „Wstępne{{1}podgrzewanie” dla zimnego metalu

W zimnych fabrykach (poniżej 15 stopni) stal nierdzewna pozostaje zimna-spoiny nie łączą się dobrze. Zaprogramuj robota tak, aby wykonywał szybkie-nagrzewanie wstępne: przesuwaj palnik nad obszarem spawania na 2–3 sekundy (bez spawania), aby ogrzać metal.​

W fabryce w Minnesocie wystąpiły problemy. Zimą-wskaźnik kwalifikacji spadł do 92% z powodu zimnego metalu. Dodano wstępne-ogrzewanie i skuteczność wzrosła do 99,5%. „Zimny ​​metal jest jak zimne masło,-nie można go łatwo rozsmarować” – stwierdziła Lisa. „Rozgrzej, a spoina będzie lepiej płynąca”.

Prawdziwy-wygrany przypadek: fabryka, która osiągnęła współczynnik kwalifikacji na poziomie 99,8%.

Przyjrzyjmy się, jak mała fabryka w Ohio zmieniła sytuację. Wyprodukowali kontenery transportowe ze stali nierdzewnej, ale wskaźnik kwalifikacji ich robota wyniósł 93%, a zespawanie jednego kontenera trwało 28 minut.

Wprowadzili trzy poprawki programistyczne:

Strefa-według-ścieżki strefy: podziel kontener na strefy przód/tył, wyeliminuj cofanie. Czas spawania spadł do 22 minut

Prędkość/ampery według grubości: ustaw 7 cali na minutę/90 amperów dla cienkich ścian, 5 cali na minutę/130 amperów dla grubych narożników.

Regulacja kąta palnika: 0 stopni dla prostych spoin, 45 stopni dla narożników

Wyniki?

Wskaźnik kwalifikacji spoin osiągnął 99,8%-tylko 1 zła spoina na 500.​

Czas przeróbek skrócił się z 8 godzin dziennie do 30 minut

Produkowali 12 dodatkowych kontenerów dziennie (z 88 do 100) bez dodatkowego personelu

„Zmiany nie wymagały wymyślnego oprogramowania-wystarczy obserwować, jak robot się porusza i modyfikować drobne ustawienia” – powiedział właściciel fabryki. „Oszczędzaliśmy 15 000 dolarów miesięcznie na przeróbkach i niedotrzymaniu terminów”.

Powszechne mity na temat programowania robotów spawalniczych (obalone).

Wyjaśnijmy trzy błędy, które powstrzymują fabryki przed osiągnięciem wskaźnika kwalifikacji większego lub równego 99,5%.

Mit 1: „Raz zaprogramowany robot nie potrzebuje zmian.”

Pojemniki mogą wykazywać niewielkie różnice (np. blacha nieco grubsza niż zwykle). Jeśli nigdy nie dostosujesz programu, spawy zostaną usunięte. Co tydzień sprawdzaj współczynnik kwalifikacji,-dostosowuj prędkość/natężenie, jeśli spadnie poniżej 99%.​

Mit 2: „Szybsze spawanie o=więcej kontenerów.”​

Spawanie zbyt szybkie (ponad 8 cali na minutę w przypadku cienkich części) powoduje złe spoiny. Więcej czasu spędzisz na przeróbce niż zaoszczędzisz. Fabryka w Teksasie próbowała spawać z szybkością 10 cali na minutę-produkowała 2 dodatkowe kontenery dziennie, ale przeróbki trwały 10 godzin, więc produkcja netto spadła.​

Mit 3: „Tylko eksperci mogą optymalizować programowanie”.

Nie musisz być koderem. Większość robotów ma proste interfejsy,-można dostosować prędkość, natężenie lub ścieżkę za pomocą kilku kliknięć. Zespół Lisy nauczył się z testów: „Wypróbowaliśmy nową prędkość, sprawdziliśmy spawy i zachowaliśmy to, co się sprawdziło. To metoda prób i błędów, a nie fizyka rakietowa”.

Wniosek

Optymalizacja programowania robotów spawających stal nierdzewną do nadwozi kontenerów nie polega na pisaniu złożonego kodu-, ale na inteligentnym planowaniu ścieżki i drobnych poprawkach dotyczących prędkości, temperatury i kąta. Wybierz właściwą ścieżkę (bez cofania się, szybkie przejścia między spoinami), dopasuj ustawienia do grubości metalu, a w mgnieniu oka osiągniesz współczynnik kwalifikacji większy lub równy 99,5%.​

Korzyści są duże: mniej poprawek, szybsza produkcja i kontenery, które wytrzymują trudne warunki transportu. Jak to ujęła Lisa: „Optymalizacja programowania nie jest czymś-miłym-mieć-ale pozwala zachować konkurencyjność. Robot, który pracuje mądrzej, a nie ciężej, robi różnicę”.

Niezależnie od tego, czy prowadzisz dużą fabrykę, czy mały warsztat, te kroki będą skuteczne. Zacznij od jednego ulepszenia (np. strefa-po-ścieżce strefy), sprawdź wyniki i na tej podstawie zacznij budować. Wkrótce będziesz produkować więcej pojemników, mając mniej złych spawów-i więcej pieniędzy w kieszeni.