Jak zaplanować stanowisko montażowe, które można łatwo przebudować po zmianie procesu produkcyjnego?

Najdroższe stanowisko montażowe to nie zawsze to z największą liczbą akcesoriów. Częściej jest nim konstrukcja, którą po zmianie produktu trzeba rozebrać, przewiercić, spawać albo zastąpić nową. Przy krótkich seriach, częstych zmianach asortymentu i rosnącej automatyzacji taki projekt szybko staje się wąskim gardłem.

Dlatego stanowiska nie powinno się projektować wyłącznie pod obecny detal. Trzeba rozdzielić to, co ma pozostać przez lata, od elementów zależnych od konkretnej operacji. Rama, sposób prowadzenia mediów, system mocowania wyposażenia i przestrzeń robocza powinny tworzyć bazę, którą można przebudować bez ingerencji w podstawową konstrukcję.

W praktyce dobrze zaprojektowane stanowisko pozwala zmienić położenie pojemników, półek, oświetlenia, narzędzi, uchwytów czy panelu operatorskiego przy użyciu typowych łączników i podstawowych narzędzi. Źle zaprojektowane wymaga działu utrzymania ruchu już przy zmianie położenia wkrętarki.

Najpierw zaprojektuj konstrukcję bazową, a dopiero później stanowisko pod konkretny produkt

Pierwszy błąd pojawia się jeszcze przed zamówieniem materiału: konstruktor odwzorowuje aktualny proces jeden do jednego. Powstaje stół idealny do jednego wyrobu, z półkami przyciętymi na wymiar, przykręconymi na stałe uchwytami i przewodami poprowadzonymi dokładnie tam, gdzie wymaga tego dzisiejsza operacja. Po zmianie procesu zaczynają się kompromisy.

Lepszym punktem wyjścia jest modułowa rama z profili aluminiowych z rowkami montażowymi. W wyposażeniu przemysłowym często spotyka się systemy oparte na profilu 40 × 40 mm. Taki przekrój nie jest uniwersalną odpowiedzią na każde obciążenie, ale przy typowym ręcznym montażu daje rozsądny kompromis między sztywnością, masą konstrukcji i liczbą dostępnych akcesoriów.

Najważniejsza zaleta nie polega nawet na samym aluminium. Chodzi o sposób łączenia. Element przykręcony do rowka profilu można przesunąć, zdjąć albo zastąpić innym bez wiercenia kolejnych otworów w ramie.

Przy planowaniu bazy dobrze rozdzielić elementy na trzy grupy:

• stałe – główna rama, nogi, podstawowe belki usztywniające;

• regulowane – blat, półki, listwy oświetleniowe, prowadnice pojemników, uchwyty narzędzi;

• procesowe – przyrządy montażowe, podajniki, skanery, wkrętarki, drukarki etykiet, kamery, czujniki i elementy poka-yoke.

Im więcej elementów z dwóch ostatnich grup można przestawić bez modyfikowania ramy, tym mniej kosztowna będzie następna zmiana procesu.

Nie ma natomiast sensu przewymiarowywać całej konstrukcji „na wszelki wypadek”. Jeżeli na stanowisku montuje się podzespoły ważące kilka kilogramów, budowa podstawy przygotowanej pod półtonową maszynę podnosi koszt, zwiększa masę i utrudnia przemieszczanie. Nośność trzeba określić na podstawie realnego maksymalnego obciążenia, uwzględniając masę blatu, wyposażenia, detalu oraz siły powstające podczas pracy.

Podobnie z wymiarami. Na rynku dostępne są na przykład stanowiska około 1500 × 720 mm, z blatem na wysokości około 750 mm i konstrukcją dochodzącą do około 2300 mm wraz z górną zabudową. To użyteczny punkt odniesienia, nie wymiar, który należy kopiować automatycznie.

Jeżeli operator pracuje głównie na siedząco i wykonuje precyzyjny montaż, inne ustawienie będzie właściwe niż przy pracy stojącej z większym detalem. Ergonomię trzeba ocenić dla rzeczywistych ruchów operatora. W europejskiej praktyce projektowej odniesieniem dla oceny pozycji i ruchów związanych z maszynami jest m.in. EN 1005-4.

Przy stanowisku, które ma przetrwać kilka zmian procesu, warto od razu przewidzieć:

• wolne odcinki profili do późniejszego zamocowania akcesoriów;

• możliwość dołożenia górnej i bocznej zabudowy;

• miejsce pod blatem na sterowanie, zasilacze lub dodatkowe półki;

• regulowane stopki, a przy stanowiskach mobilnych odpowiednio dobrane koła z blokadą;

• wymienny blat zamiast konstrukcyjnego połączenia blatu z ramą.

Szczególnie ten ostatni punkt bywa pomijany. Blat zużywa się szybciej niż stelaż. Po kilku latach pojawiają się otwory, przecięcia, ślady po chemii albo uszkodzenia laminatu. Jeżeli jego wymiana wymaga rozebrania połowy stanowiska, projekt od początku był zbyt zamknięty.

Media i wyposażenie montuj tak, żeby można je było przenieść bez przebudowy połowy linii

Drugi poziom elastyczności dotyczy wszystkiego, co jest podłączone do stanowiska. Rama może być doskonale modułowa, ale niewiele to daje, jeżeli przewód pneumatyczny ma dokładnie odmierzoną długość, listwa elektryczna jest przykręcona pod blatem na stałe, a przewód skanera przechodzi przez otwór wykonany w konkretnym miejscu.

Instalacja mediów musi mieć własną logikę modułową.

Najpraktyczniej tworzyć poziome lub pionowe strefy prowadzenia przewodów i dopiero z nich wykonywać krótkie odejścia do urządzeń. Dotyczy to między innymi:

• zasilania 230 V;

• instalacji 24 V DC;

• sprężonego powietrza;

• Ethernetu i sieci przemysłowych;

• przewodów czujników;

• przewodów do skanerów, drukarek, kamer i systemów wizyjnych.

Nie warto zostawiać przypadkowych pętli przewodów „na przyszłość”. Nadmiar kabla plącze się podczas serwisu i utrudnia utrzymanie porządku. Lepiej zastosować kanały kablowe, uchwyty przewodów i odcinki pozwalające na kontrolowane przesunięcie urządzenia.

Przy stanowiskach przebudowywanych regularnie dużą różnicę robi standaryzacja połączeń. Jeżeli kolejne urządzenia korzystają z innych złączy, innych napięć i osobnych sposobów mocowania, każda przebudowa staje się małym projektem integracyjnym.

Dobrze działa zasada: najpierw standaryzujemy interfejs, później urządzenie. Przykładowo określamy kilka typowych punktów zasilania 230 V i 24 V, standard mocowania uchwytów oraz ustalone strefy pneumatyki. Dzięki temu nowe wyposażenie dostosowuje się do stanowiska, a nie odwrotnie.

Podobne podejście warto zastosować do przepływu materiału. Pojemniki komponentów powinny być elementem wymiennym, nie częścią konstrukcji. Przy zmianie detalu operator może potrzebować zamiast sześciu małych pojemników dwóch dużych, innego kąta podawania albo pobierania komponentu drugą ręką.

Najbardziej irytującym rozwiązaniem spotykanym w praktyce są półki i prowadnice zaprojektowane dokładnie pod jedną skrzynkę. Zmiana dostawcy opakowania o kilka centymetrów potrafi wtedy wywołać absurdalnie dużą przebudowę.

Trzeba też zostawić zapas przestrzeni, ale nie oznacza to budowania ogromnego stołu. Zbyt głębokie stanowisko ma własną wadę: operator zaczyna sięgać po elementy znajdujące się poza wygodną strefą pracy. Dodatkowe 200 mm blatu nie jest zaletą, jeżeli codziennie wymusza tysiące niepotrzebnych wychyleń tułowia i wyciągnięć ramienia.

Przy przebudowie należy więc sprawdzać kolejno:

1. gdzie operator wykonuje właściwy montaż;

2. skąd pobiera najczęściej używane komponenty;

3. gdzie odkłada gotowy wyrób;

4. które narzędzia wykorzystuje w każdym cyklu;

5. do których elementów sięga tylko sporadycznie.

Najczęściej używane elementy trafiają najbliżej naturalnej strefy pracy. Rzadko używane mogą znaleźć się wyżej, dalej lub na bocznej półce. Nie należy układać wyposażenia według estetycznej symetrii. Stanowisko jest narzędziem produkcyjnym, nie ekspozycją targową.

Przebudowę trzeba przewidzieć już na etapie pierwszego uruchomienia

Modułowość można łatwo przecenić. Sam fakt zastosowania profili aluminiowych nie oznacza jeszcze, że stanowisko będzie łatwe do zmiany. Jeżeli konstrukcja wykorzystuje kilkanaście różnych typów łączników, nietypowe płyty wykonywane na zamówienie i elementy wymagające demontażu innych podzespołów, przebudowa nadal będzie uciążliwa.

Dlatego jeszcze przed zatwierdzeniem pierwszej wersji stanowiska warto wykonać próbę hipotetycznej zmiany procesu.

Załóżmy, że:

• produkt stanie się o 30% większy;

• pojemniki z komponentami trzeba będzie przenieść z lewej strony na prawą;

• dojdzie dodatkowa wkrętarka;

• pojawi się skaner kodów;

• proces otrzyma kontrolę wizyjną;

• operator zamiast siedzieć będzie część operacji wykonywał na stojąco.

Następnie trzeba odpowiedzieć na proste pytanie: które elementy trzeba będzie kupić, które przełożyć, a które wykonać od początku?

Jeżeli większość zmian polega na poluzowaniu śrub, przesunięciu elementu w rowku profilu i ponownym dokręceniu, konstrukcja zdała test. Jeżeli pojawiają się spawanie, cięcie ramy albo seryjne wiercenie nowych otworów, elastyczność jest tylko deklaracją.

Dobrym punktem wyjścia są systemowe profile aluminiowe, łączniki, elementy mocujące oraz gotowe komponenty wyposażenia stanowisk montażowych, ponieważ pozwalają budować kolejne warianty z tych samych grup części. Trzeba jednak pilnować kompatybilności systemu – mieszanie kilku standardów profili w jednej hali może po latach powodować problemy z częściami zamiennymi.

Istotna jest również dokumentacja. Po pierwszej przebudowie bardzo szybko pojawiają się stanowiska, które fizycznie różnią się od dokumentacji technicznej. Przy następnej zmianie konstruktor projektuje więc wyposażenie na podstawie nieaktualnego modelu.

Minimum to aktualizowanie:

• modelu lub rysunku konstrukcji;

• listy elementów BOM;

• punktów przyłączeniowych;

• schematu elektrycznego i pneumatycznego, jeżeli występuje;

• ustawień regulowanych elementów;

• wersji przyrządów procesowych.

Przy większej liczbie podobnych stanowisk opłaca się również stworzyć firmowy standard stanowiska montażowego. Nie musi to być rozbudowana dokumentacja. Wystarczy określić preferowaną serię profili, typy łączników, standardowe szerokości konstrukcji, sposób prowadzenia przewodów, stosowane pojemniki, mocowania półek i podstawowe napięcia zasilania.

Największa korzyść pojawia się później. Element zdjęty z jednego stanowiska może zostać wykorzystany na drugim, a utrzymanie ruchu nie potrzebuje kilkudziesięciu odmian śrub, nakrętek i uchwytów.

Nie oznacza to jednak, że każda część stanowiska powinna być regulowana. Mechanizmy regulacyjne kosztują, mają luzy i wymagają kontroli. Jeżeli wysokość określonego przyrządu procesowego nigdy nie będzie zmieniana, solidne mocowanie stałe bywa lepsze niż skomplikowana regulacja. Modułowość ma służyć przewidywalnym zmianom, a nie mnożyć ruchome elementy bez powodu.

Więcej informacji na: https://sklep.andrzejewski.pl.

FAQ – najczęstsze pytania o przebudowywalne stanowiska montażowe

Czy każde stanowisko montażowe powinno być wykonane z profili aluminiowych?
Nie. Przy bardzo dużych obciążeniach, silnych drganiach albo procesach wymagających wyjątkowo sztywnej podstawy konstrukcja stalowa może być uzasadniona. Profile systemowe są szczególnie użyteczne tam, gdzie przewiduje się częste zmiany wyposażenia.

Czy stanowisko na kołach jest lepsze od stacjonarnego?
Tylko wtedy, gdy rzeczywiście będzie przemieszczane. Koła zwiększają mobilność, ale mogą obniżać sztywność i wymagają właściwego dobrania nośności oraz blokad. Jeżeli stanowisko przez pięć lat pozostanie w jednym miejscu, regulowane stopki są zwykle prostsze.

Ile zapasu miejsca zostawić na przyszłe wyposażenie?
Nie ma jednej poprawnej wartości procentowej. Zapas powinien wynikać z możliwych zmian procesu. Zamiast powiększać blat „o 20% na przyszłość”, lepiej zostawić wolne fragmenty profili, dostępne punkty mocowania i możliwość dobudowania bocznego modułu.

Czy regulacja wysokości blatu jest konieczna?
Nie zawsze. Jest szczególnie przydatna przy różnych operatorach, zmianach między pracą siedzącą i stojącą albo procesach o zmiennej wysokości detalu. Przy stabilnym procesie wykonywanym na jednakowych stanowiskach właściwie dobrana wysokość stała może być prostsza i tańsza w utrzymaniu.

Co najczęściej utrudnia późniejszą przebudowę stanowiska?
Nie sama rama, lecz drobiazgi: przewody przycięte na wymiar, przykręcone na stałe listwy, nietypowe uchwyty, otwory wykonane bez standardu oraz brak aktualnej dokumentacji. W praktyce to właśnie te elementy potrafią zamienić dwugodzinną rekonfigurację w kilkudniową przeróbkę.

Czy stanowisko przygotowane pod ręczny montaż można później wykorzystać do cobota?
Czasami, ale nie należy tego zakładać automatycznie. Trzeba sprawdzić nośność i sztywność konstrukcji, sposób mocowania robota, obciążenia dynamiczne, dostępność przestrzeni, instalację elektryczną oraz wymagania wynikające z oceny ryzyka. Stół odpowiedni dla operatora nie staje się automatycznie bezpieczną podstawą robota.

Od czego zacząć projekt stanowiska, które ma przetrwać kilka zmian procesu?
Od rozpisania interfejsów, nie od wybierania blatu. Najpierw określ maksymalny gabaryt i masę produktu, sposób przepływu materiału, wymagane media oraz elementy, których położenie prawdopodobnie będzie się zmieniało. Dopiero na tej podstawie dobierz ramę i wyposażenie. Jeśli trzeba poprawić już istniejące stanowisko, w pierwszej kolejności usuń mocowania i instalacje, które uniemożliwiają przesuwanie wyposażenia bez wiercenia, cięcia lub ingerencji w główną konstrukcję. To właśnie one najczęściej blokują późniejszą przebudowę.