Как измерять быстрее, лучше, дешевле? Что для этого нужно, люди или машины? Дошли ли вы уже до крайности автоматизации и роботизации измерений? Всё это не праздные вопросы, а реальная головная боль для тех, кто задумывается о повышении производительности — как измерений, так и всего производства в целом. Предлагаем вам пройтись по импровизированной лестнице эволюции измерений, чтобы понять, на какой ступеньке вы находитесь сейчас, и что может ждать вас на следующей.
1. Базовый уровень: ручной контроль
Если не принимать во внимание совсем древние варианты с деревянной линейкой, то стартовый уровень, который всё ещё часто встречается в России — контролёры с ручным инструментом, штангенциркулями, микрометрами, шаблонами, работающие с чертежами, проводящие операции исключительно вручную. Этот метод может быть хорош, когда нужно быстро в рабочем порядке измерить один-два параметра, где не требуется высокой точности, где это вспомогательный вариант. Ограничение этого метода, помимо самой методики измерений, точности и возможности контроля сложных геометрических параметров — большой процент человеческого труда и, как следствие, сильная зависимость производства от обеспеченности квалифицированными кадрами. Если нужно значительно увеличить производительность, необходимо либо нанять больше людей, либо заставить их работать быстрее, что чревато ошибками и не всегда физически возможно. И получается, что в условиях дефицита кадров повышение производительности возможно лишь интенсивным методом, путем внедрения ЧПУ измерительных машин.
2. Внедрение ЧПУ КИМ: начало автоматизации
Следующий уровень — это современное производство, вариант с использованием универсальных систем типа «ЧПУ координатная измерительная машина», обеспечивающих автоматизированный контроль деталей сложной геометрии различного размера с высокой точностью. Это оборудование и ранее активно устанавливалось на предприятиях России, но за последние несколько лет спрос на него вырос еще больше. В данном случае под ЧПУ имеется в виду проведение измерений по заранее написанной программе, но участие оператора, тем не менее, постоянно необходимо. Оператор самостоятельно или при помощи погрузочных механизмов располагает деталь в зоне измерений, вручную производит базирование, то есть совмещение системы координат CAD-модели с системой координат детали, открывает все необходимые файлы, сохраняет после измерения отчёты, то есть вручную обрабатывает информацию. На этом уровне автоматизации измерений вариант повышения производительности — когда идет работа с большим количеством одинаковых деталей или деталей нескольких типов с определённой серийностью — это использование повторяющейся оснастки для деталей, располагающихся на палетах по одной или по нескольку. Соответственно, на координатной машине устанавливается ответная часть оснастки, то есть оператор всегда устанавливает деталь на палете в одно и то же место с погрешностью менее миллиметра. Таким образом, можно сэкономить несколько минут на уходе от ручного базирования и переходить сразу к точному базированию в автоматическом режиме, то есть элиминируется от трёх-четырех минут ручного труда.
3. Идентификация по QR-кодам и RFID
Следующий этап — так как началась работа с палетами, логично добавить на них некую идентификацию: QR-коды, штрих-коды, RFID-метки, которые будут содержать в себе некий идентификатор, номер, название детали либо палеты. После его считывания сканером оператор сразу может обнаружить привязанную именно к этому идентификатору программу измерений. Данный идентификатор может быть автоматически добавлен в отчёт, то есть сокращается поиск файлов и время работы с отчётами.
4. Автоматическая загрузка и сортировка
Следующее — добавление автоматизации. Можно добавить автоматическую систему загрузки в координатную измерительную машину, где палеты с деталями подаются по специальной конвейерной ленте — многосегментной, с дополнительными элементами справа и слева, с возможностью сортировки по принципу «брак/не брак». Роль человека сводится к физическому закреплению деталей на палетах и установке их в зону подачи. Оператор не работает с измерениями, все измерения запускаются автоматически после считывания в автоматическом же режиме QR-кода. Детали после измерений автоматически возвращаются либо на исходную точку, либо на точку измеренных деталей, а если есть сортировка на «брак/не брак», то в соответствии с заданной логикой. В такой измерительной системе данные могут сохраняться централизованно на протяжении длительного времени, формируется статистическая база и соответствующие тренды, что позволяет, например, спрогнозировать выход параметров за допуск заранее и упредить брак.
5. Роботизация и интеграция с производством
Наконец на следующем этапе стало возможно добавить робота, который вышеупомянутые палеты может устанавливать автоматически в зону подачи либо напрямую в саму координатно-измерительную машину. Могут применяться роботы разных типов, как классические промышленные шестиосевые, так и роботы, устанавливаемые на рельсы, интегрируемые роботы, в некоторых случаях и коботы. При этом конфигурация может быть увязана с производственной линией через PLC-сервер. То есть робот может взаимодействовать с остальной частью производства, например, со станком, с промежуточными системами передачи на следующие этапы, куда заготовку нужно отправить после контроля. Здесь участие человека ещё меньше. А если цикл производства предполагает точки накопления деталей, например, если в ночную смену детали обрабатываются, а в дневную смену контролируются или наоборот, то можно добавить накопитель, он же магазин деталей. Он может быть поворотным, линейным, в него можно устанавливать детали различных типов заранее, например, в начале смены. Устанавливается очередность обработки деталей, после этого доступ в зону измерений закрывается для безопасности, и робот по заранее определённой программе будет забирать детали, идентифицировать их и отправлять в измерительную систему. После того, как весь магазин деталей будет обработан, детали возвращаются на место и можно ознакомиться с результатами измерений. Это можно делать либо в конце смены или, если есть необходимость постоянного отслеживания качества контроля, оперативно отслеживать в ходе работы. Предположим, в какой-то момент после считывания QR-кода обнаружен брак, один из заданных параметров вышел за допуск. Это может быть сигналом экстренной остановки производства для внесения оперативной корректировки в производственное оборудование.
Ещё один элемент ускорения — это сокращение расстояния и времени между точкой обработки детали и точкой её контроля. Это возможно при размещении измерительных систем непосредственно на производстве, в цеху. Если стремиться к точности в полтора-два микрона, необходимо обеспечить должную климатику — заданный уровень температуры, влажность, минимизацию вибраций. В цеховых условиях сделать это крайне сложно, точно так же не всегда возможно выделить отдельное помещение. Здесь разумно применить термокабину — в ней располагается координатно-измерительная машина, человек в кабину не заходит. Кабины имеют автономный кондиционер, систему обеспечения уровня температуры. Подача деталей осуществляется различными методами — роботом, конвейером, системой подачи деталей через автоматически поднимающееся окно, то есть доступ воздуха из цеха в зону измерений минимизирован. Если при этом сами детали разогреты после обработки, можно обеспечить дополнительный отсек или отдельную кабину, где детали будут охлаждаться до нужной температуры.
На самом высоком уровне внедрения автоматизации можно достигнуть впечатляющих цифр: на 25% в среднем повышается пропускная способность измерительного участка и сокращается время измерений одной детали по сравнению с неавтоматизированными ЧПУ измерениями, что в целом соответствует общемировой статистике внедрения различных типов роботизации на предприятиях.
Если поставлена цель повысить производительность измерений, то редко у какого предприятия получится сделать это одним рывком, сразу перескочив от ручных средств контроля к роботизированным и автоматизированным — не всем предприятиям это нужно, и далеко не все имеют на это средства. Имеет смысл сфокусироваться на поэтапном повышении производительности. Это означает повышение скорости работы, ее упрощение за счёт уменьшения роли человека в производственном процессе, планомерный апгрейд производства необходимыми измерительными технологиями, шаг за шагом, ступень за ступенью. Это касается производств не только с координатными измерительными машинами, это применимо и к производствам с видеоизмерительными машинами, с зубоизмерительными машинами — всем, где есть измерения в автоматическом режиме и где оборудование относительно универсально.
А на какой ступени эволюционно-измерительной лестницы находится ваше производство?