Timo Pylväläinen KÄYTTÖASTEEN NOSTAMINEN ROBOTTISÄRMÄYS- SOLUSSA

Transkriptio

1 Timo Pylväläinen KÄYTTÖASTEEN NOSTAMINEN ROBOTTISÄRMÄYS- SOLUSSA Opinnäytetyö KESKI-POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma Huhtikuu 2008

2 TIIVISTELMÄ opinnäytetyöstä Yksikkö Tekniikan yksikkö, Ylivieska Aika Tekijä Timo Pylväläinen Koulutusohjelma Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma Työn nimi Käyttöasteen nostaminen robottisärmäyssolussa Työn ohjaajat Lehtori DI Heikki Salmela ja Lehtori DI Markku Tuominen Työelämäohjaaja Kehitysinsinööri DI Kimmo Kääriäinen Sivumäärä liitettä Opinnäytetyön tavoitteena oli Ojala Yhtymä Oy:n robottisärmäyssolun käyttöasteen nostaminen. Työ painottui uusien nimikkeiden lisäämiseen solussa. Työ aloitettiin tekemällä tietokantahaku yrityksen nimikkeistä neljän kuukauden ajalta. Haun tulokset eriteltiin valmistusmäärän, valmistuskertojen, materiaalin ja painon mukaan. Erittelyt tehtiin Excelillä. Saatiin lista nimikkeistä, jotka tullaan sijoittamaan robottisärmäyssoluun. Samalla saatiin lista mahdolliselle uudelle robotille. Saaduille listoille tehtiin laskelmia, siitä kuinka paljon robottisärmäyssolun käyttöaste viikossa tulisi kasvamaan. Laskelmien perusteella mahdolliselle uudelle robotille olisi käyttöä. Kehityskohteita löydettiin pari, joista tärkein on tuotannonsuunnittelun ohjeistus. Lopputulos oli hyvä, koska nimikkeiden määrää saatiin nostettua. Asiasanat Robottisolu, särmäys, ohutlevy

3 ABSTRAC CENTRAL OSTROBOTHNIA UNI- VERSITY OF APPLIED SCIENCES Date Author Timo Pylväläinen Degree programme Machine and production engineering Name of thesis Increasing utilization rate in robotic work cell Instructors DI Heikki Salmela and DI Markku Tuominen Pages appendix Supervisor Development engineer DI Kimmo Kääriäinen The aim of this thesis was to increase the utilization rate of the robotic work cell in Ojala Yhtymä. This thesis focuses to increasing the new items in robotic work cell. The work was started by accomplishing a database search of machined items on last 4 months. Search result was analyzed by production volume, production times, materials and item weighs. Analyzes were made by Excel, cause of a list of items which are formed to robotic work cell. Same time we got list of items for the potential new robot. The next step was to do some calculations how much robotic work cell utilization rate would rise in one week if new items were added to robotic work cell. These calculation argument shows that new robotic cell will be necessary in future. Development target were found few, especially for a production planners guideline. The result of this thesis was successful. Key words Robotic work cell, bending, sheet metal

4 TIIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLLYS 1 JOHDANTO Tausta Tavoitteet YRITYSESITTELY SÄRMÄYS Yleistä Eri särmäysmenetelmiä Vapaataivutus Pohjaaniskutaivutus Litistys Elastiset vastimet Särmäyspuristimet ja niiden rakenne Mekaaniset särmäyspuristimet Hydrauliset särmäyspuristimet Sähkömekaaniset särmäyspuristimet Särmäyspuristimien NC ohjaus Takavasteet ja ohjattavat akselit Painimet ja vastimet Särmäystyökalujen valinta ja kiinnitys ROBOTIIKKA Teollisuusrobotin määritelmä Robottityypit Robotisoinnin mahdollisuudet Robotisoitu särmäys Tarttujat Robottisärmäykseen soveltuvat osat KÄYTTÖASTEEN NOSTAMINEN Robottisärmäyssolun käyttöasteen nostaminen Robottisärmäyssolu Nimikkeiden valinta Nimikkeiden tarkastelu Laskelmat TULOKSET Kehityskohteita YHTEENVETO LÄHTEET LIITTEET

5 1 1 JOHDANTO 1.1 Tausta Opinnäytetyö sai alkunsa ollessani Ojala Yhtymä Oy:ssä työharjoittelussa. Kysyin mahdollista työn aihetta Ojala Yhtymä Oy:n tuotantopäällikkö Jari Linnalalta. Aiheen sain syyskuussa 2007 ja aloitin opinnäytetyön tekemisen marraskuussa Yhtymään oli keväällä 2007 hankittu robottisärmäyssolu. Tarkoituksena oli tuotantoasteen parantaminen robottisärmäyssolussa. 1.2 Tavoitteet Tämän työn tavoitteena on Ojala Yhtymä Oy:n robottisärmäyssolun käyttöasteen nosto. Työssä lähdettiin aluksi tutkimaan yrityksen tuotteita, jotka soveltuisivat robottisärmäykseen. Tuotteita oli yli 3500 kappaletta, joista piti löytää robottisärmäykseen soveltuvat. Tavoite oli nostaa robottisärmäyssolun tuotteiden määrää nykyisestä, jotta robottisärmäyssolu toimisi täydellä teholla. Toissijaisena tavoitteena oli saada tietoa siitä, olisiko yhtymällä tarvetta hankkia toista robottisärmäyssolua.

6 2 2 YRITYSESITTELY Ojala Yhtymä Oy on Sievissä, Pohjois-Pohjanmaalla toimiva ohutlevytuotteiden valmistaja. Yritys on aiemmin tunnettu nimellä Flextronics, mutta nykyinen nimi tuli käyttöön vuonna 2006 omistajavaihdon yhteydessä. Yrityksen historia alkaa kuitenkin jo 1960-luvulta. Ojala Yhtymä tunnetaan ohutlevyalalla kokeneena, osaavana kumppanina ja sopimusvalmistajana. Yritys työllistää tällä hetkellä noin 250 henkilöä. Yrityksen tuotanto on asiakastuotantoa. Yrityksessä valmistetaan asiakkaan itse suunnittelemia tuotteita. Materiaaleina käytetään lähes kaikkea levy- ja lattamuodossa olevaa materiaalia kylmävalssatusta teräksestä aina muoveihin. Materiaalivahvuudet ovat väliltä 1-10 mm materiaalista riippumatta. Ydinosaamista on mm. levyntyöstö CNC-levytyökeskuksilla ja särmäyspuristimilla sekä lattakuparien ja terästen CNC-muokkaaminen. Valmistetut osat voidaan pinnoittaa elektrolyyttisesti omassa pintakäsittelylinjassa sekä maalata pulverimaalaamossa. Yhtymä on erittäin kokenut kokoonpano- ja integrointipalveluiden tuottaja. Yritys tuo asiakkaalle lisäarvoa kokoamalla valmistamastaan mekaniikasta joko osakokoonpanoja tai valmiita tuotteita aina testausta ja asiakaspakkausta myöten. Yhtymän integroituja tuotteita ovat mm. sähkönsyöttöön tai -säätöön liittyvät kabinetit, elektroniikkamoduulit tai tukiasemakabinetit. Yhtymällä on BVQI:n sertifioima integroitu laatu- ja ympäristöjärjestelmä.

7 3 3 SÄRMÄYS 3.1 Yleistä Särmäys eli bending on yksi ohutlevyn taivutusmenetelmä, jossa leikattu aihio taivutetaan haluttuun muotoon. Aluksi ennen särmäystä levy leikataan levytyökeskuksessa tuotannonsuunnittelusta saatavien levityskuvien mukaan. Särmäyspuristin on ohutlevyteollisuuden yleisin kone. Särmäyspuristimen taivuttavat työkalut ovat ylä- ja alapalkkiin kiinnitetyt painin ja vastin (KUVIO 1). Levy laitetaan työkalujen väliin, jolloin painimen liike suorittaa taivutuksen vastinta vasten ja palautuu takaisin. Kappaletta siirretään ja seuraava taivutus voidaan tehdä. Kappale pakoitetaan ennen jokaista särmää koneen takana oleviin takavasteisiin. Takavasteet ovat yleensä numeerisesti ohjattuja ja liikkuvat kappaleen ohjelman mukaan ohjelmoidusti oikeaan kohtaan ennen jokaisen särmän särmäystä. Särmäyspuristimet voivat olla joko mekaanisia, hydraulisia tai sähkömekaanisia. Hydraulipuristimet ovat yleisimpiä. Särmäyspuristimet voivat olla joko ylä- tai alatoimisia sen mukaan, suorittaako työliikkeen ylä- tai alapalkki. (Mäki-Mantila 2001, 6-7.) KUVIO 1. Särmäyksen periaate (Mäki-Mantila 2001, 6.)

8 4 3.2 Eri särmäysmenetelmiä Vapaataivutus Vapaataivutus eli air bending, käytetään myös nimitystä ilmavälitaivutus, koska taivutettava levyaihio ei koske vastimen pohjaan työvaiheen aikana (KUVIO 2). Särmättävä kappale kohdistetaan särmäyspuristimen vasteisiin, jotka paikoittuvat automaattisesti ohjelmoituun mittaan. Työvaiheen aikana levyaihio lepää vastimen kulmien varassa samalla, kun painin painuu alaspäin. Vapaataivutus on joustava menetelmä, koska pienellä määrällä työkaluja voidaan valmistaa erilaisia kappaleita vain särmäyspuristimen ohjausasetuksia muuttamalla. Painimella ja vastimella käytetään teräviä 90-asteen kulmia. Niillä saadaan haluttu taivutuskulma painimen iskunpituutta säätämällä. Vapaataivutuksen voimantarve on pieni pohjaaniskutaivutukseen verrattuna, jonka lisäksi menetelmän joustavuus on tehnyt siitä yleisemmän taivutusmenetelmän. Vaikka tämä kuulostaa yksinkertaiselta, niin menetelmää ei ole helppo hallita. (Hyyryläinen 2004, 2-3.) KUVIO 2. Vapaataivutus (Mäki-Mantila 2001, 6.)

9 Pohjaaniskutaivutus Pohjaaniskutaivutuksessa painimen iskunpituus on niin suuri, että aihio puristuu tarkasti painimen ja vastimen väliin (KUVIO 3). Kun painin painaa aihioon tarpeeksi suurella voimalla vastinta vasten, tapahtuvat muodonmuutokset kokonaan plastisesti ja haluttu kulma saadaan tarkasti ilman takaisinjoustoa. Mikäli puristusvoima on liian pieni, muodonmuutoksia tapahtuu sekä elastisesti että plastisesti, josta seuraa takaisinjousto puristusvoiman poistuessa. Pohjaaniskutaivutus on parhaimmillaan, kun kappaleelta vaaditaan tarkkuutta, jäykkyyttä sekä teräviä kulmia. KUVIO 3.Pohjaaniskutaivutuksen periaate (Mäki-Mantila 2001, 7.) Pohjaaniskutaivutuksen suurin ongelma on tarvittava suuri puristusvoima, mikä asettaa suuret vaatimukset särmäyspuristimen rakenteelle. Pohjaaniskutaivutuksen voimantarve on 3 5-kertainen vapaataivutukseen verrattuna. Suuri voimantarve lisää työkaluihin kohdistuvaa rasitusta ja lisää näin niiden kulumista. Särmäystyökalut ovat kalliita, joten vapaataivutukseen verrattuna suuremmat työkalukustannukset voivat osaltaan vaikuttaa pohjaaniskutaivutuksen vähäiseen käyttöön. Voimantarve kasvaa levynpaksuuden mukana, eikä pohjaaniskutaivutusta yleensä käytetä yli 3 mm:n levyn paksuuksilla. Pohjaaniskutaivutus voidaan suorittaa sekä mekaanisilla että hydraulisilla särmäyspuristimilla. Käytössä on suuret voimat, jolloin sekä puristin että työkalut voivat rikkoontua ylikuormituksen sattuessa. (Hyyryläinen 2004, 3-4.)

10 Litistys Litistys on menetelmä, jossa leikatun aihion reuna taivutetaan 180 astetta itsensä päälle. Litistyksen suorittamiseen käytetään usein jousitettua erikois-työkalua, jolla voidaan ensin taivuttaa riittävän suuri alkukulma (>90 O ). Alkukulma tehdään KU- VION 4 v-aukossa ja varsinainen litistys tehdään sitten litistysaukossa (KUVIO 4). Litistävän voiman poistuessa työkalu palautuu jousituksen myötä alkuasentoon. Litistämisellä parannetaan aihion reunan ulkonäköä ja lisätään reunan jäykkyyttä ja kulutuskestävyyttä. (Hyyryläinen 2004, 5.) KUVIO 4. Litistystyökalu, jossa 1 on v-aukko ja 2 on litistysaukko. (Hyyryläinen 2004, 5.) KUVIO 5. Litistys (Mäki-Mantila 2001, 7.)

11 Elastiset vastimet Elastisessa vastimessa on v aukon kohdalla elastomeeria, jota vasten kappaleen muovaus tapahtuu. Elastomeerit valmistetaan useinmiten polyuretaanista. Elastomeeri on sijoitettu vastimen avonaiseen laatikkoon, jossa se sallii elastomeerin elämisen työliikkeen aikana. Elastista vastinta käytettäessä aihio muovautuu tarkalleen painimen muotoiseksi. Painimen geometrian tulee olla tarkalleen halutun mukainen. Elastisia vastimia pidetään erikoistyökaluina, joiden käyttö tulee kyseeseen tilanteissa, joissa aihion halutaan olevan tarkasti tietyn muotoinen. Elastisella vastimella taivutettaessa aihion ulkopinta ei naarmuunnu, joten menetelmä soveltuu hyvin kiillotettujen tai pinnoitettujen levyjen taivut-tamiseen. Taivutuksessa vaadittavat suuret voimat heikentää elastomeerin joustavuutta ja elastomeerin pinta joutuu kovan rasituksen kohteeksi. Elastomeerin kestoikää voidaan pidentää esim. voitelemalla sen pintaa. (Hyyryläinen 2004, 5-6.) KUVIO 6. 1.painin, 2.elastomeeri ja 3.vastin (Hyyryläinen 2004, 6.)

12 8 3.3 Särmäyspuristimet ja niiden rakenne Särmäyspuristimet ovat ohutlevyteollisuudessa yleisimpiä perustyökoneita, suurin osa taivutustöistä tehdään särmäyspuristimilla. Särmäyspuristimien puristusvoima on kn ja pituus voi vaihdella 1-10 m. Koneita lisäksi kytketään rinnan, jotta saadaan lisää työpituutta. Aihio laitetaan työkalujen väliin, jonka jälkeen painin suorittaa taivutuksen vastinta vasten ja palaa takaisin. Aihio asetetaan numeerisesti ohjattuihin takavasteisiin, jotka paikoittuvat ohjelmoidun työkierron mukaisesti oikeaan kohtaan. Särmäyspuristimet voivat olla mekaanisia, hydraulisia, sähkömekaanisia tai hydraulimekaanisia. Yleisimmin käytössä olevat särmäyspuristimet toimivat hydraulisesti. Sähkömekaaninen käyttömekanismi on yleistymässä särmäyspuristimissa. Särmäyspuristimet ovat joko ylä- tai alatoimisia sen mukaan, suorittaako työiskun ala- vai yläpalkki. Molemmilla toimintaperiaatteilla on omat etunsa ja haittansa. Alatoimisen etuna on hyvin yksinkertainen hydrauliikka sekä mahdollisuus käyttää työpöydän painoa hyväksi paluuliikkeen aikana. Haittana voidaan pitää työkappaleen nousua ja laskua pöydän mukana, jolloin aihion paikoillaan pitäminen on vaikeaa. Alatoimista puristinta käytettäessä voi esiintyä myös ergonomiaongelmia, jotka ilmentyvät hankalina ja puuduttavina työasentoina. Ylätoimisessa puristimessa aihion kannattelu on helppoa, koska työliike tapahtuu yläpalkilla, jolloin ergonomiaan voidaan kiinnittää paremmin huomiota. Särmäyspuristimet ovat yleensä vielä manuaalikoneita, joten työntekijää tarvitaan vielä särmäyksen suorittamiseen. Erilaiset robottisovellukset ovat yleistymässä tehokkuutensa ansiosta. (Leiviskä 2006, 29.)(Ihalainen 1995, )

13 9 KUVIO 7. Särmäyspuristin ( Mekaaniset särmäyspuristimet Mekaanisten särmäyspuristimien työliike saadaan aikaan varastoimalla sähkömoottorin energia vauhtipyörään, josta se vapautetaan kytkimen avulla kampimekanismiin (KUVIO 8). Kampimekanismi muuttaa kiertoliikkeen suoraksi, edestakaiseksi yläpalkin työliikkeeksi. Mekaanisten särmäyspuristimien ohjausmahdollisuudet ovat rajalliset ja niiden työliike on hyvin nopea. Mekaanisessa käyttömekanismissa puristusvoima kasvaa hyvin voimakkaasti työiskun lähestyessä loppuaan ja on suurimmillaan kampimekanismin ollessa ala-asennossa. Tämän takia mekaaniset särmäyspuristimet voivat rikkoontua liian pitkän iskunpituuden aiheuttaman ylikuormituksen takia. Puristimissa onkin tavallisesti ylikuormitussuoja rikkoontumista vastaan. (Mäki-Mantila 2001, 8.)

14 10 KUVIO 8. Särmäyspuristimen mekaaninen voimansiirto (Hyyryläinen 2004, 8.) Hydrauliset särmäyspuristimet Hydraulinen käyttöjärjestelmä muuttaa sähköenergian hydraulienergiaksi, joka muutetaan mekaaniseksi energiaksi hydraulisylintereillä. Työliikettä suorittava ylätai alapalkki liikkuu kahdella palkin päihin kiinnitetyllä hydraulisylinterillä. Työiskun pituus on säädettävissa portaattomasti kuten myös nopeus. Lähestymisliike ja paluuliike suoritetaan nopeammin kuin varsinainen työliike. Avautumiskorkeus on säädettävissä, jolloin vaiheiden kestoaikoja voidaan optimoida työliikkeiden pituutta säätämällä. Hydrauliseen särmäyspuristimeen vaikuttaa sama puristusvoima koko iskunpituudella. Ylikuormitussuoja suojaa puristinta rikkoontumasta. Hydraulisten särmäyspuristimien puristusvoima on kN. (Mäki-Mantila 2001, 8.)

15 11 KUVIO 9. Särmäyspuristimen hydraulinen voimansiirto (Hyyryläinen 2004, 9.) Sähkömekaaniset särmäyspuristimet Sähkömekaanisessa särmäyspuristimessa yläpalkin liike toteutetaan servomoottorien ja vaihteistojen avulla. Yläpalkki palautuu jousien avulla. Sähkömekaanisen käyttömekanismin etuja hiljaisuus, suurempi yläpalkin nopeus, pienempi energiankulutus, sekä parempi paikoitustarkkuus.(mäki-mantila 2001, 8.) 3.4 Särmäyspuristimien NC ohjaus NC-ohjauksen avulla numeerisesti ohjatussa särmäyspuristimessa hallitaan sekä aihion paikoitus että taivutuskulma. NC ohjaus on helpottanut huomattavasti puristimen käyttöä. NC ohjauksen avulla saavutetaan seuraavia parannuksia manuaaliseen verrattuna: asetusajat lyhyempiä, kappaleaika on lyhyt ja kappale kerralla valmiiksi, välivarastoinnin tarve pienenee, valmiita kappaleita voidaan tarkistaa välittömästi, laatu paranee, virheet vähenevät ja mahdollistaa pienten ja keskisuurten sarjojen kannattavan valmistuksen. Taivutustyö on jaettu askeleisiin ja yksinkertaisimmillaan työ sisältää vain yhden taivutuksen eli askeleen. Jokaiselle askeleelle ohjelmoidaan haluttu särmänpituus ja puristussyvyys oikean kulman aikaansaamiseksi. Muita ohjelmoitavia ominai-

16 12 suuksia ovat särmäyspituuden ja taivutuskulman kompensointi, painimen lähestymis- ja poistumisliikkeen nopeudet, takavasteiden väistö, painimen avautumiskorkeus ja alapalkin kaareuttaminen. Jokaisen suoritetun työkierron tuloksena on valmis kappale. Särmääjä tarkistaa, että kappale on piirustusten mukainen ja tarvittaessa korjaa virheet edellämainittuja asetuksia muuttamalla.(hyyryläinen 2004, 9-10.) 3.5 Takavasteet ja ohjattavat akselit Takavasteita käytetään työkappaleen paikoittamiseen halutun taivutuspituuden aikaansaamiseksi. Takavasteet ovat numeerisesti ohjattavia akseleita, joiden lukumäärä vaihtelee yhdestä kuuteen. Lisäksi joissain särmäyspuristimissa voidaan ohjata taivuttavan palkin molempia päitä sekä alapalkin kaareutusta, jolloin ohjattavien akselien lukumäärä voi olla enimmillään yhdeksän. Numeerisesti ohjatut takavasteet lisäävät selvästi särmäysprosessin tehokkuutta verrattuna manuaaliseen takavasteiden säätöön. Asetusajat lyhenevät muutamiin sekunteihin verrattuna manuaalisen asetuksiin, jotka voivat kestää useita minuutteja. Numeerisesti ohjatut takavasteet mahdollistavat työkappaleen valmistamisen yhdellä työkierrolla. Tämä johtaa välivarastoinnin tarpeen vähenemiseen ja läpimenoajan lyhenemiseen. Laadunvarmistusta numeerisesti ohjatut takavasteet helpottavat ja nopeuttavat huomattavasti, koska valmiista työkappaleesta nähdään heti, onko se kelvollinen. Samalla susikappaleiden määrä putoaa ja väärät asetukset saadaan heti korjattua kuntoon. Särmäyspuristimen tavallisimmat ohjattavat akselit ovat: -X akseli, jolla määritetään takavasteen liike eteen ja taakse -Y akseli, jolla määritetään taivutuspalkin liike ylös ja alas -R akseli, jolla määritetään takavasteen liike ylös ja alas -Z akseli, jolla määritetään takavasteen liike sivusuunnassa

17 13 KUVIO 10. Ohjattavat akselit (Mäki-Mantila 2001, 9.) Särmäyspuristimissa on käytössä takavasteiden väistö, joka siirtää takavastetta taaksepäin X akselin suunnassa taivutuksen alkaessa, jotta takavasteet eivät olisi tiellä taivutuksen alkaessa. (Hyyryläinen 2004, 11.) 3.6 Painimet ja vastimet Särmäyspuristimien tärkeimmät eli päätyövälineet ovat painin ja vastin. Ne ovat joko koko puristimen levyisiä tai koostuvat pienemmistä osista. Lyhyistä painimista ja vastimista kootaan aina tarpeenmukainen asetus, jotta työkappaleen valmistamiseen tarvittavat työvaiheet voidaan tehdä yhdellä kertaa. Työkalut kannattaa sijoittaa mahdollisimman keskelle puristinta, jotta vältetään puristimen epäsymmetrinen kuormittuminen. Suorat painimet ovat yleisimpiä ja paljon käytetään myös ns. joutsenkaulapainimia. Vastimen ura valitaan särmättävän levyn paksuuden sekä taivutettavan muodon mukaan. Yleensä ainevahvuus kerrotaan kuudella, niin saadaan vastimen uran koko. Vastimen sivuilla voi olla useita erikokoisia uria. (Hyyryläinen 2004, 12.)

18 Särmäystyökalujen valinta ja kiinnitys Työkalujen mitoilla sekä muodoilla on suuri merkitys särmäyksen lopputulokseen. Työkalujen valintaan vaikuttaa särmättävän materiaalin paksuus ja taivutussäde. Vastimen koko on yleensä kuusi kertaa aihion paksuus. Painimen säteenä käytetään työkappaleen piirustuksiin merkittyä taivutussädettä. Tämä ei aina ole välttämätöntä, koska painimen säde ei välttämättä vaikuta levyyn muodostuvaan taipumaviivaan. Painimen säteen ainoana vaatimuksena on, että se ei vahingoita taivutettavaa levyä. Työkalujen kiinnittämiseksi on kehitetty useita pikakiinnitysjärjestelmiä. Tämä on kannattavaa mikäli työkalunvaihtoja tulee paljon. Työkalujen kiinnitys tapahtuu mekaanisesti, hydraulisesti tai pneumaattisesti. Hydraulisessa ja pneumaattisessa järjestelmässä työkalut lukitaan paineen avulla paikoilleen. Mekaanisissa järjestelmissä lukitseminen tapahtuu ruuvia tai kampea kääntämällä. Kiinnittimistä riippuen työkalut joko työnnetään kiinnittimissä oleviin uriin palkin päistä tai painetaan alakautta paikoilleen. (Hyyryläinen 2004, )

19 15 4 ROBOTIIKKA 4.1 Teollisuusrobotin määritelmä Teollisuusrobotti on määrityksen mukaan uudelleen ohjelmoitavissa oleva monipuolinen ja vähintään kolminivelinen mekaaninen laite. Se on suunniteltu liikuttamaan kappaleita, osia, työkaluja ja erikoislaitteita ohjelmoitavin liikkein monenlaisten tehtävien suorittamiseksi teollisuuden sovelluksissa. (Pilli 2006, 3.) 4.2 Robottityypit Yleisimpiä robottityyppejä ovat suorakulmaiset robotit, scara-robotit, sylinterirobotit ja kiertyväniveliset robotit. Suorakulmaisen robotin kolme ensimmäistä vapausastetta ovat lineaarisia ja tyypillisin suorakulmainen robotti on portaalirobotti, joka on tuettu työalueen nurkista. Scara-robotti on tiettyyn suuntaan joustava kokoonpanorobottikäsivarsi. Kiertyvänivelisen robotin kaikki vapausasteet ovat kiertyviä. Sylinterirobotit toimivat sylinterikoordinaatistossa. Yleisesti teollisuusrobotit ovat kiertyvänivelisiä robotteja, joiden kaikki vapausasteet ovat kiertyviä. Teollisuusrobottien tukivarret on kytketty peräkkäin, mistä johtuu niiden pieni kuormankantokyky, mutta työalue on siten kohtuullisen suuri. Rakenne tukevoituu kytkemällä vapausasteita rinnakkain, tosin työalue pienenee. (Pilli 2006, 3.) 4.3 Robotisoinnin mahdollisuudet Robotisoinnin tarkoituksena on korvata ihmisen suorittama työ. Robotisointia puoltaa tehtävät, missä ihminen joutuu työskentelemään stressaavissa, yksitoikkoisissa ja väsyttävissä olosuhteissa. Vaaralliset tehtävät, kuten radioaktiivisissa ympäristöissä ja korkeissa lämpötiloissa robotit ovat korvaamattomia. Pätevän työvoiman puute aiheuttaa ongelmia teollisuudessa. Ongelmaan auttaa automatisointi, joka on joskus ainoa ratkaisu. Järjestelmiä osaavat käyttää myös vähemmän kou-

20 16 lutetut työntekijät sekä uuden työtehtävän kouluttaminen käy nopeasti. Joustavat valmistusmenetelmät ja robotisointi mahdollistaa miehittämättömän käytön ja lyhentää merkittävästi läpimenoaikoja. Robotit tuottavat aina tasaista laatua. Ihminen väsyy yksitoikkoisissa ja raskaissa tehtävissä, joka näkyy työn jäljessä ja virheinä. Automatisoinnin avulla pienten tuotantoerien valmistus ja muutosten tekeminen on helppoa. Joustavassa valmistusjärjestelmässä robotit voivat valmistaa useita erilaisia tuotteita. Ne säästävät aikaa, tilaa ja työvoimakustannuksia. Kannattaa selvittää aina, onko robotti oikea ratkaisu juuri tuotannossa olevaan ongelmaan. Ihmistyövoima on aina järkevin ratkaisu pienten sarjojen tekemiseen. (Pilli 2006, 4-5.) 4.4 Robotisoitu särmäys Robotisoidussa särmäyksessä käytetään yleensä nivelvarsirobottia. Robotisoidussa särmäyksessä edut tulevat esille, kun on tarve tehdä toistuvia sarjoja kappaleista. Sarjakoko tulee olla vähintään n. 150 kpl. Robotisoidussa särmäyksessä ihmisen tehtäväksi jää aihioiden tuonti robotin työalueelle, ohjelman lataaminen robotille ja valmiiden kappaleiden poisto työalueelta. Robotisointi poistaa tuotantokappaleiden vaiheajassa tapahtuvan vaihtelun sekä virheellisesti tehdyt kappaleet. Sarjakoot kasvavat ja käsin tehtävän työn yksitoikkoisuus lisääntyy, työmotivaatio alenee ja taukojen osuus kasvaa. Robotille näin ei käy, koska se ei väsy eikä pidä taukoja. Särmättäessä suuria tai painavia kappaleita robotin työkyky verrattuna ihmiseen lisääntyy nopeasti kappalekoon kasvaessa. Pitkien ja joustavien kappaleiden särmäyksessä robotti ohjelmoidaan saattamaan tai tukemaan kappaletta taivutuksen aikana. Manuaalisessa työssä tarvitaan toinen henkilö auttamaan kappaleen käsittelyssä ja tukemisessa särmäyksen aikana.

21 17 Robottisärmäysyksikon sisältö on usein seuraava (KUVIO 11) : 1.robotti, 2.turvaverkko, 3.särmäyspuristin, 4.tarttuja, 5.ohjauspöytä, 6.ohjauspaneeli, 7.syöttölava, 9.paikoituspöytä kappaleiden tarkkaan paikoittamiseen, 10.servojalusta, 11.valmiiden kappaleiden jättöpaikka. KUVIO 11. Särmäyssolun layout (Mäki-Mantila 2001, 13.) Robotti on usein varustettu servojalustalla, joka mahdollistaa pitkien kappaleiden särmäyksen laajentamalla työsädettä sekä antaa mahdollisuuden käyttää useampaa lavapaikkaa. Robotti voidaan tällöin myös ajaa pois puristimen edestä, jolloin saadaan tilaa käsikäyttöä, työkalujen asettelua ja ohjelmointia varten. Paikoituspöytää käytetään, että robotin tarttuja ottaa aina aihioista samasta kohtaa kiinni. Särmäyksen paikoitustarkkuus saadaan paikoittamalla särmättävä kappale anturoituun takavasteeseen. Anturoinnilla varmistetaan levyn oikea sijainti ja eliminoidaan tartunnan aiheuttama virhemahdollisuus. Särmäysrobottien ohjelmointi tehdään opettamalla tai etäohjelmointina. Opettamalla tapahtuvassa ohjelmoinnissa kappale särmätään, särmä särmältä ohjaamal-

22 18 la robottia manuaalisesti. Manuaaliohjauksessa tehdyt liikkee radat jäävät tietokoneen muistiin ja robotti toistaa ne työkierron mukaisesti samalla tavalla joka kerta. Opettamalla tapahtuvan robotin ohjelmointi vie kappaleen muodosta riippumatta varsin paljon aikaa, joka on aina pois tuotantoon käytettävästä ajasta. Etäohjelmoinnissa robotille ohjelmat tehdään tietokoneella robottisärmäykseen kehitetyillä ohjelmistoilla. Ohjelmistojen avulla tehdään simulointiohjelmia törmäystarkasteluineen, milloin itse robotilla tarvitsee suorittaa vain ohjelman lataaminen ja tarkastaminen askel askeleelta. Etäohjelmoinnin käyttö lisää robotin tuottavaa aikaa merkittävästikin. (Hyyryläinen 2004, ) 4.5 Tarttujat Robotti ei yksinään ole valmis tekemään tuotanto- tai materiaalinsiirtotehtävää. Robotissa käytetään tarttujia. Tarttuja on robotin tärkein osa. Erilaisia tarttujia on saatavilla robotin valmistajilta. Tarttujia tehdään myös itse, jotka vastaavat tarvittavaa työtehtävää. Kehittyneemmät robotit voivat vaihtaa tarttujaa itsenäisesti, jolloin robottia voidaan hyödyntää useammassa tuotanto-, tai materiaalinkäittelytehtävässä. Robotisoidussa särmäyksessä on tarttujan suunnittelussa otettava huomioon tarttujan keveys, soveltuvuus osaperheen eri kappaleille, tartuntavoiman suuruus, kappaleen muodonmuutos, tilavaatimukset ja muunneltavuus. Särmäyksessä käytetään yleisesti imukuppi tarttujia eli alipainetarttujia. Tarttujien rakenteena käytetään alumiiniprofiilia sen keveyden takia. (Mäki-Mantila 2001, ) 4.6 Robottisärmäykseen soveltuvat osat Työkappaleen muoto asettaa rajoituksia ohutlevysärmäyksessä lähinnä tarttujalle sekä särmäyspuristimen työkaluille. Tämän takia soveltuvia osia tarkastellaan aina tarttujan kannalta. Alipainetarraimet ovat suosituimpia tarttujia, koska ne tarttuvat levyyn sen tason suunnassa, ovat edullisia ja soveltuvat myös ei-magneettisten

23 19 materiaalien käsittelyyn. Kappaleet joissa on paljon aukkoja, hankaloittaa alipainetarttujan käyttöä. Imukupit on sijoitettava niin, että ne väistää aukot. Jos jokin imukuppi osuu aukon päälle, häviää koko systeemistä paine. Kappaleen leveys on myös rajoittava seikka. Särmättävä kappale ei voi olla tarttujaa kapeampi. Kappaleeseen pitää saada sovitettua vähintään kaksi riviä imukuppeja, jotta saadaan riittävävän vakaa tartunta. Työkappaleen pitäisi myös olla sellainen, että se valmistuu yhdellä kertaa valmiiksi, eli yhdellä työkalu asetuksella. Useammassa vaiheessa särmättävät kappaleet eivät ole kannattavia. (Mäki-Mantila 2001, 14.) Robottisärmäyksen yleiset periaatteet ja kannattavuuden edellytykset ovat: 1.Saavutetaan suuret säästöt työvoimakustannuksissa, kun raskas tai suuri osa, kahden särmääjän tarve suuri särmäysvolyymi useita vaiheita, jotka voidaan yhdistää tehtäväksi samalla työkaluasetuksella 2.Tuotteella on hyvä asetusaikasuhde, eli tuote valmistetaan suurissa erissä tuotteella suuri kokonaisvolyymi tuotteella pieni tilantarve särmättynä 3.Tuotteella on pienet tarrainkustannukset, eli suuri aukoton pinta-ala, johon voidaan sovittaa mieluiten kaksirivinen alipainetarrain 4.Tuote voidaan särmätä yhdellä työkaluasetuksella (Mäki-Mantila 2001)

24 20 5 KÄYTTÖASTEEN NOSTAMINEN 5.1 Robottisärmäyssolun käyttöasteen nostaminen Työssä tutkittiin miten Ojala Yhtymä Oy:n robottisärmäyssolun käyttöastetta saataisiin nostettua. Lähtötilanteessa robottisärmäyssolussa tehtiin 31 nimikettä (LIITE1). Tarkoitus oli että robottisolussa valmistettavien nimikkeiden määrää saataisiin nostettua. 5.2 Robottisärmäyssolu Yrityksen robottisärmäyssolun konekanta on pari vuotta vanha. Särmäyspuristimena on Amada Promecamin HFE 100-3, jolla on 1000kN puristusvoima (LIITE5). Robottina Motomanin (LIITE 4) 6-akselinen up50 VST-1000 SX servojalustalla ja Motomanin XRC ohjauksella. Normaalisti robotti ottaa aihiot FIN- tai Euro-lavalta, mutta Ojala Yhtymässä aihiot otetaan Night Trainista. Night Train on Finn-Powerin valmistama automaattinen ohutlevyvarasto. Se on valmistettu vartavasten ohutlevytuotantoon. Levytyökoneet on sijoitettu Night Trainin ympärille. KUVIO 12. (

25 Nimikkeiden valinta Nimikkeiden käsittely aloitettiin tekemällä tietokantahaku yrityksen valmistavista tuotteista viimeisen neljän kuukauden ajalta. Näin saimme listan tuotannon aktiivisista nimikkeistä. Haussa saatiin selville nimikkeen materiaali, valmistuskerrat, valmistuneiden kappaleiden määrä ja massa. Tämän jälkeen tehtiin Excelillä lajitteluja, joissa karsittiin pois kaikki kuparinimikkeet ja alle 0,3 kiloiset kappaleet. Kupari nimikkeet otettiin pois sen takia, koska ne painavat yleensä liikaa tai ovat levypaksuudeltaan yli 3 mm:ä. Yrityksen kupari nimikkeet ovat pääsääntöisesti kuparilattaa, joten tämänkin vuoksi ne otettiin pois. Alle 0,3 kiloiset kappaleet otettiin pois sen takia, koska ne ovat liian pieniä robottisärmäykseen. Tämän jälkeen alettiin piirustus piirustukselta tutkia nimikkeitä. Liian kapeat ja reikäiset kappaleet otettiin pois listasta, koska tarttujat eivät mahdollista näiden valmistusta. Jos kappaleessa ilmeni litistyksiä tai useammassa vaiheessa suoritettavia työvaiheita, ne karsittiin pois, koska ne vaativat useamman työkaluasetuksen. Myös tuotteet, joissa oli pieniä särmiä keskellä särmättävää aihiota otettiin pois, koska robotin liikeradan ja tarttujan kanssa tulisi ongelmia. Myös sellaiset tuotteet poistettiin, jotka vaativat erikoistyökaluja. Nimikkeiden läpikäyntiä helpotti se, että olen itse särmännyt useamman kesän kyseisessä yrityksessä. Omaan kokemukseen nojaten pystyi poistamaan osan tuotteista, jotka tiesin vaativan erikoistyökaluja. Loppujen lopuksi tarkempaan tarkasteluun jäi noin 300 nimikettä. Tässä ohessa tein listaa myös mahdolliselle uudelle robotille. 5.4 Nimikkeiden tarkastelu Tarkemmassa tarkastelussa apuna oli robottisärmäyssolun pääkäyttäjä ja päivävuoron työnjohtaja. Robottisärmäyssolun pääkäyttäjä osasi sanoa suoraan olisiko jokin nimike mahdoton tehdä. Työnjohtaja puolestaan osasi sanoa kyseisten nimikkeiden menekin nyt ja tulevaisuudessa. Tässä vaiheessa huomioitiin myös nimikkeiden valmistuskerrat viimeisen neljän kuukauden aikana. Nimikkeistä saatiin aikaan kolme eri listaa. Ensimmäiseen listaan tuli ne nimikkeet, jotka ehdot-

26 22 tomasti laitetaan robottisärmäyssoluun (LIITE2). Toiseen listaan tuli nimikkeet, jotka ehkä joskus tulevaisuudessa laitetaan robottisoluun. Viimeinen lista oli ns. ömappi eli ei laiteta robotille. Mahdolliselle uudelle robotille tuli myös oma lista nimikkeistä (LIITE3). Kun listat olivat valmiina, tehtiin laskelmia siitä kuinka paljon robottisärmäyssolun käyttö tulee kasvamaan näiden nimikkeiden myötä viikkoa kohden. 5.5 Laskelmat Laskelmissa otettiin huomioon aikaväli, valmistusmäärä, kokonaisaika sekä käsin että robotilla särmättäessä ja särmien määrä. Aikaväli oli neljä kuukautta. Aluksi selvitettiin nimikkeiden särmäysaika. Nimikkeiden särmäysaika yhtä särmää kohden käsin särmättäessä keskimäärin oli 0,2 min. Robotilla vastaava aika oli 0,3 min. Tämän jälkeen selvitettiin särmien määrä nimikkeistä. Särmien määrä saatiin laskemalla piirustuksista. Särmäysaika saatiin kertomalla särmäysaika yhtä särmää kohden särmien lukumäärällä (LIITE 2). Nimikkeiden viikkomenekki saatiin laskettua jakamalla valmistumismäärä viikkojen määrällä. Viikkomenekki kerrottiin särmäys ajalla, josta saatiin nimikkeen viikottainen työaika. Tämän pohjalta saatiin tietoon, kuinka paljon robottisärmäyssolun käyttöaste tulisi nousemaan uusien nimikkeiden myötä.

27 23 6 TULOKSET Opinnäytetyön tavoitteena oli saada nostettua Ojala Yhtymä Oy:n robottisärmäyssolun käyttöastetta. Aluksi nimikkeitä oli 31, nyt ( ) nimikkeitä on solussa 41. Tämän opinnäytetyön aikana ei aivan päästä tavoitteeseen, koska aika loppuu kesken. Ajan mittaan robottisärmäyssolu tulee saavuttamaan 50 nimikkeen määrän, mikä ei ole oleellista nimikkeiden eläessä. Robottisärmäyssolun käyttöaste on noussut noin 32%. Ajallisesti kasvu on noin 17 tuntia viikkoa kohden, jos kaikki esitetyt nimikkeet sijoitetaan soluun. 6.1 Kehityskohteita Nimikkeiden sijoittaminen robottisärmäyssoluun tulevaisuudessa. Tuotannonsuunnittelussa pitäisi olla yksi henkilö, jonka vastuulla on nimikkeiden ohjaaminen robottisärmäyssoluun. Toinen vaihtoehto on tehdä ohjeistus tuotannonsuunnitteluun, jossa määritellään robottisärmäykseen soveltuvat nimikkeet niiden vuosi menekki huomioon ottaen.

28 24 7 YHTEENVETO Opinnäytetyön aiheena oli Ojala Yhtymä Oy:n robottisärmäyssolun käyttöasteen nostaminen. Tarkoitus oli nostaa solun nimikkeiden määrää, jolloin solu toimisi tehokkaammin. Läpikäytäviä nimikkeitä oli useita tuhansia. Alun ihmettelyn jälkeen työn tekeminen helpottui, kun sain tehtyä Excelillä nimikkeiden tietokantahausta erilaisia erittelyjä. Nimikkeiden valinnassa sain apua robottisärmäyssolun käyttäjältä. Aihe oli mielenkiintoinen, koska koulutusohjelman yhtenä suuntaumana oli robotiikka. Aihe ei ollut kovin vaikea. Työssä ei varsinaisesti syntynyt mitään uutta ideaa. Työssä onnistuttiin lisämään robottisärmäyssolun käyttöastetta lisäämällä nimikkeitä, jotka soveltuvat soluun. Samalla saatiin tehtyä laskelmat mahdolliselle uudelle robotille, minkä perusteella uusi robotti olisi kannattava.

29 25 LÄHTEET Amada HFE-100 särmäyspuristimen tekniset tiedot. Www-dokumentti. Saatavissa: luettu Finnpower Night train tekniset tiedot. Www-dokumentti. Saatavissa: luettu Hyyryläinen, Janne Särmättävien ohutlevyosien valmistustarkkuuteen vaikuttavat tekijät ja niiden määritys. Diplomityö. Oulun yliopisto. Konetekniikan osasto. Oulu. Ihalainen, Erkki & Aaltonen, Kalevi & Aromäki, Mauri & Sihvonen, Pentti Valmistustekniikka. Seitsemäs muuttumaton painos. Jyväskylä: Otatieto Oy. Korhonen, Juha Ryhmäteknologia, standardisointi ja soveltaminen konepajoissa. Teknillisen korkeakoulu Konepajatekniikan laboratorion julkaisu. Espoo. Kuivanen, Risto Robotiikka. Tummavuoden Kirjapaino Oy. Vantaa. Motoman tekniset tiedot. Www-dokumentti. Saatavissa: Luettu Mäki-Mantila, Jani Ohutlevyjen taivutus ja muovaus. Metalliteollisuuden keskusliitto, Tekninen tiedotus 11/2001. Helsinki. Metalliteollisuuden kustannus OY. Leiviskä, Anu Lujien terästen särmäys. Diplomityö. Oulun yliopisto. Konetekniikan osasto. Oulu. Piirto, Petteri Tuotantotilojen ovimalliston standardisointi ja valmistus prosessin kehittämien. Tutkintotyö. Tampereen ammattikorkeakoulu. Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma. Www-dokumentti. Saatavissa: Luettu Pilli, Sara Työstökoneiden panostus- ja palvelutehtävät. Seminaarityö. Teknillinen korkeakoulu. Konetekniikan osasto. Www-dokumentti. Saatavissa: F6st%F6koneiden_robotisoinnit.pdf. luettu

30 LIITTEET LIITE 1 Alkutilanne

31 LIITE 2 Nimikkeet jotka sijoitetaan robottisärmäyssoluun.

32 LIITE 3 Mahdollisen uuden robotin nimikkeet

33 LIITE 4

34 LIITE 5