Ville Märsylä ROBOTTIHITSAUSASEMAN SUUNNITTELU

Ville Märsylä ROBOTTIHITSAUSASEMAN SUUNNITTELU Opinnäytetyö KESKI-POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma Toukokuu 2008

KESKI-POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelma TIIVISTELMÄ Työn tekijä: Työn nimi: Ville Märsylä Robottihitsausaseman suunnittelu Päivämäärä 5.4.2008 Sivumäärä: 20 + 3 liitettä Työn ohjaaja Työn valvoja TkT Martti Härkönen ins. Juho Nuosmaa Tämä opinnäytetyö tehtiin Akvaterm Oy:lle Kokkolaan. Työn tarkoituksena oli mallintaa Akvaterm Oy:n lämminvesivaraajat 3D-malleiksi robottihitsausasemaa varten. Opinnäytetyössä käsitellään robottihitsausasemaa ja siihen liittyvää laitteistoa. Saatujen lähtötietojen pohjalta laadittiin tarjouspyyntö robottihitsausasemasta. 3D-mallit suunniteltiin SolidWorks- 3D-suunnitteluohjelmalla. Mallinnuksessa käytin apuna polttoleikkausohjelmalta saatuja reikäkarttoja, jotka olivat AutoCad-tiedostoina, sekä aikaisempia hitsauspiirustuksia. Kaikista varaajista ei ollut tarvittavia mittoja mallinnukseen, joten mittasin käsin valmiista varaajista tarvittavat mitat. Avainsanat: 3D-mallinnus, 3D-mallit, robottihitsausasema

CENTRAL OSTROBOTHNIA UNIVERSITY ABSTRACT OF APPLIED SCIENCES Degree Programme in Mechanical and Production Engineering Author: Name of thesis: Ville Märsylä Modelling of a Robot Welding Station Date: 5.4.2008 Pages 20 + 3 Appendices Instructor: Supervisor: Martti Härkönen Juho Nuosmaa This final thesis was done for Akvaterm Oy in Kokkola. The purpose of the study was to make the 3d-models of the accumulators for the robot welding station. The robot welding station and the equipment associated with it were considered in the thesis, too. On the basis of the study a request for quotation for the robot welding station should be prepared. The SolidWorks 3D-modelling program was used in the study. Modelling data from the cutting machine s dxf-files and welding drawings of Akvaterm Oy were used, too. Some accumulators did not have any welding drawings or dxf-files, so the accumulators were measured by hand. Keywords: 3D-modelling, 3D-model, robot welding station

SISÄLTÖ 1 JOHDANTO 1 2 YRITYS 2 2.1 Yritysesittely 2 2.2 Tuotteet 2 3 3D MALLINNUS 4 3.1 Mallinnus ohjelma 4 3.1 Parametrisuus 4 3.2 Piirremallinnus 5 4 VARAAJAOSIEN MALLINNUS 6 4.1 Vakiovaraajat 6 4.2 Saneerausvaraajat 7 4.3 Ovaalivaraajat 7 4.4 Erikoisvaraajat 8 5 VARAAJAN VALMISTUS 9 6 TUOTANNON ROBOTISOINTI 10 6.1 Reunaehdot roboteille 10 6.2 Hitsausasema 10 6.3 Hitsausaseman laitteet 11 6.4 Hitsausaseman solut 11 6.4.1 Vakiovaraajien solut 11 6.4.2 Ovaalivaraajien solut 12 7 HITSAUSASEMAN SIJAINTI 13 7.1 Sijainnin määrittäminen 13 7.2 Päälinjan keskellä 14 7.3 Linjan alkupäässä 14 7.4 Hallissa 15 8 ROBOTTIEN JA SOLUJEN SIJOITTELU 16 9 LOPPUTULOKSET 17 9.1 Robottien valinta 17 9.2 Hitsausaseman paikan määrittely 18 9.3 Materiaalivirtojen uudelleen sijoitus 18 9.3.1 Vakiovaraajat 18 9.3.2 Ovaali- ja erikoisvaraajat 19 9.4 Muuta robottihitsauksesta 19 LÄHTEET 20 LIITTEET 1 Tarjouspyyntö robottihitsausasemasta 2 3D-mallit lämminvesivaraajista 3 Hitsauspiirustukset lämminvesivaraajista

1 1 JOHDANTO Opinnäytetyö käsittelee robottihitsausaseman hankkimista Akvaterm Oy:lle Kokkolaan ja siihen liittyvää lämminvesivaraajien 3D-mallinnusta. Akvaterm Oy on viime vuosina voimakkaasti kasvanut metallialan yritys, ja se on päättänyt robotisoida tuotantoaan. Robotisoinnilla saadaan nostettua tuottavuutta ja tehokkuutta sekä saadaan tasaista laatua. Tehtävänä oli laatia tarjouspyyntö Akvaterm Oy:lle sopivasta robottilaitteistosta ja määritellä hitsausaseman sijainti tuotantotiloihin, sekä mallintaa ja piirtää robottilaitteiston toimittajalle 3D-mallit ja hitsauspiirustukset yleisimmistä lämminvesivaraajista. Tarjouspyyntöä tehdessä piti ottaa huomioon monia seikkoja. Hitsausaseman tulisi osata käsitellä monipuolisesti Akvatermin varaajia, vaikka niiden koko ja muoto vaihtelee paljon. Hitsausasemaan tulevien robottien tulisi osata käsitellä varaajiin liitettäviä osia ja pystyä vielä hitsaamaan ne kiinni säiliöön. Hitsausaseman tilantarve aiheuttaa myös ongelmia. Akvatermin hallissa on vähän tilaa, ja sinne täytyisi saada mahtumaan hitsausasema. Ajateltiin, että hitsausasemaan tulevien robottien pitäisi olla sijoitettuna kelkkaan tai pylvääseen, jonka avulla robottien liikerata saataisiin suuremmaksi ja tilantarve saataisiin pieneksi. Hitsausaseman sijainnin kannalta tulisi huomioida myös hallissa liikkuvat materiaalivirrat, koska keskeneräisten säiliöiden liikuttelu pitkiä matkoja aiheuttaa ongelmia ja vaaratilanteita jo valmiiksi ahtaissa olosuhteissa. Aseman sijainnissa tulisi huomioida jo valmiit koneet ja laitteet, ettei niitä tarvitsisi siirrellä aiheuttaen lisäkustannuksia ja kuluttaen aikaa turhiin muutoksiin. Opinnäytetyössäni pohditaan lämminvesivaraajien valmistuksen robotisointia ja siihen liittyvän hitsausaseman laitteiston valintaa, minkä pohjalta laaditaan tarjouspyyntö. Hitsausrobottien ohjelmoinnin kannalta aseman toimittaja tarvitsee 3D-malleja lämminvesivaraajista, joita Akvatermillä ei ole. Tehtävään kuuluikin mallintaa Akvartemin kaikki yleisimmät varaajat. Varaajista ei ollut olemassa valmiita piirustuksia vaan pelkästään säiliön vaipan polttoleikkaus kuvat, joiden pohjalta laadittiin 3D-mallit.

2 2 YRITYS 2.1 Yritysesittely Akvaterm Oy on lämminvesivaraajien johtava valmistaja ja yksi johtavista LVI-alan säiliöiden toimittajista Suomessa. Akvaterm Oy on perustettu vuonna 1993, ja Akvatermin henkilökunnalla oli tuolloin jo kymmenen vuoden kokemus lämminvesivaraajien valmistuksesta. Pian aloittamisen jälkeen yrityksen tuotevalikoima laajeni lämminvesivaraajista erikoissäiliöihin. Standardituotteiden lisäksi yritys on kehittänyt voimakkaasti yksilöllisesti mitoitettujen säiliöiden valmistusta. Suurin osa tuotteista toimitetaan asiakkaan antamien mitta-, paine-, materiaali- tai varustevaatimusten mukaisesti. Toimintaa ja tuotevalikoimaa onkin muokattu joustavammaksi ja asiakaslähtöisemmäksi. (Akvaterm Oy 2008b.) Yritys pitää kunnia-asiana vastata tarjouspyyntöihin nopeasti. Voimakkaista kausivaihteluista huolimatta myös toimitusajat on haluttu pitää lyhyinä ja toimintavarmuus korkealla. Tehokas tuotanto, korkea laatu ja markkinoille sopivat tuotteet on huomattu myös ulkomailla. Yrityksen tuotteista kasvava osa viedäänkin nykyään Suomen rajojen ulkopuolelle. (Akvaterm Oy 2008b.) 2.2 Tuotteet Akva-vakiovaraajat ovat vakiokokoisia 300, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 4000 ja 5000 litran lämminvesivaraajia. Akva-vakiovaraajat ovat lieriömuotoisia pyöreillä pallomaisilla päädyillä varustettuja varaajia. Akva-vakiovaraajissa on 15 liitäntää, joihin kiinnittyvät lämminvesikierukka, lämpövastukset, termostaatit, anturit sekä ilmaus ja vedenpoistoyhteet. (Akvaterm Oy 2008a.) Akvasan-saneerausvaraajat on tarkoitetut erityisesti ahtaisiin tiloihin ja saneerauskohteisiin. Varaaja on suunniteltu niin kapeaksi, että se mahtuu kuljetusaukoista ja ovista. Siksi se soveltuu hyvin saneerauskohteisiin. Saneerausvaraajan koot ovat 500 ja 700 litraa. Saneerausvaraajista löytyy seitsemän yhdettä, joihin saadaan lämminvesikierukka, sähkövas-

tukset, termostaatit, anturit, sekä veden- ja ilmanpoistoyhteet. Saneerausvaraaja on lieriömäinen kuten vakiovaraaja, mutta kapeampi. (Akvaterm Oy 2008a.) 3 Akvantti-ovaalivaraajat on suunniteltu uudis- ja saneerauskohteisiin. Varaajien koko on 1400, 2000 ja 2400 litraa. Varaajan muoto on ovaalimainen, ja siinä on tasaiset päädyt. Ovaalivaraajasta löytyy 16 yhdettä, joihin saadaan lämminvesikierukka, lämpövastukset, termostaatit, anturit, sekä ilmaus ja vedenpoistoyhteet. (Akvaterm Oy 2008a.) Erikoissäiliöt valmistetaan asiakaskohtaisesti käyttötarkoituksen mukaan. Erikoissäiliöitä voidaan käyttää muun muassa eri raaka-aineiden varastosäiliöinä, kylmäsäiliöinä ja säiliöinä asiakkaan tarpeen mukaan. (Akvaterm Oy 2008a.)

4 3 3D-MALLINNUS 3.1 Mallinnusohjelma Hitsausaseman suunnittelu aloitettiin varaajien mallintamisella. Mallintamiseen käytettiin SolidWorks- 3D-suunitteluohjelmaa. SolidWorks on parametrinen piirremallinnusohjelma. Parametrinen piirremallinnus tarkoittaa tietokoneavusteista suunnitteluohjelmistoa, jonka avulla suunniteltava kohde mallinnetaan kolmiulotteisen geometrian avulla. Kolmiulotteista tuotemallia voidaan käyttää huomattavasti kaksiulotteista piirustusta tehokkaammin hyödyksi, kuten esimerkiksi tässä tapauksessa kokoonpanoa tehtäessä varaajaosien sovittamisessa toisiinsa. Kolmiulotteisten kappaleiden avulla voidaan jäljittää myös mahdollisia kokoonpanossa olevia virheitä, jotka aiheuttavat osien yhteensopivuutta. SolidWorksissa yhdestä kokoonpanosta generoidut piirustukset ovat kokoelma ikkunoita, joiden kautta mallia katsellaan. Siksi kaikki mallissa tapahtuvat muutokset päivittyvät automaattisesti kaikkiin piirustuksiin, ja myös yhtä kokoonpanon osaa muokattaessa kaikki muutokset päivittyvät automaattisesti kokoonpanoon. Kokoonpanoista muodostettiin hitsauspiirustukset. Hitsauspiirustuksessa kokoonpanosta muodostuu tasokuvat, joihin merkitään tarvittavien hitsien kohdat ja merkinnät. Hitsauspiirustuksia käytetään apuna hitsausaseman ohjelmoinnissa. (Hietikko 2007, 21.) 3.2 Parametrisuus Parametrisuus tarkoittaa sitä, että kohteeseen kytkettyjä mittoja voidaan muuttaa missä vaiheessa mallinnusta tahansa siten, että kohteen geometria muuttuu vastaavasti. Tämä helpottaa kappaleiden mallinnusta, jos mittoja ei tiedetä tai ne ovat epämääräiset. Parametrisuus helpottaa muutosten tekemistä. Jos kappaleen jotain mittaa halutaan muuttaa, ei geometriaan tarvitse kajota. Riittää, että muutetaan kyseistä mittalukua, jolloin siihen kytketty geometria muuttuu sekä itse kohteessa että kaikissa siihen kytkeytyvissä muissa kohteissa, kuten esimerkiksi kokoonpanoissa ja piirustuksissa. (Hietikko 2007, 21.)

5 3.3 Piirremallinnus Piirremallinnus tarkoittaa puolestaan sitä, että kohteen malli rakennetaan osista eli piirteistä. Aluksi tehdään peruspiirre, johon lisätään uusia piirteitä siten, että lopulta saadaan aikaan kohteen tarkka malli. Piirteet tulevat näkyviin paitsi malliin, myös niin sanottuun piirrepuuhun, josta ne on helppo poimia muutosten tekemistä varten. Osamallissa piirrepuu muodostuu peruspiirteestä, leikkaus- ja pursotuspiirteestä sekä pyöristys- ja reikäpiirteistä. Kokoonpanossa piirrepuu muodostuu kokoonpanossa tarvittavista osista eli malleista. (Hietikko 2007, 21.) Piirrepuu on tehokas kommunikointiväline, jonka avulla tuotteen suunnitteluun osallistuvat osapuolet voivat viestittää toisilleen suunnittelun perustana lähtökohtia ja faktoja. Piirrepuu kertoo tarinan tuotteen suunnittelusta. Siihen sisältyvät tärkeimmät ja osan toimintaan merkittävimmin vaikuttavat piirteet on nimettävä ja sijoitettava mahdollisimman ylös piirrepuuhun. Samalla tavalla vähemmän toimintaan ja enemmän ulkonäköön vaikuttavat piirteet sijoitetaan piirrepuussa viimeiseksi kuvion 1 mukaisesti. (Hietikko 2007, 23.) KUVIO 1. Kuva vakiovaraajan 3D-mallista, kuvassa oikealla kokoonpanomalli ja vasemmalla piirrepuu.

6 4. VARAAJAOSIEN MALLINNUS 4.1 Vakiovaraajat Vakiovaraajat olivat selvin mallinnuskohde, koska vakiovaraajissa säiliön malli pysyy samana, ainoastaan halkaisija kasvaa. Vakiovaraaja rakentuu vaipasta, päädyistä, yhteistä ja jaloista. Kaikki osat mallinnettiin ja osista muodostettiin kuvion 2 mukainen osakirjasto. Kirjastosta on helppo poimia tarvittavia osia, joista sitten voidaan muodostaa kokoonpano. Vakiovaraajien mallinnuksessa yhteiden sijainnit saatiin polttoleikkauskoneella olevalta reikäkartalta, jossa olivat kaikki yhteiden sijainnit ja reikien koot. Reikäkartta saatiin CAD-kuvana. Vaikeuksia vakiovaraajan mallinnuksessa oli jalkojen asettelu kokoonpanossa. Kaarevalle pinnalle on vaikeaa asettaa tasapäistä jalkaa. Rajoitteita ei voinut asettaa ja jalka pitäisi saada oikealle kohdalle. Ongelma ratkaistiin piirtämällä päätyihin apuviivat, joihin merkittiin jalkojen paikat. KUVIO 2. Vakiovaraajien päädyt 3D-kirjastossa

7 4.2 Saneerausvaraajat Saneerausvaraajien kanssa toimittiin samalla tavalla kuin vakiovaraajien kanssa. Piirrettiin kaikki varaajan osat, joista sitten muodostettiin osakirjasto. Saneerausvaraaja koostuu vaipasta, päädyistä, yhteistä ja jaloista. Saneerausvaraaja on lähes samanlainen kuin vakiovaraaja, mutta jalat ovat erilaiset eivätkä ne aiheuttaneet ongelmia kokoonpanossa. Kuviossa 3 esitetään saneerausvaraajan kokoonpano. KUVIO 3. Saneerausvaraajan kokoonpano 4.3 Ovaalivaraajat Ovaalivaraajat (kuvio 4) olivat haastavin varaajatyyppi mallinnuksen kannalta. Ovaalivaraajissa on paljon osia, jotka tekevät kokoonpanon vaikeaksi. Ovaalivaraajissa 2000 ja 2400 ovat samanlaisia, mutta vaipan korkeus vain kasvaa 1500 mm:sta 1660 mm:iin. Ovaalivaraajien vaipoista ei ollut olemassa olevia reikäkarttoja, joten jouduin mittaamalla selvittämään yhteiden sijainnit valmiista varaajista.

8 KUVIO 4. Ovaalivaraajan kokoonpano 4.4 Erikoisvaraajat Erikoisvaraajista mallinnettiin Poma-varaaja, Gp-varaaja ja V-varaaja, joita Akvaterm Oy valmistaa alihankintana eri yrityksille. Poma- ja Gp-varaajat pohjautuivat täysin vakio- ja saneerausvaraajiin. Näille varaajille saatiin tehtyä kokoonpano hyödyntämällä valmiita varaajaosia kirjastosta. V-varaaja on kulmikas varaaja, ja se on tehty kulmikkaista levystä ja näin se on aika helppo mallinnettava. Apuna oli myös CAD-piirustuksia varaajasta, ja niistä sain mitattua kaikki tarpeelliset mitat varaajan mallinnukseen.

9 5. VARAAJAN VALMISTUS Tällä hetkellä säiliöt valmistetaan kuvion 5 mukaisella prosessilla. Kuvassa vasemmassa reunassa sijaitsee ruostumattomasta materiaalista valmistettavien säiliöiden valmistus. Kuvassa keskellä sijaitsee pyöreiden vakio- ja saneerausvaraajien valmistuslinjasto. Kuvassa materiaalivirrat on merkitty vihreillä nuolilla. KUVIO 5. Materiaalivirrat Mustasta raudasta valmistettavien vakio- ja saneerausvaraajien valmistus aloitetaan kelalta ottamalla sopivan mittainen rautalevy. Levyyn leikataan muhvien reiät, mankeloidaan vaipaksi ja lopuksi levy hitsataan kokoon vaipaksi. Vaipan ollessa valmis se siirtyy kuljettimella juurituen muovaukseen. Juurituki muovataan vaippaan suuremmissa vakiovaraajissa ja pienemmissä se on valmiiksi muovattu päätyyn. Juuritukea käytetään helpottamaan vaipan hitsausta päätyyn. Seuraavaksi vaippaan hitsataan päädyt paikalleen pyörityslaitteessa jota kutsutaan Akvatermillä grilliksi. Grillissä oleva hitsauslaitteisto hitsaa päädyt kertapyörähdyksellä vaippaan kiinni.

10 6 TUOTANNON ROBOTISOINTI 6.1 Reunaehdot hitsausasemalle Lämminvesivaraajatuotannon robotisoinnissa robottien tehtäväksi tulisi varaajien kokonpano. Robottien pitäisi osata polttoleikata ja hitsata sekä osata käsitellä varaajiin liitettäviä kappaleita. Robottisoluille asetetaan seuraavat reunaehdot: Siinä on kaksi käsivarsirobottia Kummankin robotin pystyttävä työstämään neljässä solussa. Toinen roboteista suorittaa hitsauksen ja kappaleiden käsittelyn, ja toinen hitsauksen lisäksi polttoleikkaisi. Kahdessa solussa tapahtuisi pyöreiden vakiovaraajien kokoonpano. Toisessa käsitellään kokoluokaltaan isoja ja toisessa pieniä varaajia. Muissa soluissa käsitellään varaajien osia ja erikoisvaraajia. Robottien tulisi olla valmiiksi ohjelmoituja annettujen mallien mukaan. Ohjelmaa muuttamalla saadaan käsiteltyä muita varaajia. Ohjelman muutos saa maksimissaan kestää 10 minuuttia. 6.2 Hitsausasema Robottihitsausaseman suunnittelussa lähdettiin liikkeelle siitä, että asema osaisi valmistaa mahdollisimman monia eri varaajamalleja. Varaajien valmistuksen robotisoinnissa vaikeuksia aiheutuu varaajien erilaisuudesta sekä koko- ja muotoeroavaisuuksista. Siksipä päätettiin, että eri varaajat valmistetaan omissa soluissaan. Vakiovaraajien isot ja pienet kokoluokat valmistettaisiin omissa soluissaan ja ovaalivaraajat omissa soluissaan. Jäljelle jääneissä soluissa voitaisiin valmistaa vakio- ja ovaalivaraajan osia ja suorittaa V-varaajan kokoonpanoa.

11 6.3 Hitsausaseman laitteet Robottien valinnassa lähtökohtana oli se, että robotit veisivät mahdollisemman vähän lattia tilaa ja niitä tulisi olla kaksi kappaletta. Robottien tulisi olla aseteltu niin, että ne pystyisivät työstämään samassa solussa olevaa varaajaa tai varaajan osia samaan aikaan. Robottien tulisi soveltua hyvin Akvaterm Oy:n tarpeisiin, Siksi robottivalinta jätettiin ABB:n henkilöiden valittavaksi. Robottien liikeradat pitäisi saada mahdollisimman suuriksi, siksi robottien avuksi suunniteltiin servorataa. Servorata olisi asetettu erilleen lattianpinnasta hitsausaseman yläpuolelle, ja rataan kiinnittyvät robotit riippuisivat servoradasta. Toisena robottisovellusvaihtoehtona olisi kaksi robottipylvästä. Pylvääseen robotti olisi kiinnittynyt pylvään varren avulla. Pylväiden avulla saadaan robottien liikerataa kasvatettua ja lattiapintaa enemmän käyttöön pylvään pienen tilantarpeen ansiosta. Robottipylväät olisivat tässä tapauksessa parempi vaihtoehto. Servorata tarvitsee vankat perustukset hallin lattiaan, että servorata olisi tukeva ja pylväät taas evät tarvitse niin vankkoja perustuksia kuin servorata. Robottien toiminta tapahtuisi niin, että kumpikin roboteista osaisi hitsata ja hitsauksen lisäksi toinen osaisi käsitellä varaajien kappaleita ja toinen osaisi polttoleikata. 6.4 Hitsausaseman solut 6.4.1 Vakiovaraajien solut Vakiovaraajien hitsaussoluihin tarvitaan varaajan pyörityslaitteisto jota kutsutaan grilliksi. Grillillä saadaan pyöritettyä pyöreää varaajaa niin, että robotilla on mahdollista työstää varaajan joka nurkkaa. Grillejä tarvittaisiin vain vakiovaraajia käsittelevissä soluissa, toiseen soluun pienempi grilli pienemmän kokoluokan vakiovaraajille ja toiseen isompi isomman kokoluokan vakiovaraajille. Varaajan kiinnitys grilliin tapahtuisi suoraan linjastolta, josta varaaja pyöriteltäisiin grilliin. Vakiovaraajan päätyjen ja vaipan pitäisi olla valmiiksi kasattuina pistehitseillä, niin että

varaaja pysyy grilliin asennuksen ajan koossa. Grillissä robotti hitsaisi varaajan vaipan ja päädyt lopullisesti yhteen, sekä kiinnittäisi muhvit ja jalat varaajaan. 12 Varaajan yhteiden asennus tapahtuu niin, että ensimmäinen robotti polttoleikkaa tarvittavat reiät yhteille. Reikien leikkaamisen jälkeen toinen roboteista ottaa kiinnitettävän yhteen ja asettaa sen oikeaan kohtaan, jolloin ensimmäinen robotti on vaihtanut polttoleikkauspään hitsauspäähän ja hitsaa yhteen kiinni vaippaan. 6.4.2 Ovaalivaraajan solut Kahdessa muussa solussa suoritettaisiin ovaalivaraajien ja varaajaosien kokoonpano. Ovaalivaraajan kokoonpanossa voivat aiheuttaa ongelmia varaajan sisällä olevat vetosauvat. Sauvoja on paljon, ja niiden ympärillä ei ole paljon ylimääräistä tilaa. Vetosauvojen kiinnittäminen onkin lähes mahdotonta suorittaa robottihitsauksella sen jälkeen, kun vaippa on hitsattu kasaan. Vetotangot hitsattaisiin vaipan keskiosaan, jonka jälkeen vaippa voitaisiin hitsata kasaan robotilla. Ovaalivaraajan päädyissä on vahvikelevyjä, jotka pitäisi hitsata robotilla päätyyn kiinni ennen päädyn asennusta ovaalivaraajan vaippaan. Ovaalivaraajan kokoonpano pitäisi tehdä osa kerrallaan, jotta lopuksi valmiista osista voitaisiin koota valmis varaaja. Varaajien osien kokoonpanossa solussa tarvittaisiin kääntöpöytä, jotta kappaleita voitaisiin pyöritellä oikeisiin asentoihin hitsausta varten. Lisäksi tarvittaisiin omavalmisteisia jigejä, joiden avulla kiinnitettävä osa saataisiin juuri oikeaan kohtaan. Suurin osa kappaleista jouduttaisiin kokoamaan pienillä kiinnityshitsauksilla, jonka jälkeen osat voitaisiin asettaa robottisoluun, jossa robotti suorittaisi lopullisen hitsauksen. Hitsausasemassa on kaksi solua varattuna samoille toiminnoille. Vakiovaraajia hitsataan kahdessa solussa, toisessa isoja varaajia ja toisessa pieniä varaajia. Erikoisvaraajia ja osia valmistetaan myös kahdessa solussa. Soluja tulee olla varaajien tai varaajaosien hitsaukseen useita. Robotin tehdessä töitä toisessa solussa, voidaan toisia soluja valmistella sillä aikaa uudella hitsattavalla varaajalla tai varaajaosilla.

13 7 HITSAUSASEMAN SIJAINTI 7.1 Sijainnin määrittäminen Hitsausaseman sijainnin tuotantotilassa pitää olla oikeassa paikassa. Hitsausaseman paikkaa etsittäessä kiinnitetään huomiota vanhojen jo olemassa olevien laitteiden sijaintiin, ettei toimivia koneita ja niiden sijaintia tarvitsisi muuttaa ja materiaalivirtoja järjestellä uudelleen. Hitsausasemalle löytyi kolme mahdollista sijaintipaikkaa: 1. päälinjan keskellä, 2. linjan alkupää, 3. omassa hallissa. (Kuvio 6) KUVIO 6. Vaihtoehtoiset hitsausaseman paikat

14 7.2 Päälinjan keskellä Päälinjan keskellä on säiliötuotannon keskivaihe, johon kuuluu säiliöiden kokoonpano hitsaamalla. Materiaalivirtojen kannalta paikka olisi hyvä, koska olemassa olevat laitteet tekevät saman työn, minkä suunniteltu hitsausasema tekisi. Juurituen muovaus jäisi kuitenkin hitsausaseman alle, ja hitsausasema ei voi muovata juuritukea. Juurituen muovaus täytyisi sitten siirtää omaksi yksikökseen jonnekin muualle, mikä aiheuttaisi ongelmia uudelleen sijoittelun kanssa. ABB:n edustajan mukaan paikka olisi hyvä hitsausasemalle ja se mahtuisi helposti päälinjan keskelle. Akvatermin henkilöstön mukaan valmiita laitteita ei kannattaisi purkaa uuden aseman tieltä. Hyväksi havaittujen toimivien laitteiden purkaminen ei olisi kannattavaa, koska laitteiden purkaminen ja uuden kokoaminen vievät aikaa ja tuotanto jouduttaisiin keskeyttämään. Erikoissäiliöiden hitsauksessa tarvitaan olemassa olevia laitteita. 7.3 Linjan alkupäässä Linjan alkupäässä sijaitsevat varaajaosien varastointitilat ja käsityönä tapahtuva ruostumattomien varaajien valmistus. Materiaalivirtojen kannalta paikka ei olisi niin hyvä kuin ensimmäinen paikka päälinjan keskellä. Varaajaosia jouduttaisiin kuljettamaan edestakaisin ja suunnittelemaan uudet materiaalireitit. Linjan alkupäässä hitsausaseman alle jäisivät ruostumattomien varaajien hitsaus ja mankeli. Mankelilla valmistetaan varaajien vaipat. Ruostumattomien varaajien hitsaus voidaan helposti siirtää muualle, mutta mankeli on suuren kokonsa nähden vaikea siirtää. Hitsausaseman voisi sijoittua mankelin viereen niin, että mankelia ei tarvitsisi siirtää. Tilaa linjan alkupäässä olisi reilusti, ja hitsausasema mahtuisi helposti hallin perälle linjan alkupäähän.

15 7.4 Hallissa Hallissa sijaitsevat V-varaajien kokoonpano ja koeponnistus. Hitsausaseman sijainti olisi hyvä. Se sijaitsisi erillään omassa hallissa ja lähellä materiaalivirtaa, sekoittamatta olemassa olevan linjaston toimintaa millään tavalla. Aseman sijainti paikka olisi muuten hyvä, mutta hallin korkeus ei riittäisi. Aseman paikka omassa hallissa hylättiin.

16 8 ROBOTTIEN JA SOLUJEN SIJOITTELU Solujen sijoittelu robotteihin nähden tulisi tehdä niin, että molemmat robotit kykenisivät työskentelemään aseman kaikissa soluissa kuvion 7 mukaan. Kuviossa robottien liikeradat on merkitty ympyröillä. KUVIO 7. Robottien ja solujen sijoitus Soluissa 1 ja 2 hitsataan ovaalivaraajia ja varaajaosia. Solut on varustettu pyörivillä alustoilla, jossa voidaan käsitellä varaajia ja varaajaosia halutuissa asennoissa. Soluissa 3 ja 4 hitsataan pyöreät varaajat ja solut on varustettu pyörityslaitteilla eli grilleillä, joissa voidaan varaajaa pyörittää vaakatasossa akselinsa ympäri.

17 9 LOPPUTULOKSET 9.1 Robottien valinta Robottien valinnan kannalta reunaehtona oli, että robotit olisivat katosta riippuvaa mallia. Katosta riippuva robottirata veisi liikaa tilaa Akvaterm Oy:n hallissa. Siksipä paras mahdollinen vaihtoehto olisi kuvion 8 mukainen robottisovellus. Kuviossa 8 näkyy etualalla myös pyörityspenkki eli grilli, joita olisi tarkoitus hyödyntää vakiovaraajien hitsauksessa. KUVIO 8. Pylväsrobotti (Andon automation) Robotteja pitää olla kaksi, jotta kappaleen käsittely ja osien hitsaus saataisiin mahdollisimman tehokkaaksi. Varaajien kokoonpanovaiheessa toinen roboteista ottaa kappaleen ja asettaa sen paikalleen. Kun kappale on omalla paikallaan, tulee toinen robotti ja hitsaa sen kiinni. Toinen robotti, joka vie kappaleen omalle paikalleen, voi päästää hitsattavasta kappaleesta irti, vaikka kappaleen hitsausta ei ole viety loppuun, ja lähteä hakemaan uutta kappaletta seuraavaan paikkaan.

18 9.2 Hitsausaseman paikan määrittely Robottihitsausasema sopisi parhaiten päälinjan keskelle. Päälinjan keskellä olisivat kaikki koneet lähellä ja materiaalivirtoja ei tarvitsisi muuttaa uudelleen. Päälinjassa keskellä olevat koneet jouduttaisiin purkamaan pois ja siirtämään uusille paikoilleen, jotta varaajien käsin valmistusta voitaisiin jatkaa tulevaisuudessa. Vanhojen koneiden purkaminen uuden hitsausaseman tieltä veisi aikaa, ja varaajatuotanto jouduttaisiin pysäyttämään niin kauaksi aikaa, että vanhat laitteet saadaan sijoitettua uusille paikoilleen. Uuden hitsausaseman käyttöönotto voi viedä aikaa, ja koeajovaiheessa saattaa ilmetä lastentauteja joka aiheuttavat tuotantoon katkoksia. Nämä katkokset ovat pieniä verrattuna siihen hyötyyn, joka tuotannon robotisoinnilla saadaan aikaan. Käyttöönoton aikaiset seisokit ja lastentaudit ovat pienet, koska laitteiston toimittaja on koekäyttänyt laitteiston ja näin varmistanut sen toiminnan ennen laitteiston toimittamista. 9.3 Materiaalivirtojen uudelleen sijoitus 9.3.1 Vakiovaraajat Materiaalivirrat muuttuvat hieman, kun hitsausasema sijoitetaan päälinjan keskelle. Kuviossa 9 mankeloitu vaippa menee kuljetinta pitkin juurituen muokkaukseen, jos on tarvetta, tai siitä ohi suoraan hitsausasemaan. Muut varaajaan tarvittavat osat tulevat varaajan päätytai osavarastosta kuljettimia pitkin. Muut tarvittavat osat, kuten yhteet ja jalat, löytyvät solussa olevasta kioskista, josta robotti itse poimii ne. Valmiit varaajat menevät kuljettimella tai nosturilla koeponnistukseen, jonka jälkeen ne eristetään.

19 KUVIO 9. Hitsausaseman materiaalivirrat 9.3.2 Ovaali- ja erikoisvaraajat Erikoisvaraajien ja ovaalivaraajien osien materiaalivirrat muuttuvat myös. Varaajaosat tai aihiot tulevat varaajaosavarastosta, josta ne kuljetetaan kuljetinta pitkin hitsausaseman soluun hitsausta tai polttoleikkausta varten. Valmiit varaajan osat jätetään varastoon odottamaan lopullista varaajan kokoonpanoa. Valmiit varaajat kuljetetaan koeponnistukseen, josta ne menevät muottieristykseen. Erikoisvaraajien ja ovaalivaraajien osien ja varaajien kokoonpano tapahtuisi omien jigien avulla. 9.4 Muuta robottihitsauksesta Robottihitsauksella saadaan tasaisempaa ja parempaa laatua. Työympäristö ja viihtyisyys paranevat huomattavasti. Robottihitsauksessa hitsattavien kappaleiden tulee olla tarkkoja ja laadultaan tasaisempia. Robotti ei ymmärrä, jos varaajan vaippa ei ole ihan pyöreä tai pääty ei ole kunnolla asetettu vaippaan kiinni. Siksi robottihitsausjärjestelmässä pitäisi olla tehokkaat laadunvarmistus ja railonseurantajärjestelmät. Railon seurannassa robotti osaa seurata hitsattavaa railoa, ja näin pienet mittavirheet saadaan korjattua. Juurituella saadaan helpotettua robottihitsausta, ja vakiovaraajissa vaipan ja päädynvälissä on sellainen jo valmiina. Robottien liikkeissä pitäisi olla törmäyksen estot ongelmatapauksia varten. Kaksi robottia työskentelee samassa solussa, jolloin sattuu helposti päällekkäisyyksiä liikeradoissa.

20 LÄHTEET Akvaterm Oy 2008a. Lämminvesivaraajat. Saatavissa: www.akvaterm.fi. Luettu 19.4.2008 Akvaterm Oy 2008b. Yritystietoa. Saatavissa: www.akvaterm.fi. Luettu 2.4.2008. Andon Automation. Welding robot automation -esite. Hietikko, Esa. 2007. SolidWorks -Tietokoneavusteinen suunnittelu. Tampere: Savoniaammattikorkeakoulu.

LIITE 1 Juho Nuosmaa / 17.3.2006 juho.nuosmaa@akvaterm.fi TARJOUSPYYNTÖ ABB Oy Juha Sopanen Fiser / Sehrs-pss robottimyynti ROBOTTIHITSAUSASEMA 5. helmikuuta 2008 Yrityksemme on Kokkolassa sijaitseva lämminvesivaraajia valmistava yritys. Tavoitteemme on hankkia monisoluinen robottihitsausasema, joka valmistaisi varaajat valmiiksi koeponnistusta varten. Asia: Pyydämme tarjousta robottihitsausasemasta ja siihen tarvittavasta laitteistosta, joilla robotisoidaan säiliöiden ja säiliöiden osien hitsaus ja kappaleidenkäsittely. Reunaehdot: - Kaksi käsivarsirobottia - Robotit työstävät yhdessä neljässä (4) solussa. - Vaihtoehtoiset suunnitelmat sijainnille. o 1. Päälinjan keskellä o 2. Omassa hallissa o 3. Linjan alkupää - Toinen roboteista suorittaa hitsauksen ja kappaleiden käsittelyn ja toinen hitsauksen lisäksi polttoleikkaisi. - Kahdessa solussa tapahtuu pyöreiden vakiovaraajien kokoonpano. Toisessa käsitellään isoja varaajia ja toisessa pieniä. Muita soluja käytetään varaajien osien ja erikoisvaraajien kokoonpanoon. - Robottien ohjelmointi on suoritettu valmiiksi annettujen mallien mukaisesti ja ohjelmaa muokkaamalla saadaan robotti käsittelemään erikokoisia varaajia. Ohjelman muokkaus tapahtuu helposti ja kestää korkeintaan 10 minuuttia. Maksuehto: Tilauksen yhteydessä 100% 30 päivän maksuehdolla. Viivästyskorko 10% toimituksen arvosta alkavalta kuukaudelta, lasku kirjoitetaan viivästymistä seuraavana perjantaina ja viivästymisellä on 14 päivän maksuehto. Muut ehdot: Yleisten sopimusehtojen NL 01 mukaisesti. Erimielisyydet: Käsitellään Kokkolan käräjäoikeudessa. Liitteet: - Varaajien 3D mallit. - Halli layout. Akvaterm Oy tel: +358 6 8244 240 Jänismaantie 12 mobile: +358 400 785164 67800 Kokkola fax: +358 6 8244224 FINLAND www.akvaterm.fi

LIITE 2/1

LIITE 2/2

LIITE 2/3

LIITE 3/1

LIITE 3/2

LIITE 3/3