Автоматизация в сектора на масивната дървесина

"Фабриката за тъмнина" вече е на съвременно ниво и успешно се прилага в практиката. Въпреки това тази тенденция понастоящем е ограничена главно до производството на панелни мебели. Производителите на мебели от масивна дървесина са изправени пред по-големи предизвикателства, както обяснява в статията си Петер Хартман от Schuler Consulting.

Предизвикателства, дължащи се на голямата сложност и различията

Освен основните предизвикателства, производителите в сектора на масивната дървесина се сблъскват и със специални предизвикателства, когато предприемат стъпка към автоматизация. Мебелната индустрия се различава от много други клонове на преработващата промишленост най-вече по характеристиките на продуктовите вариации, т.е. по материала, формата, конструкцията и дизайна на повърхността. Тези характеристики се отнасят както за производството на мебели от плоскости, така и за производството на мебели от масивна дървесина. И така, защо автоматизацията е по-напреднала в сектора на панелите?

Причините за това се дължат главно на сравнително разнородните суровини и произтичащата от това необходимост от по-широка верига на стойността в рамките на производството. Въпреки това понякога по-голямата сложност и разнородност на продуктите и процесите, както и по-сложната логистика по веригата на стойността също играят своята роля. Дори и изискванията в различните сегменти на производството на корпусна мебел (кухня, баня, офис и т.н.) да се различават един от друг, основните последователности на процесите и компонентите, които трябва да се обработват, са много сходни. Това дава възможност за разработване на стандартизирани концепции за производство, които могат да бъдат адаптирани сравнително бързо към специалните изисквания на клиента с неговото продуктово портфолио.

За разлика от производството на мебели от плоскости, в производството на мебели от масивна дървесина има малко тривиални геометрични форми на компонентите. Вместо това, сложните, специфични за клиента форми на компонентите с различни профили и видове дървесина са нормалното производство. В този индивидуален и сложен спектър от мебелни части или техни модули често могат да се използват базови машини. Въпреки това повечето от другите, свързани с процеса машинни съоръжения, като например устройства за подаване, подреждане, цанги и инструменти, обикновено трябва да бъдат адаптирани към портфолиото според нуждите на клиента. Стандартизацията и разработването на общи концепции за автоматизация за широк спектър от приложения е много по-сложно.

Възможности за автоматизация

Машините с ЦПУ не са единственото решение на този проблем. При всички проекти за автоматизация - независимо от портфолиото на продуктите или машините - възникват подобни проблеми. В цялата индустрия обработката с ЦПУ е станала незаменима. При обработката на масивна дървесина обаче възниква по-специално въпросът за разнообразието от цанги, както и за предизвикателствата при обработката на материалите преди, след и по време на процеса на обработка. Образуването на купчини и обработката на купчини също повдигат вълнуващи въпроси в областта на интралогистиката, да не говорим за проследяването на компонентите и контрола на качеството в производството.

Много от тези предизвикателства правят практически невъзможно прилагането на автоматизация в смисъла на производство на индивидуални поръчки в момента. Поради това автоматизацията с помощта на технологии с ЦПУ често се използва за настройка на процесите на обработка по такъв начин, че намесата на оператора на машината да бъде сведена до минимум. Тогава задачите на оператора все повече се съсредоточават върху настройката и подготовката на детайлите за зареждане на машината. В повечето случаи това се извършва с помощта на магнетофони, роботи или комбинация от двете. Поради това технологията с ЦПУ вече се използва широко и в обработката на масивна дървесина, но това повдига въпроса кои други области могат да бъдат оптимизирани чрез мерки за автоматизация.

Голямата разлика във формата често прави невъзможно използването на едни и същи устройства и инструменти за цангите за всички компоненти. Това е особено видимо в областта на лепенето на форми (напр. корпуси на седалки), където не е възможно да се работи с обикновени цанги или вакуумни чаши. Проблемът с инструментите може да бъде решен лесно с помощта на обширни устройства за смяна на инструменти. Използването им спестява разходи за настройка по време на работа, но е свързано с по-висока инвестиция при закупуването на машините.

За да се оптимизира гъвкавостта на машините по отношение на устройствата за затягане, има възможност за използване на "многофункционални маси". В този случай на обработващата маса на машината с ЦПУ се монтират различни цанги, за да може да се произвежда възможно най-широк набор от детайли, без да се сменят цангите. Това дава възможност за по-ефективно производство на по-малки партиди и по този начин за намаляване на сроковете за изработка и складовите наличности. За да се адаптират подаването и подреждането към повишената гъвкавост на машината, сега е възможно или да се върнете към ръчната работа, или последователно да напреднете с автоматизацията в обработката на материали и интралогистиката.

При производството на панелни мебели предизвикателството е да се формират стабилни и безопасни стекове, които могат да се транспортират в производството без повреди. Понякога сложните модели на подреждане се изчисляват с алгоритми за образуване на купчини с помощта на части за пълнене. На свой ред, понякога се създава отделна логистична система за тези пълнежни части, така че образуването на купчини да се извършва оптимално, без да се възпрепятстват процесите на обработка. Автоматизираното разпознаване на частите и манипулирането на материалите с помощта на роботи или портали може да се реализира напълно автоматично и за детайли, базирани на панели.

Обработка и логистика на компонентите

В сектора на масивната дървесина автоматичното обработване на материали от хаотични стекове със сложни форми на компонентите все още не е успешно приложено. Остава да се види дали различни системи, като например за събиране на насипни материали, могат да бъдат пренесени в тази област на приложение, за да могат в бъдеще успешно да се събират от хаотични стекове. Понастоящем вниманието е насочено по-скоро към еднотипни и фиксирани модели на подреждане, които се формират върху различни товароносители с помощта на подредена дървесина. В този случай си струва да се разработят специални устройства за подреждане на товароносителите или на цели колички за целите на автоматизацията, които улесняват зареждането на машините и по този начин спестяват време. Ако компонентите лежат в известна позиция върху товарния носител, е възможно системата за зареждане - обикновено под формата на робот - да захване частите по-бързо и накрая да ги позиционира оптимално върху машината. Наличните в момента концепции за клетки на различни производители на машини вече позволяват висока степен на автоматизация, при условие че се спазват няколко ограничения. Много производители на машини и в момента разширяват продуктовото си портфолио, за да предложат ефективни решения за нарастващото търсене на автоматизация.

Италианската Bacci Group е специализирана в автоматизацията и роботизацията при обработката на масивна дървесина. "С Bacci-Automation вече можем да картографираме цялото ноу-хау за автоматизация на нашите многоосни машини с ЦПУ в групата от компании. Целта на този нов интеграционен подход е да се повиши производителността в производството, като в същото време се осигури висока степен на гъвкавост. Това се отнася както за отделни клетки, така и за сложни линии на производство. Чрез интегрирането на роботи в машини с ЦПУ производителите могат да обработват компоненти с различни размери и геометрия чрез гъвкави концепции на клетките. С други думи, различни поръчки за производство с различни компоненти могат да се произвеждат в една партида и да се използват синергичните ефекти за подобряване на времето на процеса", казва Паола Бачи.

В допълнение към положителното развитие на машинната среда, логистиката в производството също е потенциален компонент на цялостната автоматизация. Понастоящем всеки компонент от масивна дървесина се нуждае от собствен товароносител, което води до много различни товароносители в случай на голямо разнообразие на компонентите. Това е съпроводено с необходимост от пространство в производството, която не бива да се подценява. За да се поддържат ниски запаси в буферите, много производители често променят програмата за производство, което означава, че трябва да се формират сравнително малки стекове. Като цяло, тази процедура и големите
броят на товароносителите означава, че сега са необходими и много превози, което натоварва логистиката.

В тази конфликтна област в момента съществуват основно три различни опции за автоматизация на логистиката. Ако се използват описаните по-горе товароносители, те могат да се транспортират или на автоматизирани ролкови конвейери, или с помощта на автоматизирани управляеми превозни средства (AGV). При избора на тези транспортни технологии роля играят факторите честота, разстояние на транспортиране, както и броят на източниците и поглъщателите на транспорта. В допълнение, един AGV парк става рентабилен едва от определен размер на парка и при модел на смяна, тъй като в противен случай първоначалната инвестиция за софтуер и инфраструктура е много висока спрямо размера на парка. В по-малки, по-малко гъвкави транспортни мрежи автоматизираните ролкови конвейери се представят по-добре. Като цяло обаче трябва да се проучи коя философия е предпочитана в компанията, за да може да се преследва правилната философия по целенасочен начин. Комбинацията от двете системи също може да бъде полезна, като тук трябва да се извърши прецизно проучване и претегляне на предимствата и недостатъците.

"One Piece Flow"

В допълнение към двата варианта за транспортиране на материали, описани по-горе, класическият "One Piece Flow" (OPF), разбира се, все още е в сила. Тази философия е успешно приложена в автоматизираните решения за индивидуални поръчки на различни производители на панелни мебели. Поради разнообразието и сложността на продуктите в производството на мебели от масивна дървесина обаче е трудно да се преследва тази концепция. В отделни случаи обаче си струва да се провери и приложи концепция под формата на ОПФ. Кога се прилага това? Най-общо казано, това е много добре възможно за стандартни форми на компонентите с кратко време за обработка на различни последователни станции или с много сложни процеси на подаване на различни станции.

Трябва да се отбележи, че ОПФ трябва да позволява плавно и лесно "ръкостискане" между отделните станции на операциите по обработка, като по този начин се постига бързо, ефективно и балансирано синхронизиране. Именно тук помагат класическите методи и подходи от модулната система Lean Management, като например "Хейкинка" и "Хейкунка". След това техническото изпълнение се движи в посока на класическите технологии за автоматизация, без широко използване на роботиката, въпреки че тя със сигурност може да бъде полезно допълнение. Целта е да се сведе до минимум сложното разпознаване и позициониране на компонентите, както е необходимо при използването на
роботиката, чрез фиксирано позициониране на компонентите по време на целия процес, като по този начин се намаляват големите инвестиции в сензорна технология и софтуер. Това опростява манипулирането, проследяването и в крайна сметка контрола на качеството на компонентите.

Тази философия обикновено може да бъде приложена само в областта на специалното машиностроене, което включва специфични за продукта производствени линии и е в противоречие с една от основните цели на автоматизацията и цифровизацията: гъвкавостта. Освен това, особено в сектора на дърводелците, трябва да се отбележи, че броят на специализираните машиностроители, които могат да реализират такива сложни системи, е ограничен. Поради тази причина първо трябва да се направи опит за картографиране на процесите на стандартни машини със специфична за клиента технология за автоматизация, преди да се прибегне до специални машини. Въпреки това често се налага специално машиностроене, особено за много сложни и индивидуални компоненти.

Ако всички процеси са автоматизирани, отпада контролът на качеството, който обикновено се извършва от оператора на машината. Как сега се гарантира, че качеството и пълнотата са правилни в производството? При по-внимателно разглеждане на настоящите технически възможности бързо става ясно, че границите на днешните системи са много тесни и поради това само частично могат да отговорят на изискванията за обработка на масивна дървесина. Ако дефекти като шупли, повреди или разлики в размерите все още могат да се откриват добре от системите с камери, то откриването на цветове и зърна изглежда много по-трудно.

Този проблем отдавна е проблем за сканиращата технология в дъскорезниците или при рязане. Тук обаче се сканират почти само повърхности. При проверката на качеството на мебелните детайли се добавя и проблемът със сложните форми на компонентите, което налага да се инвестира в по-обширна технология на камерите и софтуер и не гарантира успех при разпознаването. Подобно на рязането, целта е да се сканират сложни 3D части в тяхната цялост, да се интерпретира правилно получената информация и накрая да се вземе правилното решение автоматично - след запитване за определените ограничения и правила. Именно тук се извършва сравнението на действителната информация с границите на целевите стойности. Най-късно с тази тема неизбежно се появява вездесъщият ключов въпрос на всички индустрии: Производител как са вашите данни
качество?

Цифрово свързване в мрежа

Във всички процеси по веригата на добавената стойност - включително тези в предходните раздели - всички необходими данни трябва винаги да са на разположение в хода на автоматизацията с подходящо качество и сигурност, в точното време и на точното място. С други думи, един проект за автоматизация винаги е едновременно и проект за цифровизация. В зависимост от изискванията на производителя към контрола на качеството вече се добавят и други всеобхватни елементи. Например, ако производителят не иска да има цветови разлики в рамките на дадена комисия или сглобка, записите на данни за компонентите трябва да бъдат обогатени със специфична за компонентите информация, получена по време на производството, така че по-късно да е възможно автоматизирано сортиране при сглобяването. Само по този начин компонентите могат да бъдат разпределени към различните комисии в зависимост от техния цветови спектър.

Такава процедура е възможна само при сигурно проследяване на отделните части, при което възниква въпросът за проследимостта и идентификацията на частите. Как се гарантира, че технологията за контрол на качеството, както и всички други процеси, разполага с правилните данни? Стандартните технологии, като баркодове или QR кодове, са до голяма степен изключени от разглеждане при извършване на повърхностна обработка. Използването на чипове за радиочестотна идентификация се оказва трудно при сложни форми на компонентите във визуалния диапазон, не само при поставянето, но и при начина на сканиране.

Алтернативно е възможно и проследяване на отделните части с помощта на система за управление на партиди. Тези функции могат да бъдат изпълнявани от MES система от по-високо ниво. Ако досега компанията е разчитала изключително на изолирани приложения, тя бързо ще достигне границите на съществуващата си ИТ и структура на данните. По този начин, в допълнение към оптимизацията на производството, автоматизацията предлага и голяма възможност за
да преразгледате цифровата структура на цялата компания.

Заключение: Когато компаниите пристъпват към проект за автоматизация, те често се опитват да автоматизират текущите ръчни последователности от процеси с помощта на роботи или друго техническо оборудване. Тези ръчни процеси обикновено са се развивали в продължение на десетилетия и са тясно свързани с конструирането или проектирането на продукти. Много малки детайли, които в миналото може да са опростили или подобрили последователностите на процесите, могат да имат точно обратния ефект при автоматизацията. Особено когато става въпрос за цифрово картографиране на веригата от процеси, класическото изолирано мислене в стари структури няма да доведе до успех на дадена мярка за автоматизация. Много по-важно е да се осъзнае цялата верига на добавената стойност на продуктите в предприятието, за да се оптимизира цялостно процесният поток в хода на автоматизацията и цифровизацията.

На практика това означава "връщане към корените": Анализиране на продуктите, свързването им с технологичните възможности и, ако е необходимо, оптимизиране на дизайна и други параметри. Именно тук могат да се извлекат големи предимства чрез разчупване на класическите корпоративни структури и преминаване към модерни, ефективни, интердисциплинарни проектни екипи, които осигуряват цялостен поглед върху целия жизнен цикъл на продукта. В началото се препоръчват класическите инструменти за lean управление, за да се открият слабите страни и потенциалите, да се извърши подробен анализ в началото на проекта и накрая да се разработи оптимална пътна карта за цифровизация и автоматизация. Целта на този анализ трябва да бъде да направи процесите по-икономични. Регулируемите винтове тук включват оптимизиран дизайн на продукта или интелигентен аутсорсинг, за да се поставят крайъгълните камъни за проектиране на по-ефективна верига на стойността в хода на автоматизацията. В крайна сметка тези новопроектирани пейзажи на процесите са по-лесни за физическо и виртуално картографиране. Те ще формират
стабилна основа в проекта за автоматизация.

Автор: Питър Хартман, SCHULER Consulting Азия и Европа с фокус върху производството на мебели от масивна дървесина, лакиране и Lean-Management.