על אוטומציה ורובוטיקה בתעשיית הפלסטיקה / דוב נוימן

רובוטים ברצפת הייצור תורמים לחיסכון בכוח אדם ולייצור אחיד ועקבי. רובוטים פשוטים, מורכבים, תאי ייצור רובוטיים ורובוטים נעים בצורה אוטונומית – את כולם ניתן למצוא היום בתעשיית הפלסטיקה

תמונה 1: רובוטים קרטזים/מניפולטורים להוצאת המוצר מהתבנית ולהפרדת עוקצים.

אוטומציה ורובוטיקה הם תחומים מתפתחים, הנמצאים בשימוש הולך וגובר בתעשיות המתקדמות. לעיתים קיים קושי למתוח קו ברור בין התחומים. כמעט בכל פתרון אוטומציה ניתן למצוא מאפיינים רובוטיים ולהיפך, ניתן לראות שימוש ברובוט לביצוע עבודה אוטומטית שאינה מצריכה את כישוריו האופייניים. על כן נגדיר תחילה את שני התחומים:

• רובוטיקה – פתרון רב-תחומי, המשלב בתוכו הנדסת מכונות, הנדסת אלקטרוניקה והנדסת תוכנה. אלו משולבים ליצירת מכונה בעלת יכולת תנועה עצמאית המבוססת על מידע שמגיע מחיישנים שונים. למכונה "יכולת תבונית" והרובוט מבצע בעצמו את הפעולות שהוגדרו.
• אוטומציה – (תרגום מילוני: פועל מעצמו) שימוש באביזרים מכניים ו/או אלקטרוניים, על מנת לבצע סידרת פעולות ברצף, ללא מגע יד אדם.

בעבר מערך הבקרה של רובוטים ומערכי אוטומציה היה שונה. בעוד שרובוטים הכילו מחשב המאפשר בחירה של מערכי הפעולה, מערכות אוטומציה היו מקובעות בפעולתן. כיום, הבדל זה הולך ומטשטש בעקבות מערכות פיקוד חדשות המקנות גם למערכות האוטומציה גמישות תפקודית. על כן, ההבדל המשמעותי שנשאר הינו במבנה המכני המשפיע על הגמישות. מערכת אוטומציה תבצע ייצור בן מספר פעולות, ללא יכולת להחליפן או לשנות את הייצור באופן משמעותי ואילו הרובוט יבצע לבצע פעולות שונות על גבי מוצרים תוך יכולת תכנות מחדש.

כניסת הרובוטים לתעשיית הפלסטיק

הרובוטים החלו לחדור באופן מאסיבי לתעשיית הפלסטיק עם העלייה בעלות כוח האדם. מלבד חיסכון בעלויות, שילוב רובוטים בהזרקה משפר את איכות המוצר ותפוקת המכונה. בתחילת הדרך נעשה שימוש ברובוט קרטזי, להוצאת המוצר מהמכונה והנחתו אותו על גבי מסוע או שולחן, לעירום או לפעולות המשך
(תמונה 1). בשיטה הזו נחסך כוח אדם והתאפשרה עבודה רציפה, בקצב אחיד, בכל המשמרות.

בשלב הבא נוספו רובוטים בעלי שלשה צירים קשיחים, שיכלו להוציא מוצרים וגם לסדרם על גבי שטח נתון במספר ערמות לפי מבנה המוצר וגודלו (תמונה 2). בתחילה שולבו רובוטים אלה במכונות גדולות ובהמשך נכנסו גם למכונות בינוניות וקטנות. המגמה הזו המשיכה לרובוטים בעלי 6 צירים לשליפת מוצרים מורכבים, להכנסת חלקים ולביצוע הזרקות over-molding.

תמונה 2: רובוט שלושה צירים להוצאת מוצרים וסידורם לפי הצורך

דיוק ההנעה החשמלית

בעשור האחרון קיימת מגמה למעבר מצירי הינע באמצעות אוויר או מנוע חשמלי פשוט, לצירים מונעים מנועי סרוו חשמליים. המעבר הזה אפשר תנועה מהירה ומדויקת יותר. במקביל, ניתן לקבל בקלות יחסית ובגמישות גדולה, שילוב של תחנות עבודה נוספות כגון חיתוך, הדבקה, הדפסה, והכנסת מדבקות (IML ו-IMD), תוך שמירה על אוריינטציית החלק וללא מעורבות מפעיל.

שילוב ציוד משלים

ניצול מרבי של הרובוטים תומך גם בהעברת המוצר לתהליכי ייצור משניים. כך ניתן לראות פתרונות משלימים בצמוד למכונה העיקרית ואף תאי ייצור שלמים הכוללים שילוב מכונות אריזה, המכלה לקרטונים ומשטוח. בצורה זו אפשר לחסוך בשטח ריצפה ובעגלות ומשטחים.

דוגמה מעניינת לשילוב ציוד משלים היא שילוב מגרסה דוחסת לצד רובוטיקה (תמונה 3). עבודת מגרסה רגילה לצד מכונת ההזרקה גורמת לאבק פלסטי שעלול לפגוע בתהליך. כפתרון לכך פיתחו בחברת HARMO היפנית רובוט העובד לצד מגרסה דוחסת שיוצרת מהחומר הגרוס גרגרים ללא אבק בעלי גודל אחיד, שאינו פוגע ביציבות מחזור ההזרקה. כך נמנעת פגיעה בייצור ועדיין מתאפשר להשתמש בחומר שנגרס בתהליך.

מגמה זו של שימוש בתאי ייצור למוצר ספציפי או לקבוצת מוצרים שדורשים עיבוד משני כגון הדפסה, קידוח, גריסת עוקצים, ואריזה, תלך ותגדל ככל שתתאפשר יותר גמישות ברובוטים ובמכונות הייצור עצמן. לצורך כך תידרש ריצפת ייצור גדולה יותר.

תמונה 3: שילוב של מגרסה דוחסת מבית HARMO למניעת אבק של חומרים גרוסים.

התאמת סביבת הייצור

בכדי לנצל את יתרונות הרובוט יש לארגן את סביבת העבודה לקליטת החלקים הנפלטים מהמכונה. האפשרות הפשוטה והקלה ביותר הינה שילוב של מסוע שיפנה את החלקים מאזור ההנחה של הרובוט, וייצור מיצבור שיפונה על ידי עובדים או באמצעים אוטומטיים. אפשרות נוספת היא מחסנית מערום של ארגזים, שישונעו למחסן בהמתנה לפעולות נוספות. בשיטה זו הרובוט מניח את החלקים בארגז וכשזה מתמלא הוא מוחלף בארגז ריק שנערם במיקום נפרד. מדי כמה זמן מפונים הארגזים המלאים ומוחלפים בארגזים ריקים.

רובוטים לשינוע ברחבי המפעל

לאחר החליצה ממכונת ההזרקה והטיפול במוצר בתוך תא הייצור, מגיע השלב הבא שבו יש להעביר את המוצרים בתהליך או את המוצרים המוגמרים לאחסון ביניים או לשילוח ללקוחות. עלות השינוע מנקודה לנקודה על ידי כוח אדם עלולה להגיע לכ-2/3 מעלות הייצור הכוללת. העלויות הגבוהות נובעות מיעילות נמוכה, מטעויות אנוש מאובדן מוצרים וכדומה.

רובוטים ניידים פותחו כדי לצמצם את העלויות ולמנוע את נזקי ההעברה בתוך המפעל. הרובוט הנייד הינו מעין רכב אוטונומי אינטליגנטי, המסוגל לנוע מנקודה לנקודה במסלולים משתנים. הרובוטים יודעים לעבוד בסביבת אדם, לשנות נתיבים ולעקוף מכשולים. רכבים תוך מפעלים (Automated guided vehicle) שהיו בעבר חייבו מערך קשיח של מסלולי תנועה. כיום קיימת יכולת תנועה חופשית ללא מסילות קבועות. רובוטים אלה מכונים Automated intelligent vehicle (תמונה 4). על גבי בסיסים ניידים אלה מורכבות יחידות המותאמות לצרכי הקו אותו הם משרתים. יחידות אלה מאפשרות אופטימיזציה וגמישות מרבית בניגוד למערכי מסועים קשיחים. הם לסייע בשינוע בקלות תוך שימוש בשטח ריצפה קטן בהרבה.

תמונה 4: רובוטים אוטונומיים ניידים לשינוע תוך מפעלי.

למידע נוסף:

מולטיפק פלסטיק, אהוד נוימן, 050-495-1655, [email protected]