Wat maakt geautomatiseerde bewerkingsmachines productief, betrouwbaar en flexibel?

1. Hoge productiviteit

Het belangrijkste doel van geautomatiseerde productie is het verhogen van de productiviteit van zowel personeel als machines. Automatisering moet gebaseerd zijn op een geavanceerd proces en moet de niet-bewerkingstijd en de tijd voor nevenactiviteiten voortdurend verminderen. Het automatiseren van een verouderd proces levert slechts beperkte voordelen op.

De productiviteit op lange termijn ligt lager dan de ideale cyclussnelheid, omdat er ook buiten de bewerkingscyclus om verliezen optreden. Het vervangen van gereedschap, reparaties, het afstellen van mechanismen, het opnieuw laden, productwisselingen en organisatorische stilstanden kosten allemaal tijd. Deze verliezen kunnen op zes gebieden worden teruggedrongen:

1. Verliezen in verband met de bewerking. Maak gebruik van doorlopende geautomatiseerde productielijnen, snelle niet-snijdende mechanismen, automatische inspectie, spaanafvoer en robots of apparaten voor het periodiek laden.
2. Verliezen in verband met gereedschap. Maak gebruik van gereedschapmagazijnen, robots voor automatische gereedschapswisseling, automatische gereedschapsafstelling, zelfvergrendelingsmechanismen en verplichte gereedschapsvervanging.
3. Schade aan apparatuur. Maak gebruik van automatische slijtagecompensatie en slijtagebeperkende mechanismen, beveiligingsvoorzieningen, duurzame materialen, betrouwbare smering, gepland onderhoud en automatische diagnostiek.
4. Verliezen door ploegwisselingen en materiaaltekorten. Maak gebruik van geautomatiseerde opslag tussen bewerkingen, productielijnen, afdelingen en werkplaatsen, in combinatie met automatische registratie en computerbeheer.
5. Verliezen in verband met schroot. Maak gebruik van actieve inspectie tijdens het productieproces, adaptieve regeling, automatische compensatie van gereedschapsslijtage en verplichte gereedschapswisselingen om het proces en de geometrie van het werkstuk te reguleren en het aantal afkeuren te verminderen.
6. Omschakelings- en instelverliezen. Maak gebruik van moderne CNC-automatische systemen, herconfigureerbare flexibele productielijnen, computergestuurde variabele systemen, programmabesturing, automatische programmaomschakeling en snel verstelbare gereedschappen.

2. Consistente bewerkingsnauwkeurigheid

De productkwaliteit bepaalt of het product en het geautomatiseerde systeem praktische waarde hebben. Het voorkomen van afkeuring per partij en het handhaven van de nauwkeurigheid zijn fundamentele vereisten.

1. Slijtage van gereedschapsafmetingen. Slijtage kan de maat- en geometrische nauwkeurigheid ernstig beïnvloeden. Automatische werkstukmeting, indirecte bewaking van snijkracht, koppel, temperatuur, geluid of oppervlakteruwheid, en directe online slijtage-detectie kunnen gegevens leveren aan een regelsysteem dat het gereedschap automatisch compenseert. Wanneer detectie en compensatie niet beschikbaar zijn, wordt in bewerkingscentra en FMS'en op grote schaal gebruikgemaakt van verplichte vervanging op basis van de standtijd, waarbij de standtijdgegevens en snijtijd door de computer worden beheerd.
2. Elastische vervorming. Een systeem met een lage stijfheid kan aanzienlijke fouten veroorzaken, met name bij de nabewerking, waar de stijfheid ook van invloed is op de oppervlakteruwheid. Speciale en modulaire machines voor middelgrote of grote producties kunnen worden ontworpen rond één productfamilie, zodat hun mechanische eigenschappen voldoende stijfheid bieden. Het verbeteren van een tandstangfrees van één tand naar meerdere tanden kan bijvoorbeeld niet de gewenste nauwkeurigheid opleveren als er geen rekening wordt gehouden met de stijfheid van de machine.
3. Snijparameters. Snelheid, voedingssnelheid en snijdiepte zijn van invloed op de oppervlakteruwheid. Deze parameters moeten voldoen aan de productiviteitseisen zonder dat dit ten koste gaat van de oppervlaktekwaliteit.
4. Fout bij het instellen van de machine. Bij geautomatiseerde productie wordt gebruikgemaakt van vooraf ingestelde machines en automatisch bereikte afmetingen. De afmetinginstellingen van de machine en de verhouding tussen machine en werkstuk moeten daarom vóór de productie worden aangepast. Gereedschappen kunnen worden ingesteld aan de hand van een referentie-onderdeel of door middel van proefsnijden en moeten voldoen aan de opgegeven tolerantie.

3. Hoge betrouwbaarheid van de apparatuur

Kwaliteit, kosten en daadwerkelijke productiviteit hangen af van de betrouwbaarheid. Naarmate de betrouwbaarheid toeneemt, komt de daadwerkelijke output steeds dichter bij de theoretische ontwerpwaarde.

Apparatuur komt tot stilstand als gevolg van storingen aan de machine, de opspanning of onderdelen; defecten aan gereedschap; geplande stilstanden; of organisatorische oorzaken zoals ontbrekende halffabricaten, gereedschap of personeel, defect materiaal en onderbrekingen in de stroom- of luchttoevoer. Storingen zorgen ervoor dat een mechanisme stilvalt of dat de vereiste nauwkeurigheid niet wordt bereikt.

Het uitvalpercentage in de loop van de gebruiksduur verloopt in drie grote fasen:

1. Vroege mislukkingen. De uitvalfrequentie is aanvankelijk hoog en daalt daarna snel. Oorzaken hiervan zijn onder meer materiaalfouten, een onvolwassen ontwerp, gebrekkige fabricage en fouten bij de eerste ingebruikname. Regelmatige inspecties, feedback aan de ontwerp- en productieafdelingen, het verhelpen van gebreken, het opleiden van operators en het inlopen van onderdelen zorgen ervoor dat de apparatuur stabiel gaat functioneren.
2. Willekeurige storingen. Bij normaal gebruik blijft de storingsfrequentie stabiel en treden storingen onvoorspelbaar op, vaak als gevolg van overbelasting of onvoorziene spanningsconcentraties. Reiniging, smering, afstelling en inspectie dragen bij aan het verlengen van de levensduur.
3. Defecten door slijtage. Mechanische slijtage, vermoeidheid, chemische corrosie en tijdsgebonden materiaalveranderingen zorgen ervoor dat het aantal storingen sterk toeneemt. Beter onderhoud vermindert dit aantal en vertraagt de achteruitgang.

De betrouwbaarheid hangt af van de betrouwbaarheid van de componenten, het aantal componenten en de aansluitingsarchitectuur. Bij een starre, in serie geschakelde lijn zorgt één defecte component ervoor dat de hele lijn stilvalt; door de lijn op te splitsen in secties met buffercapaciteit kunnen de betrouwbaarheid en de productiviteit worden verbeterd.

Een goed ontwerp, een goede fabricage, goede bedieningsprocedures, onderhoudsvriendelijkheid en snelle foutdetectie zorgen allemaal voor minder stilstand. Voor slijtageonderdelen die vaak defect raken, moeten snelwisselkoppelingen worden gebruikt, zodat complete reserve-eenheden kunnen worden vervangen. Parallelle redundante componenten, stand-by-takken en handmatige noodbesturing kunnen de beschikbaarheid verder verbeteren.

4. Flexibiliteit in de productie

Door kortere productlevenscycli en een grotere verscheidenheid is de gemengde productie van kleine en middelgrote series gemeengoed geworden. Flexibele apparatuur kan binnen een bepaalde onderdelenfamilie overschakelen door de software aan te passen en met minimale aanpassingen aan de gereedschappen, vaak zonder dat de machine handmatig hoeft te worden afgesteld. Dit verkort de omsteltijd en de voorbereidingstijd voor de productie aanzienlijk en maakt de productie van verschillende modellen mogelijk.

Voor geautomatiseerde systemen voor kleine en middelgrote productieseries kan het volgende nodig zijn:

1. Automatische programmawisseling. Computers of programmeerbare besturingen moeten snel van apparatuurprogramma’s kunnen wisselen zonder het systeem stil te leggen.
2. Automatische productie van verschillende producten of een productfamilie. Universele, sterk geautomatiseerde overbrengings-, palletbevestigings- en bewerkingssystemen moeten gegroepeerde onderdelen automatisch verwerken.
3. Variabele routebepaling en takt. Een uiterst flexibel systeem moet verschillende producten via verschillende procesvolgordes en transporttrajecten leiden, en dit bij verschillende productiesnelheden.
4. Efficiënte automatische bewerking en gereedschapswisseling. CNC-machines met magazijnen en automatische gereedschapswisselaars verkorten de bewerkingstijd en de tijd die nodig is voor het wisselen van gereedschap, en zorgen voor een constante productiviteit.
5. Automatische bewaking en foutdiagnose. Inspectie, bewaking en diagnose tijdens het productieproces verminderen stilstandtijd en inspectietijd, terwijl de betrouwbaarheid en kwaliteit gewaarborgd blijven.

Niet elke machine heeft alle functies nodig. De flexibiliteit moet aansluiten bij de productie-eisen en de daadwerkelijke bedrijfsomstandigheden.

Zelfs starre systemen met een hoge doorvoercapaciteit kunnen flexibele elementen bevatten. CNC-cellen of machines met verwisselbare spilkoppen kunnen de aanpasbaarheid aan verschillende producten verbeteren. Buffers in starre transportsystemen kunnen afzonderlijke secties van elkaar loskoppelen, zodat een storing in één eenheid niet de hele productielijn tot stilstand brengt.