Nové trendy osazovacích automatů pro malé a střední výroby

Pružnost, flexibilita, vysoká kvalita, typické znaky, kterými se obvykle chtějí prezentovat malé a střední firmy. Není jednoduché je naplnit. Problémem mohou být adekvátní výrobní nástroje. Podaří-li se těmto požadavkům v široké míře dostát a stroj, přístroj nebo zařízení nabídnout, překážkou může být cena takového řešení. Je potřeba najít kompromis mezi dostupnými technologiemi a jejich cenou. Firma Essemtec dlouhá léta udává tón v tomto směru v oblasti malých osazovacích automatů. Poslední významnou novinkou je osazovací automat FOX, do nějž se promítla celá řada technologií dostupných do současnosti pouze u výkonných a specializovaných strojů vyšších kategorií. Co nového přináší?

Většina montážních strojů, které se aktuálně vyrábějí pro oblast nízkých výkonů (pod cca 15 tis. cph), byla vyvinuta před více než sedmi lety. Tyto stroje mohou obsahovat počítačové systémy vyvinuté před rokem 2007, jednostranné vřetenové pohony s hřídelovými spoji, svařované nebo šroubované rámy strojů apod., které více nebo méně limitují jejich další rozvoj v požadavcích na vyšší dynamiku, přesnost, životnost nebo implementaci nových doplňků. Zachování parametrů po dobu životnosti stroje, která se u malých firem typicky pohybuje v rozmezí 12−15 let, a rozšíření možností stroje v průběhu životnosti jsou klíčovými požadavky. Nicméně svařované rámy strojů při vysokém namáhání způsobeném akceleracemi rychlých systémů os X/Y mají tendenci se kroutit. Vibrace nelze uvolnit. Mechanika ztrácí přesnost, zvyšuje se úroveň hluku a opotřebení mechanických součástí. Ačkoliv požadavky na přesnost rostou, po několika letech stroj není schopen dosahovat přesnost specifikovanou a zaručenou výrobcem původně obvykle v oblasti 30−50 μ v zóně +/– sigma. Na místo původního předpokladu vzniká nová potřeba investice často už v polovině života stroje.

Nová platforma FOX nabízí zásadní inovace ve všech klíčových oblastech konstrukce a navíc přináší i další rozšíření výrobního využití a parametrů automatu. Už prvním impulzem všech koncepčních změn je využití lineárních motorů. Lineární motory patří k tomu nejrychlejšímu a nejpřesnějšímu, co lze k X/Y pohonům využít. V porovnání s vřetenovými pohony se servomotory jsou pětkrát rychlejší a dynamičtější, řádově přesnější. Nevýhodou se může zdát vyšší cena, ta je však v dlouhodobějším horizontu kompenzována vysokou životností, nízkými provozními nároky a naprosto minimální údržbou. Využití dvou superrychlých lineárních motorů v případě platformy FOX znamená posunutí výkonu obvyklých jednotryskových strojů zhruba na úroveň dvoutryskových.

Vysoká dynamika lineárních motorů přinesla i zcela zásadní požadavky na rám stroje. Ten tvoří minerální odlitek z materiálu Epument, jehož základem jsou epoxidové pryskyřice. Po vytvrzení vzniká izotropní homogenní materiál, který ideálně splňuje Hookův zákon a lze na něj velmi přesně aplikovat počítačové simulace spojené s modelováním vhodné konstrukce a jejím zatěžováním. Epument se nově používá pro konstrukci strojů v různých průmyslových odvětvích. Vhodným složením směsi lze najít optimální strukturu pro konkrétní úlohu, v tomto případě pro osazovací automat s lineárními motory. Výsledným efektem je ideální tlumení vibrací a vysoká teplotní odolnost, které jsou základem dlouhodobé stability požadovaných vlastností rámu. Rámy nepodléhají teplotním dilatacím a nedochází u nich podobně jako u svařovaných konstrukcí k permanentním deformacím. Materiál má i další zajímavé vlastnosti. Je antimagnetický, elektricky nevodivý, nepodléhá korozím a při dostatečné tvrdosti a pevnosti i dobře obrobitelný bez tvorby otřepů. V praxi se kombinace lineárních motorů a stabilního rámu ve spojení s nejmodernějším středícím systémem součástek Cognex SMD4 PatMax projeví zvýšenou přesností osazování při vyšší dynamice a stabilitě procesu. I extrémní pouzdra jsou osazována vysokou rychlostí bez ztráty polohové přesnosti.

Velkou výzvou pro výrobce je tvorba komunikačního rozhraní strojů. Pro dnešního uživatele je často obtížné porozumět MMI (Man-machine interfaces) a GUI (Graphical user interfaces) prostředkům pro tvorbu uživatelských rozhraní, které jsou starší deset a více let. Jsme stále méně ochotni číst, sledujeme grafiku. Doteky, posuny, zvětšováním komunikujeme se zařízením a vše ostatní nám připadá zastaralé. Mnohé softwary jsou stále ještě produkovány ve stylu Visual Basicu a odrážejí spíše možnosti strojů minulých, nikoliv potřeby aktuálních technologií. K tomu je často pro Evropana nebo Američana obtížně pochopitelná logika MMI a GUI prostředků vyvinutých v Asii. Většina těchto systémů stále běží na Windows XP, Windows 7 nebo pod DOS, které dnes nejsou podporovány. Je důležité porozumět tomu, že jak hardware, tak software by měly být v souladu a odrážet vzájemnou úroveň technického rozvoje tak, aby soudobé technické a technologické možnosti byly maximálně využity. Samozřejmě v úvahu je potřeba vzít i fakt, že stroj i software by měly mít nejméně 10 až 15 let po nákupu podporu. Intuitivnost a efektivnost rozhraní je ale klíčová a tomu musí odpovídat řídicí hardware.

Při vývoji nové sw platformy Falcon, společné všem novým zařízením firmy Essemtec, se pokusili vývojáři s využitím aktuálně nejmodernějších prostředků MMI a GUI vytvořit prostředí, které by při rostoucích požadavcích na rozsah zpracování a zprostředkování informací poskytlo maximální přehlednost, srozumitelnost, ale i jednoduchost a potřebný výkon. Základem takové práce je samozřejmě důkladná analýza problému. V případě Falconu je výsledek, zdá se, překvapivě zdařilý. Vznikla jasně strukturovaná, víceúrovňová a snadno pochopitelná platforma s univerzálním využitím, která zvláště v případě osazovacího automatu s potřebou orientace v širokém spektru informací, nabízí uživateli nadstandardní komfort a srozumitelnou orientaci. Prostředí je plně grafické, reprezentující jak vlastní předmět komunikace, tak probíhající proces. Výrobní postup je zobrazován v reálném čase přímo před očima uživatele, takže možnost efektivně zasáhnout do procesu v případě potřeby je nasnadě. Výhody grafiky se projeví v celé řadě automatických a statistických funkcí, jako je autoteaching nových součástek, výškové mapování, konverze dat a příprava nové výroby, diagnostika, statistika apod. Mimo to poskytuje sw i bohatou podpůrnou technologickou informační základnu, včetně jednoduše volatelných nápověd, vše ve volitelné jazykové mutaci. Samozřejmostí je i otevřenost vůči síťovým aplikacím a vzdálenému přístupu ke stroji. Tato několikaletá práce se v návaznosti na nový koncept stroje evidentně vyplácí. Uživatelská školení se zkrátila na poloviční dobu, významně klesl počet dotazů při náběhu výroby, je snáze akceptována celkově vyšší hodnota produktu.

V případě osazovacího automatu FOX je vysoká míra flexibility spojena i s dalšími prvky. Jedním z nich je možnost růstu. Stroj je vybaven výměnnými osazovacími hlavami, takže výkon stroje může být postupně navyšován s rostoucími potřebami uživatele s minimálními investičními náklady. Významná je možnost rychlé integrace různých dispendovacích ventilů, včetně vysokorychlostních jet ventilů pro nanášení pasty nebo lepidla. Jejich velmi snadná implementace a údržba je dána jak možností plug and play připojení, tak softwarovou přípravou spojenou s automatickou konverzí osazovacích dat. V kombinaci s možným vysokým zdvihem v ose Z se tak osazovací automat stává i výkonným 3D dispenzerem nebo 2,5D montážním pracovištěm pro různé kombinované úlohy nejen na DPS, přičemž obě operace probíhají v rámci jednoho programu. Zdvih v ose Z dovoluje i další zajímavou funkci automatu a tou je víceúrovňové odebírání součástek z podavačů. Násobí se tím už tak vysoký počet podavačů na stroji, který při malé půdorysné ploše představuje pravděpodobně nejefektivnější poměr ve své kategorii. Na ploše zhruba jednoho metru čtverečního lze v základní úrovni umístit až 200 podavačů, automat si přitom zachovává velikostí parametry malého stroje, který lze stěhovat 90centimetrovým koridorem. To je stále pro řadu malých firem limitující. Možnost růstu je ale podpořena i možností spojování jednotlivých modulů do jednoho výrobního celku. Od malosériové a prototypové verze se tak lze v průběhu času posunout nikoliv pouze upgradem vlastního stroje, ale i přidáním dalších modulů, které lze různě modifikovat a s původním optimalizovat. To znamená v řadě případů významnou investiční jistotu.

Vedle minulých předností Essemtec strojů, jako je inteligentní koncept podavačů, možnost práce s přípravou dat i podavači v průběhu osazování, přechod s off line na in line konfigurace, se nově objevily další funkce, které možnosti stroje posouvají i do specializovaných oblastí. Patří k nim třeba adaptace na čisté prostory, velkoobjemový dispenzer, možnost elektrických měření součástek, návaznost na lokální skladové systémy apod. Množstvím nových technologií, rozšířením funkce stroje, posunutím parametrů až na hranici aktuální součástkové základny a možnostmi modifikace stroje tak přináší Essemtec do oblasti malých a středních montážních automatů a dispenzerů nový standard, který svou univerzálností a přizpůsobivostí překvapuje.