Система умного подбора батарейных модулей и роботы ABB увеличивают выпуск автомобильных батарей на 300%

В связи с резким ростом во всем мире спроса на электрические и гибридные автомобили американская компания, занимающаяся восстановлением батарей, объединяет роботизацию с умным программным обеспечением для подбора правильного сочетания модулей батареи, который является критически важным производственным этапом.

Применение

Автоматический подбор модулей для восстановления аккумуляторных батарей для гибридных автомобилей на предприятии по восстановлению батарей американской компании Dorman Products Inc.

Задача

Компании нужно было найти способ ускорить процесс поиска и подбора 28 правильных модулей, чтобы обеспечить оптимальную конфигурацию восстановленной батареи.

Решение

Роботизированная система, смоделированная в программе RobotStudio и состоящая из робота ABB и умного программного обеспечения, позволила сократить время сборки батареи на 66% и увеличила выпуск заводом готовых аккумуляторных блоков в день на 300%.

Проект американской компании Dorman Products Inc., занимающейся восстановлением аккумуляторных батарей, наглядно продемонстрировал гибкость программного обеспечения RobotStudio от ABB для моделирования автоматизированных решений сложных производственных задач. В результате его реализации один единственный робот ABB может извлекать продукцию из хранилища с 5 000 ячейками.

Как сообщает Dorman, роботизированная система сократила время сборки батарей на 66%, что означает 300-процентное увеличение производства заводом готовых аккумуляторных батарей в день. Возвраты по гарантии сократились на 27%.

Сосредоточившись на сборке аккумуляторных батарей для автомобилей с гибридным приводом Toyota Prius предприятие компании в Санфорде (штат Северная Каролина) столкнулось с серьезными сложностями, связанными с поиском и определением 28 модулей, которые только в правильной комбинации образуют оптимальную батарею на замену. Раньше операторам приходилось пытаться кропотливо вручную методом проб и ошибок сопоставлять между собой до 100 восстановленных модулей, прежде чем они находили наиболее подходящую комбинацию для конкретного блока батареи.

«У заказчиков не было нужного опыта взаимодействия с нашей продукцией, выполнение заказов занимало слишком много времени, было слишком много возвратов, – рассказывает Майкл Мента (Michael Menta), вице-президент Dorman по инженерно-техническим вопросам. – Нам пришлось сделать шаг назад, оценить весь процесс от начала до конца и выяснить, где происходили нарушения».

Частичная автоматизация процесса, в основе которой система предварительной оценки поступающих на завод модулей, не смогла устранить «узкое место» на этапе подбора правильного сочетания модулей ни с точки зрения скорости выполнения заказа, ни с точки зрения качества восстановленных аккумуляторных блоков.

Мента и его команда обратились в компанию Production Systems Automation (PSA) из Пенсильвании, чтобы узнать о возможных решениях по автоматизации, реализуемых под заказчика. «У нас не было предубеждения, какой будет автоматизированная система сопоставления модулей и возможна ли она вообще», – рассказывает Майкл Мента.

Для решения поставленной задачи инженер проекта PSA Крис Леснефски (Chris Lesnefsky) воспользовался программой для моделирования RobotStudio компании ABB, так как других аналогичных приложений не было.

«Модели, которые можно создавать в RobotStudio, невероятно реалистичны. Они по сути идентичны тому, как концепция и ее различные компоненты будут работать на заводе, – отмечает он. – Я смог экспериментировать с различными концепциями, получая точные данные о радиусе действия, скорости, расстоянии, местоположении конвейера и т. д. Это позволило нам оптимизировать расположение оборудования и траектории движения робота для того, чтобы достичь наилучшего времени производственного цикла. RobotStudio – потрясающий инструмент для проектирования систем, проверки концепции и, в конечном итоге, программирования роботов».

Решение, к которому пришел Леснефски, предполагало оптимальное использование площади завода с учетом его производительности. Оно состояло в том, чтобы установить 10 стеллажей с ячейками для хранения до 5 000 модулей в форме десятиугольника, в центре которого находился шестиосевой промышленный робот IRB 4600 компании ABB. Робот с полезной нагрузкой 40 кг и радиусом действия 2,55 м может определять параметры модуля и извлекать его из любой ячейки стеллажей, расположенных вокруг него.

За счет линейной направляющей на манипуляторе робот может дотянуться до любой точки стеллажей. Его манипулятор оснащен захватом Schunk и датчиками, которые обеспечивают плавное перемещение продукции без столкновений с какими-либо препятствиями. Любой модуль, который подвергнется удару, необходимо выбросить.

С одной стороны ячейки есть отверстие для двухуровневого конвейера с сервоприводом. По одной конвейерной ленте поступают батарейные модули для хранения в «модульной библиотеке», вторая забирает модули, которые были отобраны как вероятное сочетание для определенного блок батареи.

Для размещения одного модуля в хранилище или извлечения его оттуда роботу нужно всего восемь секунд. В общей сложности система обычно работает 104 часа в неделю: часть времени модули помещаются в хранилище, в другие периоды – извлекаются из ячеек.

«Умная» часть решения Dorman так же важна, как и часть, связанная с физическим перемещением батарейных модулей. Она состоит из контроллера робота IRC 5 от ABB, который через программируемый логистический контроллер (ПЛК) взаимодействует с программой LabVIEW.

Когда модули поступают в хранилище, камера SICK Inspector считывает их QR-код, чтобы связать данные даты поступления и предварительной оценки с данными с местом их хранения. Программа LabVIEW хранит эту информацию и, что особенно важно, может определять вероятные хорошие сочетания для каждого из 28 модулей батареи. Система также считывает QR-код, когда модуль покидает хранилище.

«Когда робот начинает процесс сопоставления модулей, в зависимости от спецификации конкретного заказа программа LabVIEW указывает ему, какие модули нужно достать и в каком порядке, – поясняет Майкл Мента. – У нас несколько собственных параметров, в соответствии с которыми модули подбираются в пару».

Два модуля соединяются в пару. Четырнадцать пар составляют блок. Каждый модуль должен быть идеально подходить своему партнеру, и все пары должны быть идеально сочетаться друг с другом.

Благодаря такому программному обеспечению у компании Dorman есть дополнительное ценное преимущество в области управления запасами. Программа отслеживает те модули, которые в течение нескольких месяцев простаивали в хранилище или которые не подошли при повторных подборах в аккумуляторный блок. Она удаляет их из хранилища.

По данным компании Dorman, помимо создания с помощью RobotStudio оптимальной конфигурации системы для автоматизации процесса специалисты PSA также сыграли важную роль в том, чтобы определить необходимые ее компоненты и обеспечить бесперебойную передачу данных в полном объеме. «Контроллер робота IRC 5 от ABB, взаимодействующий с ПЛК и программой LabVIEW, является центральным звеном этого решения», – добавляет Майкл Мента.

«Роботизированное хранилище моделей в виде круглой башни значительно улучшило показатели нашего бизнеса по восстановлению аккумуляторных батарей для гибридных автомобилей, – резюмирует Майкл Мента. – Мы перешли от чрезвычайно трудоемкого ручного процесса, бесконечного извлечения модулей из корзин для поиска правильного сочетания к автоматизированному процессу, который намного проще для наших сотрудников».

Это решение также оказалось намного более эффективным для бизнеса. С учетом того, что спрос на электромобили и гибридные автомобили будет продолжать расти, вряд ли это будет последняя в своем роде автоматизированная система, направленная на подбор оптимальных пар модулей для аккумуляторной батареи.