Balluff Tool-ID - system identyfikacji narzędzi

W ramach pilotażowego projektu w fabryce silników firmy Volkswagen w Salzgitter, jedną z elastycznych linii produkcyjnych wyposażono w system cyfrowego kodowania narzędzi z wykorzystaniem technologii RFID produkcji firmy BALLUFF. Ini-cjatywa miała na celu zweryfikowanie możliwości uproszczenia i skrócenia czasów wymiany narzędzi przy jednoczesnym zwięk-szeniu niezawodności procesu obsługi narzędzi. Wdrożenie roz-wiązania Tool-ID oraz ścisła współpraca z firmą BALLUFF pozwo-liły na wzrost wydajności procesu produkcji oraz pozyskanie bardzo cennych informacji.

Producenci samochodów osobowych, tacy jak firma Volskwagen, umacniają swoją pozycję rynkową przede wszystkim poprzez atrakcyj-ne i konkurencyjne produkty. Kluczowym czynnikiem jest także wysoka jakość, innowacyjne techniki produkcji oraz efektywne zarządzanie kosztami. Jednocześnie zmieniające się upodobania klientów, zwłaszcza w czasach nasycenia rynku, wymagają ciągłego poszerzania oferty. Oznacza to konieczność zwiększania liczby wariantów oraz innowacyjnych rozwiązań produktowych. W rezultacie określone wersje produktów wytwarzane są w mniejszych ilościach, mimo takiego samego lub nawet zwiększonego popytu globalnego. Z tego względu w fabryce silników firmy Volkswagen w Salzgitter podjęto decyzję o zastąpieniu koncepcji maszyn specjalistycznych i systemów transportowych wysoce elastycznymi centrami obróbkowymi.
Uwzględniając dużą ilość zmian narzędzi tnących, wymaganych w takich centrach obróbkowych, naturalnym było poszukiwanie rozwią-zania, które pozwoliłoby na skrócenie czasu wymiany narzędzi do minimum.

Sposoby przyspieszenia, uproszczenia i zwiększenia niezawodności procesu obsługi narzędzi doskonale ilustruje przykład jednej z linii produkcyjnych, na których poddaje się obróbce silniki o pojemności 1,6 i 2,0 litra. Linie produkcyjne dzielą się na różne sekwencje robo-cze, spośród których wybrano jeden z bardziej złożonych procesów, aby rozpocząć na nim projekt pilotażowy w zakresie identyfikacji na-rzędzi za pomocą przemysłowego systemu RFID (identyfikacja przy pomocy fal radiowych). Ten etap składa się z ośmiu dwuwrzeciono-wych centrów obróbkowych, przeznaczonych do różnych operacji, m.in. wiercenia, frezowania oraz cięcia z dużą prędkością. W tym ob-szarze, w magazynach przechowuje się około 800 narzędzi gotowych do użycia. Cała linia produkcyjna zawiera około 3000 narzędzi wypo-sażonych w nośnik danych Balluff RFID, rozdzielonych na 16 centrów obróbkowych. Ze względu na fakt, że w tym miejscu poddawane są obróbce odlewy żeliwne, a wymagania względem wykończenia po-wierzchni są bardzo wysokie, narzędzia wymieniane są stosunkowo często. Planiści narzędziowi firmy Volkswagen szacują ilość cykli wymiany narzędzi na ponad 200 miesięcznie tylko dla tego etapu produkcji. Czas potrzebny na wymianę narzędzi w maszynach, obejmujący wprowadzanie odpowiednich parametrów do sterownika maszyny szacuje się na 30 roboczogodzin miesięcznie lub więcej. Obejmuje on demontaż narzędzia z maszyny i ręczne wprowadzanie informacji eksploatacyjnych na karcie identyfikacyjnej odpowiedniego narzędzia. Głównym celem projektu było zastąpienie zwykłych papierowych kart, przemysłowymi nośnikami danych RFID zainstalowanych w oprawce narzędzia. Rozwiązanie to eliminuje proces ręczny, który obarczony jest możliwością wystąpienia błędu ludzkiego, a wszystkie dane przechowywane są na nośnikach pamięci RFID.

Elektroniczny zapis informacji

System Tool-ID firmy BALLUFF wykorzystano do modernizacji układu cyfrowego kodowania narzędzi w istniejącym obszarze produkcyjnym - strefie narzędzi do cięcia oraz w odpowiednich centrach obróbko-wych i modułach konfiguracyjnych. Ten kompleksowy pakiet stanowi idealny interfejs pomiędzy modułami konfiguracyjnymi a sterownikami maszyny. Składa się on nośników danych RFID na stałe zamontowanych w uchwytach narzędzi i głowic odczytu/zapisu zintegrowanych z maszynami i modułami konfiguracyjnymi. Wraz z dołączonym oprogramowaniem system Tool-ID jest kompatybilny ze wszystkimi powszechnie stosowanymi technologiami. Dzięki temu jego integracja ze sterownikami nie stanowi żadnego problemu. Obecnie każde narzędzie jest wykrywane podczas dokonywania jego pomiarów w module preseterze, a komplet danych na temat narzędzia zostaje zapisany w sposób bezprzewodowy na nośniku danych RFID w odpowiednim uchwycie narzędzia. Gdy narzędzie trafia do maszyny w celu wymiany, zostaje po prostu odłożone na bok do stacji odczytu w celu wysłania danych o narzędziu do sterownika maszyny. Kolejna głowica odczytu/zapisu w magazynie narzędzi łączy te dane z odpowiednim polem odkładczym w magazynie. W tym miejscu zostają również zapisane informacje o czasie pracy. Tym samym system Tool-ID firmy BALLUFF znacząco upraszcza i przyspiesza częste wymiany narzędzi. Każde narzędzie jest zidentyfikowane w sposób niezawodny, umożliwiający śledzenie i monitorowanie. Upraszcza to zarządzanie narzędziami, a jednocześnie stanowi podstawowy wymóg dla optymalnego wykorzystania narzędzi.

Analiza danych

Dane pochodzące z cyklu pracy są podstawą do dalszej analizy która niesie za sobą duże możliwości, szczególnie w obszarze wykorzysta-nia dostępnych informacji. Połączenie informacji o narzędziach z da-nymi dotyczącymi samego procesu, maszyn, zastosowanych materia-łów lub obrabianych elementów pozwala na przeprowadzanie analiz defektów oraz eliminację ich przyczyny.

Jednym z przykładów są badania charakterystyki zużywania się narzę-dzi, takie jak badania zachowania się narzędzi po procesie regenera-cji. Innym przykładem jest możliwość analizy różnic pomiędzy charak-terystykami zużywania się narzędzi wieloetapowych. Zebrane i udo-kumentowane wyniki stwarzają szansę optymalizacji takich narzędzi oraz samego procesu. Ciekawym rozwiązaniem jest łączenie danych narzędzia z danymi dotyczącymi obrabianego elementu i procesu. Takie podejście umożliwia odnoszenie anomalii występujących w pro-cesie obróbki do konkretnego produktu schodzącego z linii produkcyjnej. Na tym etapie pracownicy firmy VW szukają również sposobów na wykorzystanie danych pochodzących z systemu śledzenia części. Wykorzystuje się do tego nośniki danych RFID w formie śruby. które wkręcane są bezpośrednio w blok silnika.

W celu ułatwienia zarządzania narzędziami oraz przeprowadzenia analiz defektów i przyczyn ich powstawania wprowadzono złożony system zarządzania danymi, wykorzystujący program Excel. Jest on powiązany z dedykowaną stacją odczytu/zapisu Tool-ID, która gwarantuje wykrycie każdego narzędzia. Jednocześnie istniejąca baza danych stanowi interfejs, którego zadaniem jest umożliwienie dołączenia danych pochodzących z innych obszarów produkcji.

Abstrakt

Specjaliści firmy Volkswagen szacują, iż inwestycja w system Tool-ID firmy BALLUFF zwróci się po upływie zaledwie 19 miesięcy. Innymi słowy wdrożenie technologii RFID, czyli wyposażenie narzędzi w no-śniki danych, a stacji kontrolnych w głowice odczytu/zapisu zwróci się bardzo szybko dzięki skróceniu czasów obsługi narzędzi, co było głównym celem projektu. Analiza ta nie uwzględnia takich aspektów, jak zwiększenie bezpieczeństwa obsługi danych, większa dostępność lub optymalizacja zużycia, które są dodatkowymi korzyściami wynika-jącymi z nowego podejścia. Kluczowe są także korzyści wynikając z bardziej szczegółowych analiz defektów i ich przyczyn. Volkswagen zamierza rozwijać w najbliższym czasie system eliminacji błędów pro-dukcyjnych, wykorzystując system Tool-ID firmy BALLUFF.

Fabryka firmy Volkswagen w Salzgitter

Zakład Volkswagen Werk Salzgitter jest główną fabryką silników firmy Volkswagen oraz jednym z największych ośrodków tego rodzaju. W tym miejscu każdego dnia produkowanych jest około 7000 silników benzynowych i wysokoprężnych, zarówno rzędowych jak i widlastych. Suma ta obejmuje ponad 200 wersji, od 3 do 16 cylindrów, o pojem-ności skokowej od 1,2 do 8,0 litra. W 2015 roku całkowita produkcja wyniosła dokładnie 1 518 136 silników. Każda marka należąca do grupy VW stosuje w swoich pojazdach właśnie te silniki.