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"La programmazione di uno scambiatore in autoapprendimento richiederebbe una settimana completa con il robot impegnato a tempo pieno. In un anno ammonterebbe a 25 settimane del tempo del robot nello stabilimento di Charmes. Quindi è stata ritenuta troppo costosa e demandata alla programmazione off-line."
"La programmazione per auto-apprendimento non era neanche un’opzione pensabile per il taglio robotizzato, e senza il software Alma, il progetto probabilmente non sarebbe neanche stato preso in considerazione."

In Trane, la programmazione off-line potenzia la saldatura robotizzata ed il taglio plasma

Trane, leader mondiale nei sistemi per l’aria condizionata e per la refrigerazione, ha adottato la saldatura robotizzata nel 2004, scommettendo sul software di programmazione off-line Alma per aumentare al massimo l’efficienza dei robot. Trane ha voluto raggiungere due obiettivi: migliorare la produttività della linea di produzione dei suoi scambiatori tubolari nello stabilimento di Charmes in France e risolvere un triplice problema di fluttuazioni di carico di lavoro, di personale qualificato e di qualità di produzione. Il progetto è stato terminato con successo due anni dopo, lavorando sulla integrazione di una installazione robotizzata di taglio plasma pilotata dai centri di programmazione Alma.

Con più di 26 000 dipendenti ed un fatturato superiore a 6 miliardi di dollari, Trane è il leader mondiale nei sistemi di condizionamento e di refrigerazione dell’aria. La gamma dei suoi sistemi di condizionamento copre tutte le applicazioni residenziali, commerciali e industriali. Trane ha una presenza mondiale grazie ai suoi uffici di vendita, alle sue joint-venture e ai suoi 29 stabilimenti di produzione. Entrambi gli stabilimenti Francesi, situati a Charmes e a Golbey, nati verso la fine degli anni 60, producono unità di refrigerazione dei liquidi e unità di ventilazione. Lo stabilimento di Charmes, con circa 500 persone, produce modelli ad alta potenza, 60% dei quali sono destinati al mercato Europeo. Ogni stabilimento della Trane è autonomo e persegue un triplice obiettivo: produrre prodotti di alta qualità, nel tempo più breve e rispettando le norme di sicurezza.

Tutti i prodotti vengono realizzati su ordinazione. Occorrono circa 5 giorni per realizzare l’assemblaggio. Lo stabilimento di Charmes dispone di 2 linee di assemblaggio, una per i sistemi di refrigerazione dell’aria, e l’altra per i sistemi di refrigerazione dell’acqua. Entrambe le line di assemblaggio sono dotate di unità di produzione di scambiatori tubolari. Per raggiungere obiettivi di produttività, qualità e sicurezza, è essenziale ridurre il tempo di assemblaggio al minimo. Il modo per raggiungere questo obiettivo è di definire in anticipo i compiti nel modo migliore possibile. Questa è l’idea ed il contesto nel quale Trane ha cominciato a considerare l’utilizzo di robot per la saldatura di scambiatori tubolari. L’obiettivo era quello di ridurre i costi di produzione e di migliorare la sincronizzazione delle linee di assemblaggio.

 

Robot: una migliore produttività in saldatura e la risposta ad un triplice obiettivo

Altre ragioni spiegano l’interesse di Trane nella robotizzazione. Le fluttuazioni stagionali hanno un forte impatto sulla produzione dei sistemi per l’aria condizionata e la refrigerazione. Questo fatto richiede la possibilità di disporre di saldatori, preferibilmente altamente qualificati, al momento giusto. Inoltre, in base alla richiesta delle codifiche dei disegni dei serbatoi a pressione, la qualità di saldatura richiede che i saldatori aderiscano ad una formazione ciclica di tre mesi. Fluttuazioni dei carichi stagionali, manodopera difficile da reperire e costosa da istruire, obiettivi di qualità che dipendono dalla saldatura manuale… Di fronte a questa tripla problematica, la saldatura robotizzata sembrava essere la scelta giusta.

Questo naturalmente richiedeva che il robot fosse in grado di saldare i prodotti, ma la realizzazione degli scambiatori, così come erano concepiti, portava ad una perdita incontrollata di precisione nel posizionamento della struttura base riferita ai piani collocati alle sue estremità. Il discostamento poteva arrivare a 20 mm su una struttura di 4 metri di lunghezza. Nel 2002, l’ufficio di progettazione cominciò a lavorare sulla modifica della concezione dei prodotti per garantire il posizionamento dei pezzi, condizione necessaria per qualunque saldatura robotizzata. Nello stesso momento fu definita la strategia di saldatura.

Il banco di prova iniziale fu eseguito nello stabilimento di una filiale Americana che già usava diversi robot di saldatura. Sono stati contattati alcuni costruttori di robot Robots. L’installazione scelta, che consisteva di una cella equipaggiata con un robot appeso su un portale con asse di traslazione longitudinale, si adattava bene con le necessità della Trane. Due posizionatori rotanti per il supporto dei pezzi consentivano carico e scarico degli assemblati in tempo mascherato.

 

La programmazione Off-Line era compresa fin dall’inizio del progetto

L’esperienza dello stabilimento Americano indicava che la programmazione per auto-apprendimento per uno scambiatore richiedeva l’utilizzo a tempo pieno di un robot per una settimana. Cosa che avrebbe determinato l’impiego di 25 settimane del tempo del robot nello stabilimento di Charmes. Quindi l’auto-apprendimento è stato ritenuto troppo costoso e la programmazione è stata demandata al sistema off-line, che era stato preso in considerazione fin dall’inizio del progetto. act/weld, il software Alma per la programmazione della saldatura off-line era stato valutato nel 2003. Era sembrato più efficiente delle soluzioni dei costruttori, perché erano software di simulazione non abbastanza specifici oppure strumenti di apprendimento “virtuali” che erano sembrati troppo rigidi e imprecisi. La profonda conoscenza della Alma dei controlli dei robot e il legame esistente tra Trane e Alma ha convinto i responsabili del progetto. Infatti, il software CAM per taglio/punzonatura 2D della Alma era già usato in produzione in negli stabilimenti di Charmes e di Golbey da diversi anni. Il primo obiettivo dei responsabili del progetto era quello di non dover modificare i programmi sul robot, che tutti i settaggi e gli aggiustamenti dovevano essere realizzati direttamente sul software. “Tutti i programmi devono essere ripetibili ed utilizzabili su un computer” richiedeva Vincent Guerbeur, il responsabile della qualità dello stabilimento di Charmes, che è poi diventato il responsabile della saldatura degli assemblati permanenti e responsabile del progetto della robotizzazione.

La cella robotica ed il software act/weld sono diventati operativi nell’Aprile 2004. Alma ha quindi eseguito la Calibrazione software della cella (adattamento della cella virtuale tale da corrispondere con la cella reale), un servizio essenziale che condiziona la qualità dei programmi. Anche se nulla era stato lasciato al caso, la saldatura robotizzata era completamente sconosciuta nello stabilimento ed ogni cosa rimaneva da imparare. Fortunatamente, Trane aveva assegnato questo compito a tempo pieno a Vincent Guerbeur, ingegnere di saldatura, e a due utilizzatori di robot. “Al termine del corso d’istruzione tenuto dalla Alma, abbiamo dovuto impadronirci dello strumento di programmazione off-line, familiarizzare con i parametri, definire un metodo di programmazione, trovare le configurazioni corrette e testarle sul robot reale.” Ricorda Vincent Guerbeur, consapevole di aver sostenuto una grande responsabilità per un impegno affascinante. Ci sono voluti circa 2 mesi per utilizzare la potenza di act/weld e per definire i parametri necessari. Sono serviti altri quattro mesi per raggiungere gli obiettivi di produttività e di qualità definiti all’inizio del progetto. Sono stati creati circa trenta programmi in questi primi sei mesi, includendo l’intera gamma di prodotti.

 

La stessa tecnologia per tagliare le strutture base in 3D

Verso la fine del 2004, la dirigenza della Trane cominciò a pensare di robotizzare la produzione delle strutture, fino a quel tempo date a terzisti. “In seguito al successo della integrazione della saldatura robotizzata, ci siamo domandati se avremmo potuto produrre le strutture meglio e ad un minor costo, tagliandole al nostro interno, con un robot.” ci ha detto Stéphane Hacquard, responsabile del processo e dello sviluppo dello stabilimento di Charmes. Tecnologicamente, il taglio plasma robotizzato assicura costantemente la perfetta qualità degli smussi e, di conseguenza, assicura il minimo gioco durante la saldatura. Da un punto di vista economico, una analisi costi-benefici conferma facilmente la rilevanza di questo nuovo progetto dimostrando una riduzione di costi maggiore del 35% rispetto alla produzione data in outsourcing.

Avendo valutato la fattibilità di questo taglio 3D, Trane ed i suoi partner hanno solo dovuto definire, i particolari di entrambe le installazioni, quella virtuale e quella reale. La cella contiene un robot fissato a terra su una rotaia con un asse di traslazione, un posizionatore con un asse rotante ed un sensore laser ELS. Seguendo l’esperienza della Trane nella saldatura robotizzata, l’implementazione del taglio robotizzato è stato molto più veloce e l’installazione è diventata operativa all’inizio del 2005. E’ stato aggiunto un modulo alla installazione di act/weld per gestire la tecnologia di taglio 3D, cosicché un’unica workstation può generare programmi per entrambi i robot.

Come per i pezzi da saldare, i pezzi da tagliare sono importati nel software Alma dal CAD 3D (Inventor / Mechanical Desktop), usando il formato STEP. Vengono quindi posizionati automaticamente nella cella virtuale da una macro sviluppata da Alma. Il software programma anche il sensore laser ELS. “La programmazione per auto-apprendimento non era neanche un’opzione pensabile per il taglio robotizzato, e senza il software Alma, il progetto probabilmente non sarebbe neanche stato preso in considerazione.” , puntualizza Stéphane Hacquard con il senno di poi. Inoltre, la capacità di simulazione del software di programmazione off-line ha permesso un alto guadagno in produttività sul taglio delle strutture. Romain Gotti, un giovane ingegnere, istruito in sede pochi mesi prima sul software di programmazione off-line, ha impostato un nuovo metodo di taglio per inserire i pezzi da saldare sulla struttura. Questo ha semplificato enormemente le operazioni di posizionamento prima della saldatura.

 

Miglioramenti su tutti i fronti…

Come per la saldatura due anni prima, il taglio robotizzato ha trovato la sua velocità di marcia e la dirigenza della Trane ha avuto un ritorno estremamente positivo dalla integrazione di entrambe i processi. Trane ha raggiunto i suoi obiettivi, sia da un punto di vista economico che da un punto di vista organizzativo della produzione e della qualità : la produttività è aumentata del 45% e la capacità di produzione del 50%. L’alta qualità della Calibrazione del software e la approfondita conoscenza della Alma del controllo numerico hanno permesso a Trane di generare programmi off-line, senza alcuna correzione sul robot reale.

Alla fine del 2008 entreranno in produzione nuovi prodotti, e il software Alma sarà nuovamente e pesantemente usato per la saldatura. Questo illustra un altro vantaggio decisivo della programmazione off-line; “Grazie ad act/weld, adesso possiamo anticipare lo sviluppo di nuovi prodotti, se li pianifichiamo con cura.” Enfatizza Vincent Guerbeur.

Quando è stato chiesto di definire le principali componenti del successo dell’integrazione della programmazione off-line nel processo di produzione, la dirigenza della Trane ha enfatizzato l’importanza della collaborazione tra il costruttore di robot e Alma. La qualità dell’esperienza tecnica della Alma e la risolutezza lungo tutto lo sviluppo del progetto sono anche state ritenute cruciali. Per il cliente, riservarsi abbastanza tempo per l’integrazione del robot con sufficiente personale è una condizione sine qua non per la riuscita del progetto. Questo è ancor più importante se il robot e il software di programmazione off-line vengono acquistati simultaneamente. Il progetto ha ancora più successo se le persone che si prendono carico della programmazione off-line vengono anche istruite correttamente sul processo robotizzato. Una prova in più che i robot hanno bisogno degli uomini per raggiungere il loro massimo potenziale …

 

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