Η ρομποτική στην αυτοκινητοβιομηχανία

Ρομποτική και βιομηχανική κατασκευή

 

Στην αυτοκινητοβιομηχανία η χρήση ρομποτικών εφαρμογών απαιτεί συχνά την απόδοση από μέρους τους μεγάλου μηχανικού έργου

Στον τομέα της βιομηχανικής κατασκευής, η ρομποτική υποστηρίζει συστήματα κατεργασίας υλικών. Γίνεται ένα εργαλείο της διαμορφωτικής μηχανολογίας και της κατασκευής στοιχείων μηχανών. Οι βιομηχανικές κατασκευές καλύπτουν μια μεγάλη κατηγορία εφαρμογών, στις οποίες περιλαμβάνονται όλες οι κατεργασίες αποβολής υλικού (τόρνος, φρέζα, πλάνη), η κοπή ελασμάτων με laser, η διάτρηση των πινάκων ηλεκτρονικών τυπωμένων κυκλωμάτων, η συγκόλληση μετάλλων, η βαφή αντικειμένων η τροφοδοσία μηχανών, ενώ ένα μεγάλο κομμάτι των εφαρμογών καλύπτει τη συσκευασία και την παλετοποίηση.

 

Συστήματα βαφής με ρομπότ

Τα πλεονεκτήματα της βαφής με ρομπότ σε σχέση με άλλα συστήματα βαφής είναι η ευελιξία (διάφοροι τύποι βαφής) και η οικονομία στο υλικό της βαφής (βαφή ακριβώς της επιφάνειας που χρειάζεται). Το επικίνδυνο και μη υγιεινό περιβάλλον (θόρυβος, καρκινώδη υλικά, εκρηκτικά κ.λπ.) δεν επηρεάζουν τη σωστή λειτουργία των ρομπότ νέας γενιάς, η μηχανή των οποίων είναι καλά προστατευμένη. Ταυτόχρονα, η εξέλιξη στην τεχνολογία βαφής (γρήγορο στέγνωμα κ.λπ.) συμβάλλει ακόμα περισσότερο στα καλύτερα αποτελέσματα. Το χρώμα είναι ομοιόμορφο και λόγω της επανάληψης του ρομπότ η άριστη ποιότητα είναι εξασφαλισμένη για όλα τα προϊόντα. Ο βραχίονας του ρομπότ ο οποίος έχει δυνατότητα προγραμματισμού ενσωματώνει τη γνώση και την εμπειρία του χρήστη και είναι ικανός για να εκτελέσει οποιοδήποτε τύπο βαφής. Η ανωτέρω ευελιξία εγγυάται καταπληκτικά αποτελέσματα ακόμα και σε δύσκολες επιφάνειες.

 

Συστήματα διαμόρφωσης και συναρμολόγησης- Διαμόρφωση των μερών του Nissan Micra

Η κατασκευή του νέου Micra ξεκινά από φύλλα ατσαλιού τα οποία καταφτάνουν στην πρέσα λίγες μόλις ώρες πριν από την έναρξη της διαδικασίας σύμφωνα με τη φιλοσοφία “just in time”. Το μυστικό της γραμμής παραγωγής βρίσκεται στην πρέσα των 5.000 τόνων, μία από τις έξι όμοιες που λειτουργούν σε όλο τον κόσμο.

Με δύναμη κρούσης αντίστοιχη 1.000 ελεφάντων, αυτή η μηχανή μπορεί να διαμορφώσει το πλευρικό τμήμα του αυτοκινήτου σε ένα μόλις “χτύπημα”, ενώ έχει επίσης τη δυνατότητα διαμόρφωσης και των δύο θυρών ταυτόχρονα. Επίσης το σύστημα έχει τη δυνατότητα καθαρισμού της πρέσας, που απομακρύνει τα περιττά κομμάτια ατσαλιού κατά τη διάρκεια της διαμόρφωσης των πλαισίων. Με τη βοήθεια αυτής της μηχανής χρειάζεται μόλις μία ώρα ώστε να μορφοποιηθούν όλα τα διαφορετικά τμήματα του αμαξώματος του Micra, τα οποία στη συνέχεια προχωρούν προς το τμήμα συναρμολόγησης.

 

Συναρμολόγηση

Όταν πρέπει να κατασκευαστούν εκατοντάδες αυτοκίνητα μέσα σε μία μέρα, είναι απαραίτητη η τεχνολογία των ρομπότ. Το τμήμα συναρμολόγησης του Micra μοιάζει με στούντιο στο οποίο πραγματοποιούνται γυρίσματα ταινίας επιστημονικής φαντασίας. Υπάρχουν πολλά μηχανικά “χέρια” τα οποία δουλεύουν με μεγάλη ακρίβεια και σε εξαντλητικούς ρυθμούς, γεμίζοντας το χώρο με θόρυβο και σπίθες. Η Nissan επένδυσε περίπου 70 εκατομμύρια ευρώ σε νέα ρομπότ, τα οποία “εργάζονται” αποκλειστικά για την κατασκευή του Micra.

Παράλληλα, έγιναν σημαντικές αλλαγές που επέτρεψαν τη συναρμολόγηση του αμαξώματος σε σημαντικά χαμηλότερους χρόνους σε σχέση με το προηγούμενο μοντέλο. Το ρομπότ, για παράδειγμα, που συγκολλά τις ενισχύσεις στο κύριο πλευρικό τμήμα του αμαξώματος, αρχικά μαζεύει τα απαιτούμενα υλικά με μία λαβίδα και τα τοποθετεί στο αμάξωμα. Στη συνέχεια, “αλλάζει χέρι” και μετατρέπεται σε εργαλείο συγκόλλησης των ενισχύσεων με το αμάξωμα. Παλαιότερα, αυτή η εργασία απαιτούσε δύο διαφορετικά ρομπότ, κάτι που ήταν περισσότερο χρονοβόρο. Πάντως η εφαρμογή των ρομπότ στη συναρμολόγηση παρουσιάζει πρόβλημα στην ακρίβεια τοποθέτησης του ελευθέρου άκρου του βραχίονα του ρομπότ. Η εξέλιξη των τεχνολογιών ελέγχου έδωσε τελικά λύσεις και σ’ αυτό το πρόβλημα. Για την επίλυσή του μπορούν λοιπόν να χρησιμοποιηθούν μέθοδοι τεχνητής νοημοσύνης, μορφές ρομπότ που συνεργάζονται (co-ordinate measuring machine) και επιτρέπουν μεγάλη ακρίβεια σε ευθυγράμμιση και τοποθέτηση.

Σχεδίαση μοντέλων αυτοκινήτων με τη βοήθεια υπολογιστή

Λίγα λόγια για το AutoCAD

Σήμερα τα αυτοκίνητα δε σχεδιάζονται απλά στον υπολογιστή, αλλά σχεδιάζονται σε αυτόν από την αρχή ως το τέλος. Αυτό συμβαίνει διότι πλέον η σχεδίαση γίνεται με τη βοήθεια υπολογιστή και χρήση του AutoCAD το οποίο βοηθά την παραγωγή λεπτομερειακών σχεδίων. Έτσι απελευθερώνονται οι σχεδιαστές από το χειρονακτικό σχεδιασμό και εστιάζουν στη φαντασία τους. Τα πακέτα AutoCAD επίσης μείωσαν την ανάγκη για σχεδιαστικές ικανότητες.

Αφού σχεδιαστούν τα επιμέρους κομμάτια αρχίζουν και συναρμολογούνται σχηματίζοντας σιγά σιγά το τελικό σχέδιο του αυτο-κινήτου

Μια αυτοκινητοβιομηχανία έχει ανάγκη να σχεδιάζει γρήγορα νέα προϊόντα. Αρκεί να αναφέρουμε ότι η σχεδίαση ενός νέου αυτοκινήτου ξεκινά όταν βγαίνει στην αγορά το μοντέλο που έχει μόλις τελειοποιήσει η εταιρεία στα σχεδιαστικά της συστήματα. Δηλαδή τα μοντέλα αυτοκινήτων πλέον μπορούν να εξελίσσονται σε μερικούς μονό μήνες. Για να γίνει αυτό χρησιμοποιούνται ηλεκτρονικά προγράμματα σχεδίασης που τρέχουν όχι σε PC αλλά σε υπέρ-υπολογιστές τύπου Cray. Για τη διαδικασία σχεδίασης εμπλέκονται μηχανικοί, ειδικοί από το χώρο του marketing, των logistics, των ανταλλακτικών και των προμηθευτών.

Ο συνδυασμός των διαφορετικών απαιτήσεων απαιτεί συνεργασία μεταξύ βάσεων δεδομένων τεραστίων διαστάσεων. Η μεταφορά των αρχείων μεταξύ των εμπλεκόμενων γίνεται μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. Το ίδιο συμβαίνει και με την κατασκευή των πρωτότυπων μοντέλων από την αρχή ως το τέλος

Πως ξεκινά ο σχεδιασμός

Μετά τα πρώτα σκαριφήματα καθορίζονται οι βασικές διαστάσεις και ξεκινούν τα πρώτα σχέδια στον υπολογιστή. Τα πακέτα AutoCAD παρέχουν ένα μεγάλο αριθμό βασικών σχημάτων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή διαγραμμάτων. Με τη χρήση εργαλείων, όπως το ποντίκι και τη φωτεινή γραφίδα (light pen), που είναι ταχύτερο και πιο ακριβές μέσο σχεδιασμού από το μολύβι και το χαρτί, μπορεί να επιτευχθεί υψηλός βαθμός ακρίβειας, επειδή είναι δυνατό να καθοριστούν και να πληκτρολογηθούν οι ακριβείς διαστάσεις. Κάθε στοιχείο σε ένα σχέδιο μπορεί να αντιγραφεί ή να μετακινηθεί σε οποιαδήποτε θέση της οθόνης. Επιπλέον, κάθε στοιχείο μπορεί να μεγεθυνθεί ή να σμικρυνθεί σε οποιαδήποτε βαθμό, να περιστραφεί, να αντικατοπτριστεί, να συμπιεστεί, να επεκταθεί, να παραμορφωθεί ή να χωριστεί. Το κάθε συγκρότημα σχεδιάζεται ξεχωριστά. Η κατάσταση αρχίζει να περιπλέκεται όταν πλέον έχουμε να κάνουμε με συνδυασμό εξαρτημάτων όπου αρχίζουν να εμφανίζονται και τα πρώτα προβλήματα συνεργασίας. Εδώ πρέπει το πρόγραμμα σχεδιασμού να μπορεί να επεξεργαστεί με ταχύτητα τα μαθηματικά μοντέλα, έτσι ώστε οι αλλαγές να δοκιμάζονται άμεσα.

Το πρόγραμμα περιλαμβάνει τυποποιημένα εξαρτήματα όπως βίδες σε όλες τις διαθέσιμες διαστάσεις

Μερικά συστήματα AutoCAD, είναι τόσο ισχυρά, που δίνουν τη δυνατότητα στο χρήστη να παράγει πρωτότυπα μοντέλα νέων αντικειμένων, ιδιαίτερα αυτών που είναι κατασκευασμένα με πλαστικά, κατευθείαν από το σχέδιο που έχει γίνει στην οθόνη.

Το νέο μοντέλο επί της οθόνης

Η εμφάνιση του πρωτότυπου στην οθόνη αποτελεί μια μικρή αποκάλυψη για τους σχεδιαστές. Όχι μόνο γιατί εξαρχής βλέπουν τρισδιάστατα το δημιούρ-γημα τους, αλλά γιατί η ραγδαία εξέλιξη των υπολογιστών τους δίνει τη δυνατό-τητα να το περιστρέψουν και να το παρατηρήσουν από οποιαδήποτε πλευρά ή γωνία μπορούν να φανταστούν μέσα σε ελάχιστα μόλις δευτερόλεπτα.

Τα συν της εικονικής λειτουργίας

Τα προγράμματα AutoCAD μπορούν να κατασκευάσουν τρισδιάστατα μοντέλα αντικειμένων, που έχουν ήδη σχεδιαστεί. Αυτή η δυνατότητα ονομάζεται στερεή μοντελοποίηση (solid modelling). H στερεή μοντελοποίηση ασχολείται με την τρισδιάστατη φύση ενός αντικειμένου, με την εμφάνισή του, αλλά χειρίζεται και μεταβλητές, όπως το βάρος και η πυκνότητα. Στα πλαίσια της εικονικής πραγματικότητας τα εξαρτήματα που έχουν σχεδιαστεί λειτουργούν μαζί κάτω από διάφορες συνθήκες οπότε ακόμα και οι πιο μικρές αδυναμίες ή ιδιαιτερότητες αποκαλύπτονται. Έτσι μπορεί να εκτιμηθεί η αλληλεπίδραση και η συνεργασία τους, καθώς και να ελεγχτούν οι ανοχές τους. Παράλληλα με τα προγράμματα πεπερασμένων στοιχείων αναλύουν τα φορτία που δημιουργούνται κατά τη λειτουργία επιτρέποντας στους μηχανικούς να μελετήσουν την αντοχή των μεμονωμένων εξαρτημάτων. Μετά την ολοκλήρωση των εικονικών δοκιμών έρχεται η ώρα της παραγωγής των προτύπων.

Από τα σχέδια στην πραγματικότητα

Τα σχέδια γίνονται πραγματικότητα καθώς οι εργαλειομηχανές που είναι συνδεδεμένες με το σύστημα, φροντίζουν να δώσουν υπόσταση και διάσταση στα σχέδια της οθόνης. Οι αλλαγές στο πρωτότυπο μεταφέρονται στα ηλεκτρονικά σχέδια και κατασκευάζονται κι άλλα πρωτότυπα μέχρις ότου κλείσει ο κύκλος. Μετά αρχίζει η κατασκευή του μοντέλου στην τελική του μορφή ενώ στη συνέχεια τα συστήματα παραγωγής με τη βοήθεια υπολογιστή (χρήση CAD- Computer Aided Design) αρχίζουν να κατασκευάζουν τα εργαλεία και να σχεδιάζουν τη διαδικασία κατασκευής των εξαρτημάτων.

Έτσι σχεδιάζονται τα καλούπια χύτευσης καθώς και τα εργαλεία κοπής που θα χρησιμοποιήσουν οι εργαλειομηχανές.

Όταν πλέον έρθει η ώρα της κανονικής παραγωγής τα υπολογιστικά συστήματα αναλαμβάνουν να σχεδιάσουν και το εργοστάσιο έτσι ώστε η διαδικασία παραγωγής να είναι ευέλικτη και αποδοτική. Για να γίνουν πραγματικότητα όλα αυτά απαιτείται μια εκπληκτική συνεργασία μεταξύ των διαφορετικών προγραμμάτων. Τα τελευταία χρόνια οι εξειδικευμένες εταιρίες κατασκευής υπολογιστικών προ-γραμμάτων σχεδιασμού (CAD/CAM/CAE) προσφέρουν στις αυτοκινητοβιομηχανίες ολοκληρωμένα πακέτα που εξασφαλίζουν την εύκολη ροή των στοιχείων από μια εφαρμογή στην άλλη. Σήμερα όλες οι μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες χρησιμοποιούν AutoCAD.

Αναφορές

Απόστολος Κηρύκος, «Από την οθόνη στο δρόμο», Car magazine, Τεύχος Σεπτεμβρίου 2000, Ένθετο CAR&D, σελ 84

Εγκυκλοπαίδεια GRAND LAROUSSE ΕΝΟΤΗΤΑ ΙΙΙ, ΓΕΝΙΚΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ-ΕΜΒΙΟΣ ΚΟΣΜΟΣ Τόμος 8, Εκδόσεις «Ελληνικά Γράμματα», Αθήνα,  2001, σελ. 150-151