Как создается табурет: автоматические устройства обивки сидений

В 2017 г. ООО «Тактика» — инжиринговая компания, в прошлом году отметившая свое 20-летие, — получило от постоянного партнера заказ на разработку и изготовление автоматического устройства обивки сиденья табурета. Заказчик преследовал две цели — повысить производительность труда и улучшить качество продукции.

В компании заказчика производительность труда сильно различалась у разных рабочих. Средняя по предприятию составляла 200 круглых сидений за 8-часовую смену, что и ограничивало рост объемов выпуска продукции. Увеличение количества работающих влекло за собой расширение производственных площадей, что было недопустимо. Заказчик решил идти по пути интенсификации производства и повышения производительности труда.

Качество продукции было нестабильным, поскольку обивщик не может на протяжении всей смены работать одинаково эффективно — он устает, отвлекается, спешит. В результате страдает качество изделий. Кроме того, каждый рабочий трудится, как он привык, и изделия, пусть и не бракованные, тоже отличаются друг от друга.

Выполнение заказа на проектирование и изготовление устройства обивки сидений табуретов началось с анализа ключевых факторов, в соответствии с которыми служба контроля качества заказчика принимает изделие. Этими факторами являются натяжка полотна и отсутствие складок на торцевой части изделия.

Посмотрев, как работают обивщики, изготавливающие продукцию вручную, мы постарались смоделировать эти процессы. Обивщик натягивает ткань вручную — мы этого сделать не можем, зато можем сжать поролон, для того чтобы потом за счет его распрямления полотно натягивалось. На этом этапе было принято еще одно важное решение — использовать степлеры для ручной обивки в автоматическом устройстве. Было две причины отказаться от использования степлера при автоматической обивке: его стоимость в 25 раз выше, чем у ручного, а габариты не позволяют перемещать его с необходимой динамикой.

Затем начался длительный период проведения экспериментов, в результате которого был выбран физический принцип действия машины (рис. 1).

Рис. 1. Схематическое изображение устройства обивки сидений. Синим цветом выделены линейные приводы, которые перемещают степлеры, зеленым — двигатели

«Мозгом» данного устройства стал контроллер Modicon M241 от компании Schneider Electric (рис. 2). Благодаря набору библиотек, интегрированных в программное обеспечение EcoStruxure Machine Expert, в кратчайшие сроки удалось реализовать алгоритм поворота заготовки с высокой динамикой и точностью позиционирования (поворот выполнял сервопривод Lexium 32 с управлением по шине CANopen), а при помощи различных модулей расширения контроллера было организовано управление исполнительными элементами, приводимыми в движение пневмоцилиндрами производства компании Festo.

Рис. 2. Контроллер Modicon M241 производства Schneider Electric

Внедрение этого устройства позволило увеличить производительность и сократить время с 60–80 до 11 с на одно изделие. Один рабочий стал делать в смену 1000 изделий стабильного качества. На рис. 3 показано готовое изделие, по которому можно судить о качестве выполнения операции обивки.

Рис. 3. Внешний вид готового изделия с внутренней стороны

После испытаний нашего автоматического устройства на производстве (рис. 4) заказчик принял решение об изготовлении подобного автоматического устройства для обивки изделий более сложной формы — шестиугольного сиденья детского стульчика.

Рис. 4. Общий вид автоматического устройства для обтягивания круглых сидений

Выполнение второго проекта по аналогии с ранее изготовленным устройством упрощало задачу. Мы решили сохранить те решения, которые понравились и нам, и заказчикам. Для нас проблема свелась к задаче позиционирования степлеров для обивки по сложной траектории. Для этого было предложено использовать линейные приводы от компании Festo, а также серводвигатели и сервоконтроллеры Schneider Electric. Получилось четыре привода для линейного перемещения площадки с пневматическим механизмом подъема степлера и один серводвигатель с планетарным редуктором для осуществления поворота заготовки на заданный угол (рис. 5). При этом с помощью сервомеханизма каждый степлер перемещался на определенное расстояние. Таким образом получалась сложная траектория. Затем посредством пневматического привода степлер подводился к материалу и ставил скобку. Использование контроллера позволило нам назначать точки обивки в различном порядке для получения необходимых характеристик натяжения материала.

Рис. 5. Компоновочная схема автоматического устройства для обтяжки сиденья детского стула

В решении задачи формирования сложной карты расположения скреп и движений степлеров помог тот же контроллер, который позволяет организовать работу с рецептами в виде CSV-файлов, а возможность доступа к файлам по FTP-протоколу помогла нам вносить корректировки в карты удаленно.

Система управления включает пневматическую и электрическую схемы управления.

Рис. 6. Шкаф управления устройством

Электрическая схема управления состоит из шкафа управления и периферии (набор датчиков и серводвигателей). В состав шкафа управления (рис. 6) входят:

• контроллер Modicon М241 Schneider Electric;
• графическая сенсорная цветная панель Schneider Electric (рис. 7);
• сервоконтроллеры Lexium 28 Schneider Electric.
  
  

  Рис. 7. Графическая панель оператора автоматического устройства

Основой пневматической схемы является пневмоостров Festo VTUG, который по сигналам контроллера управляет движением пневматических цилиндров Festo, приводящих в движение компоненты устройства.

Также в устройстве использованы электромеханические механизмы линейного перемещения производства Festo с серводвигателями Schneider Electric.

Еще одним из важных нововведений в данной машине стала интеграция ее в концепцию MachineStruxure, разработанную компанией Schneider Electric. При помощи SCADA-системы EcoStruxure Machine SCADA Expert был организован мониторинг за процессом производства. Разработаны алгоритмы расчета OEE и обеспечено автоматическое оповещение обслуживающего персонала о нештатных ситуациях. А интеграция в облачный сервис EcoStruxure Machine Advisor предоставила возможность видеть состояние ключевых параметров машины из любой точки мира.

Внедрение этого устройства (рис. 8) дало заказчику рост производительности с 60 с на одно изделие до 16 с на одно изделие без учета вспомогательных операций. Норма выработки составила 1000 изделий в смену.

Рис. 8. Общий вид автоматического устройства для обтягивания сидений детских стульев

Дальнейшее развитие линейки таких станков пошло по пути выполнения специальных условий для заказчиков. Одному клиенту понадобилось формировать складку при обивке — было найдено решение и изготовлено устройство по требованиям заказчика. Другому заказчику требовалось универсальное устройство для нескольких изделий, и такое устройство нами было создано. Сменная оснастка позволяет обивать шесть видов изделий, при смене оснастки устанавливается нужная программа обивки. Наработка опыта проектирования, изготовления позволила добиться сокращения сроков выполнения заказов. Полный цикл от разработки устройства до сдачи заказчику занимает шесть месяцев.

Николай Косачев, руководитель отдела развития рынка «Промышленность» компании Schneider Electric в России

Компания «Тактика» является стратегическим партнером Schneider Electric на протяжении долгого времени, счет которому пошел уже на десятки лет. Благодаря открытому и продуктивному сотрудничеству мы реализовали большое количество совместных проектов. Многие из них были новаторскими, как с точки зрения используемых специалистами компании «Тактика» технологий, так и со стороны концептуальных подходов к созданию решений. Отличительная особенность данного проекта — использование цифровых инструментов в качестве ключевой составляющей. Заказчик получил первоклассную техническую реализацию и неочевидные, но от этого еще более ценные, экономические выгоды за счет применения предиктивного анализа, удаленного сервисного обслуживания и возможности анализа состояния установки в режиме реального времени. Результатом стала оптимизация производства заказчика с возможностью более глубокой модернизации в дальнейшем.