W przyszłości wtryskarki staną się jeszcze bardziej samodzielne

Rozmowa z Davidem Pinterem, menedżerem sprzedaży wtryskarek Roboshot w regionie Europy Wschodniej w FANUC Europe.

Szybki rozwój technologii cyfrowych otworzył szeroko drzwi do tzw. ery Przemysłu 4.0. W jaki sposób cyfryzacja wpływa na rozwój branży wtryskarek i jak zmienia ona podejście do procesu formowania wtryskowego?

Przemysł 4.0 opiera się na dwóch filarach. Pierwszym z nich jest „Internet Rzeczy” (z ang. IoT, Internet of Things), który pozwala na globalny dostęp do danych oraz maszyn, a drugim „inteligencja maszynowa”, która zakłada pełną autonomizację procesów produkcyjnych, wliczając w to organizację produkcji oraz reakcję na zmiany zapotrzebowania rynku na produkt o konkretnych parametrach.

Firma FANUC doskonale zdaje sobie sprawę, że postęp w przemyśle przynosi potrzebę umiejętnego łączenia know-how procesowego, czyli wiedzy odnoszącej się do tego, jak tworzyć optymalne rozwiązania dla poszczególnych procesów wytwórczych, z kompetencjami cyfrowymi. W przetwórstwie tworzyw sztucznych, które z natury są innowacyjne i gdzie proces odbywa się w gnieździe produkcyjnym w oparciu o skomplikowane i kosztowne narzędzie jakim jest forma wtryskowa, ma to szczególne znaczenie; dlatego nasz cel realizujemy na kilka sposobów.

Pierwszy z nich dotyczy filozofii tworzenia produktów. Jako jedyny dostawca na rynku mamy 100% kontrolę nad komponentami maszyn i robotów, bo produkujemy je wyłącznie we własnych fabrykach w Japonii. Analizując przebieg poszczególnych procesów wytwórczych (w oparciu o dane) zyskujemy pewność, że gotowy produkt spełnia najwyższe standardy jakościowe i nie zaskoczy naszego klienta w zderzeniu z żywą produkcją. Dysponując bardzo dużą wiedzą na temat komponentów i ich zachowania się w ściśle określonych warunkach, np. odnośnie do tego jakie prądy lub luzy występują w silnikach podczas pracy, jakie efekty pojawiają się na skutek zmian temperatury etc., możemy tworzyć unikalne funkcjonalności oparte o wybrane parametry, znane wyłącznie konstruktorom naszej firmy.

Warto dodać, że zaawansowana serwotechnologia FANUC i możliwość odzyskiwania energii podczas realizacji procesu sprawiają, że nasze wtryskarki Roboshot zużywają o 50–70% mniej energii w porównaniu z maszynami hydraulicznymi i nawet o 10–15% w porównaniu z konkurencyjnymi wtryskarkami elektrycznymi.

Drugi sposób to wyposażanie maszyn w coraz szerszy zakres funkcji bazujących na sztucznej inteligencji. Dzięki ich obecności istnieje możliwość automatyzacji, a jednocześnie precyzyjnej wizualizacji wszystkich etapów procesu wtrysku. To przekłada się na wzrost poziomu kontroli użytkownika (nad procesem i elementami maszyny), poszerzanie się pola do wprowadzania nagłych modyfikacji stosownie do potrzeb, a także gwarancję spełnienia najwyższych norm w zakresie bezpieczeństwa.

Dodatkowym efektem, szczególnie cenionym przez klientów w czasach, gdy na rynku brakuje pracowników i doświadczonych operatorów, jest znaczne uproszczenie obsługi maszyny. Za pomocą nowoczesnego wyświetlacza FANUC PANEL iH Pro użytkownik może kontrolować zarówno pracę maszyny, jak i urządzeń peryferyjnych.
Innym wpływem digitalizacji, o jakim warto tu wspomnieć jest to, że przynosi ona zupełnie nowe możliwości w zakresie zarządzania pracą maszyn. Przykładem realizacji koncepcji Przemysłu 4.0 w naszym wydaniu jest otwarta platforma IIoT FANUC FIELD (FANUC Intelligent Edge Link and Drive system), umożliwiająca łączenie parków maszynowych w sieć, którą można zarządzać w sposób zdalny za pomocą urządzeń mobilnych i dedykowanych aplikacji. Platforma, zbudowana na kształt "nadrzędnej skrzynki", łączy maszyny CNC, roboty jak i dodatkowe urządzenia peryferyjne oraz czujniki w celu dostarczania zaawansowanych danych do bieżącej analizy i błyskawicznego generowania wniosków biznesowych. System wprowadza możliwość prowadzenia diagnostyki prewencyjnej (z ang. Predictive Maintenance), a więc możliwość aktywnego zapobiegania awariom i nieprzewidzianym przestojom jeszcze zanim one wystąpią. System FIELD jest nastawiony na ciągły rozwój (możliwość tworzenia dedykowanych aplikacji), optymalizację produkcji oraz znaczną poprawę jakości, produktywności, płynności i efektywności kosztowej.

Nadal znajdujemy się na wczesnym etapie postępującej cyfryzacji i, ogólnie rzecz biorąc, stopień zaawansowania w zakresie cyfryzacji procesów formowania wtryskowego jest wciąż bardzo zróżnicowany.

Tak, to prawda, ale warto zauważyć, że zakres rozwiązań cyfrowych dostępnych na rynku wciąż się poszerza, podobnie jak skala ich implementacji. Podczas pandemii COVID-19 wiele firm przekonało się, że tradycyjne, analogowe modele produkcji nie są w stanie mierzyć się z poważnymi wyzwaniami rynku. W efekcie właściciele fabryk bardziej przychylnie patrzą dziś na nowe technologie. Firmy zaczynają szukać informacji i konkretnych rozwiązań dla siebie, a to sprawi, że cyfryzacja wkrótce przyspieszy.

Firma FANUC przygotowywała się na to od dawna, dlatego m.in. wtryskarki Roboshot są już dobrze przystosowane do korzystania z narzędzi cyfrowych realizujących idee Przemysłu 4.0. Przykładem takiego narzędzia jest autorskie oprogramowanie FANUC Roboshot LINKi umożliwiające zdalne monitorowanie i zarządzanie produkcją. W wersji podstawowej system może obsługiwać do 128 wtryskarek jednocześnie.

FANUC stworzył i oddał w ręce producentów doskonałe narzędzie do analizy, kontroli i planowania produkcji. Zaimplementowana w systemie baza danych pozwala na gromadzenie i obróbkę wielu parametrów pracy maszyny, jak i całej produkcji. Dzięki oprogramowaniu LINKi użytkownik może generować różnorodne raporty, ściśle dostosowane do swoich potrzeb. Warto wspomnieć, że w przypadku chęci optymalizacji procesu system daje użytkownikowi możliwość bieżącego wprowadzania niezbędnych zmian.

Dobrze również wiedzieć, że FANUC Roboshot Linki dzięki opcji informowania użytkownika o niepożądanych sytuacjach poprzez e-mail lub bezpośrednio na urządzenia mobilne, np. smartfon, pozwala na zminimalizowanie przestojów produkcyjnych. Zarządzający procesem wytwórczym ma możliwość zdalnej obserwacji aktualnego stanu wtryskarki oraz w razie potrzeby poinformowania operatora obsługującego maszynę o kolejnych krokach, jakie powinien podjąć w celu usunięcia błędu. Co ciekawe, mimo że FANUC Roboshot Linki jest systemem dedykowanym do współpracy z wtryskarkami Roboshot, to może być również integrowany z systemami innych producentów za pomocą standardu transmisji danych EUROMAP63.

Jakie możliwości oferuje obecnie cyfryzacja w branży wtrysku tworzyw sztucznych?

Cyfryzacja pomaga nam w pełni wykorzystać potencjał wtryskarek i produkować znacznie bardziej efektywnie. Jest to związane przede wszystkim z możliwością zachowania pełnej kontroli nad procesem, w tym nieustannej kontroli formy i jakości wytwarzanego produktu oraz ze zwiększeniem efektywności produkcji poprzez likwidację mikroprzestojów i przestojów wynikających ze współpracy maszyny z człowiekiem. W przeszłości te najbardziej odpowiedzialne zadania spoczywały na barkach ludzi, a dziś człowiek jest potrzebny przede wszystkim do nadzoru procesu. W branży tworzyw sztucznych procesy stają się coraz bardziej zautomatyzowane, co oznacza że w nowoczesnych zakładach podstawą produkcji nie jest już duet człowiek - maszyna. Dziś jest to trio: maszyna, robot i człowiek do nadrzędnej kontroli. W tym nowym układzie robot przemysłowy jest odpowiedzialny za proces obsługi maszyny, a także dodatkową kontrolę jakości wyprasek, m.in. przy użyciu zmysłu wzroku (system wizyjny) lub kontroli masy detalu. Mimo że liczba elementów procesu wzrasta, to człowiek wyposażony w odpowiednie narzędzia cyfrowe bez trudu radzi sobie z jego obsługą i ma większy wpływ na zapobieganie awariom oraz ograniczenie strat wynikających z produkcji wadliwych detali.

Wraz z postępującą cyfryzacją procesów formowania wtryskowego rośnie również ilość danych. Dane te zawierają wiele informacji, ale często nie są rozpoznawalne na pierwszy rzut oka. W jaki sposób informacje te mogą być zintegrowane z optymalizacją procesu?

Informacja od zarania dziejów stanowiła cenny towar. Zdobywanie, przetwarzanie i umiejętne wykorzystywanie potencjału liczb było i jest podstawą sukcesu, szczególnie w przypadku firm, które nieustannie muszą podejmować decyzje biznesowe. Dziś tych danych jest bardzo wiele, nie bez kozery używamy terminu big data. Niestety, jeszcze stosunkowo niewiele firm wie, jak korzystać z potencjału liczb. Jako firma FANUC wychodzimy im naprzeciw, oferując dostęp do wspomnianej już platformy FIELD (FANUC Intelligent Edge Link & Drive) ułatwiającej komunikację pomiędzy warstwą produkcyjną, generującą olbrzymie ilości użytecznych danych, a innymi szczeblami organizacji. Nasza platforma umożliwia pozyskiwanie i analizowanie danych w ramach systemu produkcyjnego. Co ważne, dzieje się to już na krawędzi sieci (edge computing/fog computing), dzięki czemu dane pozostają bliżej użytkownika i są odporne na ewentualne ingerencje podmiotów zewnętrznych.

System FIELD został oddany w ręce użytkowników wraz z pakietem aplikacji wspomagających korzystanie z danych pozyskiwanych z warstwy produkcyjnej. W praktyce FIELD to otwarte środowisko deweloperskie, w którym deweloperzy aplikacji i klienci używający systemu mogą opracowywać niezbędne aplikacje i swobodnie używać ich w ramach procesów produkcyjnych.

Spośród aplikacji, które FANUC oferuje dziś producentom, warto wspomnieć te odpowiadające na największe wyzwania współczesnej produkcji przemysłowej. iZDT to aplikacja służąca redukowaniu nieoczekiwanych przestojów urządzeń produkcyjnych (monitoruje stany maszyn CNC i robotów FANUC oraz generuje alarmy błędów). W razie nieprawidłowości powiadamia użytkownika o konieczności przeprowadzenia działań serwisowych i zachęca do prowadzenia konserwacji zapobiegawczej w przyszłości). Z kolei iPMA to aplikacja przeznaczona do bieżącej analizy funkcjonowania zakładu i poprawy produktywności (pozwala monitorować status funkcjonowania każdego urządzenia produkcyjnego w czasie rzeczywistym, w tym czas pracy i alarmów, i wykorzystuje je do analizy czynników wpływających na pracę urządzenia).

Wsparcie online, serwis zdalny, rzeczywistość rozszerzona - te funkcje są już szeroko rozpowszechnione. Jakie są osiągnięcia firmy FANUC w tej dziedzinie?

Wdrażana na szeroką skalę diagnostyka prewencyjna i autodiagnostyka urządzeń marki FANUC, w tym wtryskarek, pozwala nam na zdalne sprawdzanie obciążeń, zużycia głównych układów w maszynach, a także reagowanie z odpowiednim wyprzedzeniem. Nasze służby serwisowe otaczają produkty klientów troskliwą opieką w całym okresie ich eksploatacji, a nowoczesne metody współpracy z klientami - w dużej mierze oparte o narzędzia i techniki cyfrowe – dają nam możliwość skutecznego eliminowania nieplanowanych przestojów. Dzięki temu niezbędne prace konserwacyjne mogą odbywać się w ściśle zaplanowanych terminach, bez żadnych strat dla produkcji. Nowoczesne narzędzia, takie jak np. okulary Virtual Reality sprawiają, że część prac może być wykonywana zdalnie, z pomocą operatorów na co dzień pracujących w zakładach, a to przekłada się na oszczędność czasu i znaczne obniżenie kosztów serwisu.

Obserwujemy również szybki rozwój sztucznej inteligencji. Jest to szczególnie widoczne w obszarze kontaktów społecznych, choć często dostrzegamy także skutki uboczne tego zjawiska. Ale pozostańmy przy naszym temacie. Jaka jest rola sztucznej inteligencji w procesach formowania wtryskowego?

FANUC oferuje produkty, które w standardzie zawierają funkcje sztucznej inteligencji. Jednym z nich jest całkowicie elektryczna wtryskarka Roboshot. Funkcja wstępnego wtrysku w uchyloną formę dostępna w standardowym wyposażeniu naszych wtryskarek zapewnia niezawodne odpowietrzanie formy wtryskowej oraz zapobiega powstawaniu efektu Diesla. Swobodne określanie czasu pomiędzy początkiem wtrysku a budowaniem siły zwarcia pozwala na łatwe znalezienie optymalnego ustawienia.
FANUC Roboshot to pierwsza na świecie wtryskarka monitorująca przepływ tworzywa przez zawór zwrotny w pierwszej fazie wtrysku wraz z czasem jego zamknięcia.

Zastosowana we wtryskarce funkcja Backflow Monitor umożliwia szybką diagnozę zaworu na ślimaku w przypadku wystąpienia problemów z wtryskiem. Dzięki niej użytkownik unika konieczności demontażu elementów układu plastyfikującego maszyny w celu określenia stanu zaworu zwrotnego ślimaka, a w efekcie minimalizuje ryzyko kosztownych i zupełnie niepotrzebnych przestojów oraz zapewnia niezmiennie wysoką wydajność i jakość produkcji. Funkcja Backflow Monitor to nowoczesne narzędzie służące do optymalizowania procesu wtrysku pod kątem powtarzalności procesu. Ogranicza ryzyko wystąpienia wielu wad wypraski, takich jak przebarwienia powstające ze zdegradowanego tworzywa, niedolewy, wciągnięcia.

Uzupełnieniem BackFlow Monitor jest innowacyjna funkcja Precise Metering 2 i 3. Jest to odpowiedź firmy FANUC na potrzebę zapewnienia maksymalnej dokładności dozowania uplastycznionego tworzywa podczas sekwencji wtrysku. Precise Metering gwarantuje, że każdy wtrysk tworzywa w gniazdo formy charakteryzuje identyczna dawka tworzywa. Dzięki temu proces nabierania tworzywa jest realizowany z wysoką i powtarzalną dokładnością, a tworzywo jest optymalnie uplastycznione. Dodatkowym atutem użycia funkcji Precise Metering jest brak występowania pęcherzy powietrza w stopie tworzywa, możliwość wyrównania ciśnienia przed i za pierścieniem zaworu zwrotnego oraz wyeliminowanie ciągnącej się nitki za wlewkiem.

Wszystkie 3 autorskie funkcje FANUC oparte na algorytmach AI pozwalają na pełną kontrolę parametrów nabierania tworzywa oraz przygotowania homogenicznie uplastycznionego tworzywa do wtrysku w gniazdo, eliminując ryzyko produkcji wadliwych detali.

Na koniec chciałbym prosić pana o wcielenie się w rolę wizjonera. Jak będzie wyglądał sektor technologii formowania wtryskowego za 20–30 lat?

Dwie lub trzy dekady to czas, w którym z pewnością dokona się ogromny postęp. Rozwój technologii przyspieszy, by nadążyć za nowymi potrzebami rynku i oczekiwaniami klientów. Konstrukcja wtryskarek nie zmieni się znacząco, w przeciwieństwie do możliwości operacyjnych tych maszyn. Wtryskarki staną się jeszcze bardziej samodzielne, jeśli chodzi o kontrolę procesu wtryskiwania; na pewno będą miały większą kontrolę nad uplastycznionym tworzywem (reologia) zarówno po stronie układu plastyfikacji, jak i formy wtryskowej. Należy się spodziewać, że będą potrafiły wytwarzać jeszcze bardziej skomplikowane detale odpowiadające potrzebom strategicznych i szybko rozwijających się sektorów, m.in. związanych z ochroną zdrowia ludzi, przemysłem nowoczesnych technologii, motoryzacji czy produktów elektronicznych. Maszyny będą w stanie zaplanować, zrealizować i zweryfikować wybrany element procesu dla każdego wtryskiwanego detalu z osobna. Wtryskarki zyskają większą niezależność, bo będą potrafiły się uczyć, decydować o wyborze najlepszych sposobów przeprowadzenia procesu wtrysku, komunikować się z ludźmi i innymi maszynami pracującymi w ich otoczeniu. Na dobre zaprzyjaźnią się z robotami, które wesprą maszyny w obszarze kompleksowej obsługi produkowanych detali.

Rozmawiał: Jacek Leszczyński