Telediagnoza sistemelor robotizate pentru sudura

September 24, 2010

Introducere

Sistemele robotizate moderne lucrează conform cu grafice de producţie foarte stricte. O malfuncţiune a unor componente critice periclitează termenele de producţie. O avarie prelungită a sistemului robotizat are efecte negative asupra producţiei realizate de acea celulă, dar uneori – dependent de aranjarea în linia de producţie – şi asupra staţiilor în amonte sau în aval (de ex. linie producţie maşini).

Motivele pentru timpi extinşi de nefuncţionare sunt foarte variate. De la lipsa şcolarizării personalului operator, o multitudine de probleme ce pot apărea, distanţă fizică mare de la echipamentul defectat la personalul şcolarizat, până la intervale de timp mari de la apariţia unei erori până la descoperirea acesteia. Pentru a putea îmbunătăţi situaţia ar fi necesara monitorizarea şi diagnoza continuă a sistemului robotizat.

Diagnoza de la distanţă umple exact acest spaţiu. Este abilitatea de a diagnostica un anume simptom sau problemă de la distanţă. În loc ca subiectul să fie colocat cu persoana sau sistemul de diagnosticare, în cazul diagnozei de la distanţă subiectele pot fi separate de distanţe fizice.

Arhitectura tipica a unui sistem de diagnoza de la distanta

Arhitectura tipica a unui sistem de diagnoza de la distanta

Limitându-ne la sisteme robotizate de sudare o definiţie uzuală acceptată este: „să se crească disponibilitatea sistemelor vitale sau scumpe, şi să se reducă costurile de întreţinere prin înlăturarea situaţiilor neprevăzute de întreţinere, prin monitorizarea stării sistemului de la distanţă”. [ 1 ]

Schimbul de informaţii se realizează prin intermediul unui canal de comunicare (uzual o conexiune de reţea fie cu cablu, optică sau fără fir).

Soluţii

Diagnoza de la distanţă

Sisteme de diagnoză de la distanţă pentru calculatoare personale sunt disponibile pe plan larg (mai mult de 200 de produse disponibile în momentul de faţă). Bazat pe aceeaşi infrastructură, producătorii de sisteme robotizate de sudare au început să aplice aceste tehnici şi la unităţile de comandă a sistemelor şi celulelor robotizate.

Diagnoza de la distanţă permite personaului de service să observe startea curentă a sistemului robotizat de sudare şi să execute operaţii de întreţinere curentă.

În funcţie de nivelul de interacţiune posibil, pot exista două tipuri de sisteme de diagnoză de la distanţă: active şi pasive. Sistemele pasive permit doar un rol de observator, pe când cele active permit personalului calificat de service să altereze starea sistemului prin executarea unor acţiuni de la distanţă.

În funcţie de modalitatea de interconectare putem avea mai multe situaţii: fie sistemul de comandă a celulei de sudare robotizate este conectată direct la reţeaua internet, fie sistemel robotizate ale beneficiarului sunt conectate la un calculator central, care la rândul său este accesat de la distanţă. Al doilea scenariu este preferat, deoarece acelaşi calculator (şi module software) este folosit atât de tehnicienii întreprinderii respective pentru o diagnoză locală, cât şi de către personalul ce realizează diagnoza de la distanţă.

Mentenanţă de la distanţă

Sistemele de mentenanţă de la distanţă sunt foarte similare ca şi arhitetură cu cele de diagnoză, dar permit suplimentar operatorului să acţioneze asupra sistemului robotizat pentru a cauza modificări de stare şi astfel să obţină o imagine mai bună despre problemele apărute. Operatorul poate efectua operaţiuni corective şi preventive, descrise în partea următoare.

Un sistem de mentenanţă de la distanţă nu va înlocui lucrările de revizii periodice ale sistemului robotizat (deoarece există acţiuni la care este necesară intervenţia la faţa locului: gresări, curăţiri etc.), dar multe dintre acţiuni se pot realiza de la distanţă în ziua de azi (măsurare de tensiuni, chiar şi reglare surse de alimentare, testarea integrităţii sistemului, testarea răspunsului sistemului la diverşi stimuli etc.), programe întregi de sudare pot fi transferate de la şi către sistemul robotizat de sudare [ 7 ] ceea ce permite ca depanarea să fie realizată într-o locaţie îndepărtată, cu personal mult mai competent decât personalul de la faţa locului. (de multe ori nu este economică şcolarizarea extensivă la faţa locului pentru 1-2 sisteme robotizate de sudare).

Operaţii de diagnoză şi mentenanţă de la distanţă posibile la sisteme robotizate de sudare

Stadiul curent

Cum a fost descris anterior, cel mai important aspect al diagnozei, reparaţiei şi mentenaţei de la distanţă a unui sistem robotizat este accesul la date. Obţinerea şi înţelegerea stării curente a sistemului,împreună cu cunoştiinţe despre cum ar trebui să fie starea curentă, permit unui tehnician sau inginer de service să determine cauza malfuncţiunii curente, sau să determine posibile porbleme ce vor apare în viitor.

Configuraţia sistemului robotizat

Cum personalul de service nu este familiarizat cu absolut toate sistemele robotizate posibile, configuraţia sistemului robotizat este primul punct colectat şi analizat. Bazat pe datele de configuraţie, personalul de service ştie ce componente trebuie sa fie prezente în sistem şi cum sunt interconectate acesta. Analizele următoare se realizează se bazează pe lista de componente.

Lista erorilor curente

Lista cu erorile curente

Lista cu erorile curente

Un alt aspect foarte important este lista erorilor curent. Pentru probleme simple este de obicei suficienta ultima eroare. Pentru probleme mai complexe insa, este important de analizat stabilitatea sistemului in ultimele săptămâni şi luni. Anumite erori periodice pot duce mai rapid la soluţionarea problemei curente.

Starea actuatorilor sistemului robotizat

Principala posibilitate pentru un sistem robotizat de a cauza acţiuni este prin intermediul actuatorilor, cele mai importante componente. Observarea stării actuatorilor este foarte importantă, deoarece astfel se pot observa potenţiale probleme înainte de apariţie. Se poate observa o creştere a curentului prin motor, pe măsură ce ungerea rulmenţilor nu mai este suficientă. Curenţi mari pe perioada accelerării/decelerării poate fi cauzată de un contrabalans reglat necorespunzător (de ex. piston pneumatic).

Versiune software

Sistemele robotizate sunt compuse din componente asupra cărora frecvent se efectuează schimbări. Foarte des apar versiuni noi de componente, atât hardware cât şi software, întrucât producătorii încearcă să ţină pasul cu avansarea tehnologiei. Este deci foarte important să se determine exact ce versiune de componente sunt instalate la un sistem robotizat de sudare, deoarece versiuni diferite pot cauza mesaje de eroare diferite, sau pot răspunde diferit la stimului externi.

Intrări şi ieşiri digitale

Un alt aspect important al sistemelor robotizate de sudare îl constituie intrările şi ieşirile digitale (cum se poate vedea în Figure 1). Intrările şi ieşirile digitale se folosesc pentru interconectarea variilor componente ca dispozitive automate, echipamente de siguranţă – uşi, bariere optice, verificare prezenţă piesă, identificare tip piesă şamd.

Fereastra diagnoza intrari/iesiri digitale

Fereastra diagnoza intrari/iesiri digitale

Transferul programelor

Un alt punct foarte important la sistemele de diagnoză de la distanţă este posibilitatea de a transfera programe robot. Majoritatea programelor de diagnoză de la distanţo permit acest lucru [ 4 ][ 5 ], fapt justificat şi de constatarea că majoritatea problemelor apărute în timpul funcţionării sistemelor robotizate de sudare se datorează unor greşeli de programare.

Ajustarea actuatorilor

Dacă parametri unui actuator (de ex. coeficienţii proporţional, integral şi derivativ) nu sunt corect reglaţi, procesul poate deveni instabil. Ieşirea procesului diverge, cu sau fără oscilaţii, limitat de saturaţie sau defectări hardware. Pentru un sistem robotizat de sudare, astfel de erori pot avea efecte foarte serioase: în cazuri extreme mişcări involuntare şi coliziuni. Folosirea curentă a unor actuatori reglaţi incorect duce la creşterea uzurii componentelor mecanice. Reglarea buclei de control se face cu ajutorul sistemului de diagnoză de la distanţă – de obicei cu ajutorul unui model matematic al actuatorului, şi cu răspunsul acestuia la un stimul treaptă. [ 3 ]

Actualizarea sistemului de operare

Ca şi rudele apropiate – calculatoarele personale – sistemele de comandă bazate pe calculatoare industriale sunt afectate de defecte software. Pe măsură ce acestea sunt descoperite şi reparate noi versiuni soft sunt publicate pentru a preveni apariţia lor. Actualizarea sistemului de operare este deci o măsură preventivă, ce trebuie executată de personal calificat. Putând executa acest lucru şi de la distanţă, fără să fie necesară deplasarea unui inginer specializat, reduce timpul şi costul actualizării.

Analiza parametrilor de sudare

Nu doar aspectele de deplasare trebuie luate în considerare la un sistem robotizat de sudare. Echipamentele de sudare moderne sunt toate bazate pe microprocesor şi posedă varii interfeţe de comunicare, lucru ce le califică de asemenea pentru diagnoză şi mentenanţă de la distanţă.

Analiza parametrilor de sudare

Analiza parametrilor de sudare

Echipamentele de sudare sunt uzual conectate la reţeaua beneficiarului, şi prin intermediul acesteia la sistemul de diagnoză de la distanţă. Este posibilă analiza parametrilor curenţi, se pot înregistra şi observa depăşiri de limite impuse (limite se pot defini pentru curent de sudare, tensiune, viteză avans sârmă, debit gaz, stabilitate arc precum şi alţi parametri de sudare). Sistemul poate fi configurat să înregistreze erorile şi/sau să oprească procesul de sudare, dacă limitele sunt depăşite (vezi  Error: Reference source not found).

Se mai pot obţine şi date statistice cum ar fi: timp de sudare (timp arc), timp inactiv, număr de cordoane sudare, număr de straturi, cost individual sau total, etc.

Un sistem de calcul al costurilor permite definirea preţului unitar a consumabilelor (sârmă, gaz, curent şi forţă de muncă) şi apoi permite calculul de cost total al producţiei (pe strat, pe cordon, piesă, schimb, zi, lună, an). În cazul fabricilor cu mai multe sisteme robotizate şi echipamente manuale de sudare, este suficientă interconectarea tuturor componentelor într-o reţea şi adunarea costurilor individuale.

Avantaje

Avantajul principal al sistemelor de diagnoză şi mentenanţă de la distanţă în constituie scăderea costului de producţie. Reducerea se datorează mai multor cauze: la faţa locului este necesar personal mai puţin calificat, se reduc costuri de deplasare, se reduc timpii morţi (anumite operaţii de diagnoză şi mentenanţă de la distanţă se pot realiza chiar şi în timpul funcţionării normale ale sistemului), acţiuni preventive (se pot identifica probleme ce pot apare în viitor), personalul de la distanţă – mai specializat – poate determina mai rapid cauza unei erori sau defecţiuni.

Îmbunătăţiri viitoare

Integrarea tehnologiilor moderne de comunicare: chat, transfer de fişiere, conferinţe audio şi video, permit extinderea suplimentară a sistemelor de diagnoză de la distanţă. Folosind canale paralele de comunicare, experienţa de la distanţă se îmbunătăţeşte considerabil ducând la timpi mai mici de intervenţie.

Soluţiile curente de diagnoză şi mentenanţă folosesc surse adiţionale pentru observarea stării sistemului (de ex. cameră web). Extinderile viitoare ar putea folosi realitate virtuală sau augmentată pentru a îmbunătăţi serviciul, şi pentru a permite realizarea mai multor acţiuni de la distanţă.

Folosind roboţi de servicii [ 6 ] diverse acţiuni ce necesită intervenţie la faţa locului pot fi efectuate. De exemplu: schimbarea consumabilelor, reumplerea diverselor lichide (anti-stropi la curăţirea capului de sudare), asistenţă în caz de coliziuni, etc.

Bibiografie

[ 1 ] – Encyclopaedia Britannica, 2008 Edition

[ 2 ] – Welding robot diagnostic system and method  of use thereof; US Patent 5,353,238/Oct. 4, 1994

[ 3 ] – Ang, K.H., Chong, G.C.Y., and Li, Y. (2005). PID control system analysis, design, and technology, IEEE Trans Control Systems Tech, 13(4), pp.559-576.

[ 4 ] – Fanuc Robotics Remote  Diagnostics; web http://www.fanucrobotics.lu/nl/Other-Items/~/media/Global/Files/Downloads/Magazines/After%20Sales/EN/Remote_Diagnos_EN.ashx

[ 5 ] – CLOOS Remote Service Manager; web http://www.qirox.ro/produse_software_rsm.php

[ 6 ] – World Robotics Service Robots 2009; IFR Statistical Department; VDMA Robotics+Automation Germany; 2009

[ 7 ] – Robotic arc welding developments exhibited, A Carl Cloos Schweisstechnik product story; Edited by the Manufacturingtalk editorial team Jun 2, 2008

Comments are closed.