Промышленные роботы в ЛПК

Основными процессами деревообработки, в выполнении которых могут применяться роботы, являются покраска, складирование, сортировка и ремонт отдельных частей и целых продуктов из древесины. Как рассказал Элдон Оуэн, генеральный директор компании Willamette Valley Co. (США), его компания уже имела опыт внедрения роботов в деревообработку. «Willamette Valley внедрила роботов в покраску плит OSB. До этого большинство систем для покраски OSB были устарелыми, а роботы предоставили конечным пользователям высокий уровень эффективности», – отметил он.

Роботы также участвуют в сортировке и ремонте шпона. «Шпон разрезается до нужного размера, потом на большой скорости сканируется компьютером , который выявляет дефекты, требующие ремонта», – говорит Оуэн. В зависимости от количества дефектов, которые надо устранить, сорт продукта, а соответственно и его стоимость, может быть повышен. «Шпон, имеющий качество сорта «C», может быть отремонтирован роботами до качества сорта «А». Эти системы новые и используются только три или четыре года», – отмечает Оуэн.

Рон Поттер, старший директор по дистрибуции и рынкам роботов компании Motoman Inc. (США), отмечает еще несколько задач, которые способны выполнять роботы: «Роботы поднимают части кухонной и офисной мебели со стеллажей и на конвейере и загружают их в станки с ЧПУ.

Для такого применения роботов оснащают двухсторонним вакуумным механизмом захвата, чтобы он мог выгружать отдельные готовые панели, поворачивать инструмент и быстро загружать новые панели, после этого переносить готовые панели на другие стеллажи».

Поттер вспоминает гибкие производственные модули, используемые при производстве деревянной мебели. «Их внедрила в производство мебели компания Motoman. Робот использует многофункциональные инструменты, установленные на манипуляторе, для того, чтобы имитировать старение и износ мебели, за счет искусственного создания червоточин, вмятин и других элементов, характерных для антикварной мебели. Инструменты вращаются в манипуляторе и под давлением пневмоцилиндра наносят отметки на древесине. Для сглаживания краев используется напильник, приводящийся в действие пневматическим приводом. Инструмент в виде небольшого топорика используется для создания трещин», – объясняет он.

Чтобы состарить деревянную мебель вручную, потребуется выполнить много напряженной работы. «Робот делает эту работу непрерывно и высококачественно. Мебель при этом больше похожа на антикварную, чем при ручной обработке», – отмечает Поттер. Роботы компании Motoman могут также применяться при шлифовке и полировке продукции из древесины.

Один из крупных производителей гитар получил производственный модуль с интегрированным в него роботом Motoman, который полирует гитарные корпуса. Робот поднимает гитарный корпус и подносит его к наждачному и шлифовальному кругам. Поттер называет еще одно небольшое, но все более распространяющееся применение роботов в деревообработке: роботы распыляют клей для соединения слоев ламината.

«В деревообработке роботы применяются для шлифовки, фрезерования, сверления, погрузки/разгрузки, укладки продукции на поддоны, сборки, полировки и покраски», – говорит Верджил Уилсон, старший инженер компании FANUC Robotics America, Inc. (США). Роботы выполняют эти работы при производстве мебели, например, стульев, столов и гарнитуров, а также при производстве напольных покрытий, древесных плит и музыкальных инструментов.

Активно применяются роботы и для перемещения древесного сырья. Трой Палмер, системный координатор компании Custom Machines Inc. (США) отмечает, что перемещение сырья является первоочередной областью применения роботов в деревообрабатывающей промышленности.

Строительная индустрия использует роботов для поднятия и укладки материалов, упаковки и контроля. Если роботы используются для контроля и перемещения материалов, они оснащаются машинным зрением.

Компания SICK, Inc. разработала решение использования роботов в производстве фанеры. Роботы упаковывают как пиломатериалы, так и фанеру, и складывают упакованную продукцию на тележки или поддоны. Еще одно решение предполагает применение роботов при сборке мебели, окон и дверей: робот поднимает заготовки и соединяет их или подносит к соединяющему станку.

Против течения

Древесина, в отличие от пластика, металла или других материалов, с которыми обычно работают роботы, обладает природной неоднородностью, что создает дополнительные сложности для внедрения в производственный процесс роботов. В древесине встречаются сучки и другие нестандартные включения, производственным процессом надо внимательно управлять, иначе продукция может быть списана в отходы. Для успешного контроля природных включений, которые встречаются в древесине, роботов оснащают системами зрения.

Как отмечает президент компании SHAFI, Inc. (США) Адил Шафи, системы зрения, распознающие характеристики древесины, являются ключевым элементом для расширения применения роботов в деревообработке. «Конечный пользователь не должен надеяться, что сучок будет находиться всякий раз в одном и том же месте. Чтобы справиться с этим, мы рекомендуем использовать лазерную технологию», – поясняет он. Компания Willamette Valley, являющаяся консультантом в области интеграции, работает в партнерстве с компанией, которая обладает опытом в области деревообработки.

«Системы лазерного зрения разработаны для сканирования, выявления дефектов и сортировки древесины. Не существует готовых камер, производящих сканирование, так как древесина – неоднородный материал», – говорит Элдон Оуэн. Если роботы используются для перемещения продукции из древесины, они часто оснащаются устройствами, реагирующими на усилие. Это необходимо, чтобы обеспечить перемещение правильного количества древесины. Менеджер по продажам компании FANUC Кейт Торп отмечает важность этих устройств: «Контроль силы вместе с высокоскоростными производственными возможностями позволяют роботу постоянно следовать контору поверхности с большой точностью».

Брайан Макморрис из компании SICK добавляет, что системы зрения являются основой для работы с неоднородной структурой продукции из древесины. «Зрение используется для того, чтобы робот мог выявлять неоднородности и, например, вырезать сучки», – говорит он.

Конечные потребители часто спрашивают, зачем им инвестировать деньги в роботов, в то время, как люди вполне справляются с этой работой. Монотонность работы – одна из причин замещения человека роботом. Брайан Макморрис говорит о роботах, как о средстве для избежания монотонной работы: «Монотонную работу сложно выполнять в течение долгого периода времени без снижения эффективности. Когда люди в течение долгого времени что&то проверяют, неважно, насколько хорошо они подготовлены или насколько сильно они мотивированы, они все равно устают».

Это с одной стороны неэффективно, но, что еще важнее, может быть опасно. «Работа на деревообрабатывающем производстве является опасной, что является еще одной причиной для менеджеров рассмотреть инвестиции в роботов, – отмечает Макморрис. – Лесопильные заводы опасны, лучше, если роботы будут делать опасную работу. Менеджеры заводов могут использовать роботов для замены людей на участках производства, где существует риск травматизма».

По словам Элдона Оуэна, зарплата роботов может быть посчитана на примере применения робота на участке покраски. «Роботы очень эффективны, когда они применяются для окраски продукции из древесины, – говорит Оуэн. – Стандартный завод по выпуску плит OSB потребляет для окраски своей продукции 380 тысяч литров краски в год, и экономия 10–15% в год за счет применения роботов может быть достаточно существенной».

С ним согласен Верджил Уилсон, утверждая, что применение роботов в деревообработке оправдывается сокращением затрат на рабочую силу, на выплаты, связанные с травматизмом и на обеспечение контроля качества.

Древесина является одним из первых материалов, который человек стал использовать как инструмент и строительный материал. Но древесина имеет хорошие перспективы и в эпоху современных промышленных роботов.

Адил Шафи предсказывает, что улучшение систем зрения приведет к увеличению использования роботов в деревообрабатывающей индустрии: «Я вижу больше возможностей в применении роботов в операциях, связанных с перемещением продукции из древесины, и в операциях сортировки. В обоих случая требуется много рабочей силы, что является узким местом в производстве заготовок для мебели».

Применение роботов в деревообработке, по мнению специалистов, будет расширяться. Компании, основные производители роботов, считают разработку роботов для деревообработки одним из ключевых своих направлений. По мере того, как в ближайшие годы поиск работников для деревообрабатывающих производств будет усложняться, количество роботов в отрасли будет расти.

Уже сейчас менеджеры на деревообрабатывающих предприятиях сталкиваются с проблемами при поиске необходимого персонала, особенно молодых людей в небольших городах. За последние три года деревообрабатывающие компании США закупили не менее 50 роботов. Однако деревообработка является сложным рынком для многих интеграторов. Для успешной работы с деревообрабатывающими компаниями интеграторам необходимо обладать расширенными знаниями процесса деревообработки, знать, как сортируется древесина и как она хранится.