Feladat címe: Készítette: FARKAS MÁTÉ. MSc szintő, gépészmérnök szakos Általános géptervezı szakirányos hallgató. Konzulensek: DR. SZABÓ J.

Átírás

1 MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI- ÉS INFORMATIKAI KAR GÉP- ÉS TERMÉKTERVEZÉSI INTÉZET 3515 MISKOLC-EGYETEMVÁROS DIPLOMAMUNKA Feladat címe: ÉLELMISZERIPARI FRÖCCSÖNTÖTT VÖDÖR ÖSSZESZERELİ GÉP TERVEZÉSE Készítette: FARKAS MÁTÉ MSc szintő, gépészmérnök szakos Általános géptervezı szakirányos hallgató Konzulensek: DR. SZABÓ J. FERENC Egyetemi docens Miskolci Egyetem Gép- és Terméktervezési Intézet KÁSA ISTVÁN Tervezı mérnök Kása-Terv Kft., Pétervására Miskolc, 2014.

2 Feladatkiírás 2

3 EREDETISÉGI NYILATKOZAT Alulírott ; Neptun-kód: a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzıs gépészmérnök mesterszakos hallgatója ezennel büntetıjogi és fegyelmi felelısségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy címő szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít: - szószerinti idézet közlése idézıjel és hivatkozás megjelölése nélkül; - tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; - más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül. Miskolc,...év..hó..nap.. Hallgató 3

4 NYILATKOZAT Alulírott Kása István, a Kása-Terv Kft. igazgatója hozzájárulok, hogy Farkas Máté, a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának Gépész Mesterszakos, Általános Géptervezı szakirányos hallgatója (neptun kód: JAF97V) a diplomamunkájának témáját a Kása-Terv Kft. megbízásából kapja, melynek címe: Élelmiszeripari fröccsöntött vödör összeszerelı gép tervezése, és a feladatot a cég szakmai felügyelete alatt dolgozza ki. Kelt: Pétervására, Cégszerő aláírás 4

5 TARTALOMJEGYZÉK 1. SUMMARY (ANGOL NYELVŐ ÖSSZEFOGLALÓ) BEVEZETÉS A diplomamunka rövid ismertetése Dunszt Kft. bemutatása Kása-Terv Kft. bemutatása A mőanyag napjainkban [1] Hıre keményedı mőanyagok [1] Hıre lágyuló mőanyagok [1] A fröccsöntés [3] Fröccsöntött Vödör Alkalmazási területek [5] Követelmények, elvárt tulajdonságok [5] Élelmiszer tárolására alkalmas mőanyagok [7] A Vödör felépítése Vödör összeszerelése Feladat értelmezése Az automatizálás hatásai Az automatizálás feltételei, feladatai SZABADALOM- ÉS PIACKUTATÁS Szabadalomkutatás Bepattanó kötés Fröccsöntött vödör Vödör fül tárolása Mozgások pontos megvezetése Pontos pozícionálás, rögzítés Megfogás Gépváz, moduláris hordozóelemek Szenzorálás Piackutatás Hiwin profilsín rendszer Minitec Aluprofilok Omron vezérléstechnika Schunk megfogó elemek Festo léghengerek KONCEPCIONÁLIS TERVEZÉS Funkció lista Lehetséges megoldásváltozatok Az I. megoldásváltozat (V1) A II. megoldásváltozat (V2) A III. megoldásváltozat (V3) Értékelemzés Az értékelemzés szempontjai Az értékelési szempontok rangsorolása Az értékelemzés RÉSZEGYSÉGEK RÉSZLETES TERVEZÉSE Fültár tervezése

6 Megvalósítandó funkciók Dobos fültár 1. variáció Dobos fültár 2. variáció Dobos fültár - 3. variáció Szállítószalagos fültár Fültár megoldásváltozatainak értékelemzése A végleges variáció ismertetése és bemutatása A szállítószalag minimális hosszának számítása Vödörfülezı egység tervezése Megvalósítandó funkciók Vödörmegfogó és -pozícionáló egység tervezése A fülezı egység fı részei A vödörszerelés folyamata A szereléshez szükséges erı meghatározása A szerelıegység tartó konzolának méretezése A tartó konzol végeselemes ellenırzése KOMPLETT GÉP BEMUTATÁSA ÖSSZEFOGLALÁS FELHASZNÁLT IRODALOM

7 1. SUMMARY (ANGOL NYELVŐ ÖSSZEFOGLALÓ) My thesis is about assembling an injection molded product automatically, notably a plastic bucket. I did a concept of a machine that will do this process continously in the mass production. I examined the design and the requirements of the buckets used in the food industry, the usable plastic materials, and the technology of the injection molding through introducing a hungarian injection molding company, namely the Dunszt Kft. Previously I did patent search about the plastic buckets and different devices, equipments used for producing these products. I analysed the required motions for the assembly, the emerging forces during the process and the requirements, the possibilites and the effects of the automation. I divided the machine into functional sections based on the detected criterions. Some variations were elaborated to these sections. I choosed the most optimal solution by technical value analysis. Taking notice of economic aspects, the final concept of the assembling machine was planned using merchant devices, and observing the rules of occupational safety and health. I drew in a 3D drawing software to incresse the efficiency of the construction. In the meantime the prototype of the device was produced, and the industrial test run is under way. There is a chance to develope the appliance by persistent recording and analysing of the test experiments. I would like to return thanks to the manager of Kása-Terv Kft. for making me chance to elaborate my thesis at his incorporation. I got an insight to the engineering from the construction to the implementation, so that I was given an engineer view, that show me, how I can use the knowledge get from University in practice. 7

8 2. BEVEZETÉS A napjainkban tapasztalható növekvı mőszaki elvárások egyre magasabb követelményeket támasztanak a gyártott termékekkel szemben. Ezek megvalósítása jelentıs mőszaki, tervezési, logisztikai és kereskedelmi feladatokat jelentenek. Mindezen tevékenységek összehangolt eredménye megnyilvánul többek között: a minıség, a funkcionális használhatóság, a megfelelı teljesítmény és élettartam, a költséghatékony megoldások alkalmazása, a korszerő gyárthatóság, és nem utolsó sorban az eladható képességben. Ezek a szempontok kerülnek elıtérbe a napjainkban egyre inkább teret hódító mőanyag feldolgozó iparnál is, ahol zömmel az alkatrészek elıállítása tömeggyártásban történik. Ez a gyártási struktúra a versenyképesség megırzése érdekében egyre magasabb automatizáltsági szintet igényel A DIPLOMAMUNKA RÖVID ISMERTETÉSE A fentiekben említett mőszaki elvárások tükrében a diplomamunkám témája egy fröccsöntött termék, nevezetesen a Dunszt Kft. mőanyag termékeket gyártó cég által tervezett és tömeggyártásban legyártott élelmiszer tárolására alkalmas mőanyag vödör összeszereléséhez kapcsolódik, melyet a Kása-Terv Ipari Automatizálás Kft. megbízásából és szakmai felügyelete alatt dolgoztam ki. Ennek értelmében mőszaki koncepciót kell kidolgoznom arra vonatkozóan, hogy ezen vödrök nagy sorozatban történı automatikus összeszerelése megvalósítható legyen Dunszt Kft. bemutatása A Dunszt Kft. egy mőanyagipari cég, amelynek a fı profilja a fröccsöntés. A cég Budapest agglomerációjában, Vecsésen található. 8

9 A termelés egy 2500 m 2 -es üzemcsarnokban folyik, melyben 15 db fröccsöntı gép van. A géppark különféle ARBURG márkájú fröccsöntı gépekbıl tevıdik össze, valamint az alkatrészek manipulálását WITTMANN robotok és a Kása-Terv Kft. által gyártott robotok, célgépek végzik. (1-2. ábra) 1. ábra A fröccsöntı üzem részlete 2. ábra Az üzemben dolgozó gépek, robotok egyike 9

10 Az üzemben elıállított termékek alapvetıen két fı csoportra oszthatók: Iparban alkalmazott alkatrészek: villanyszereléssel kapcsolatos mőanyag termékek (pl. szerelvénydobozok, elágazó-dobozok, csıbilincsek, stb.) Élelmiszeripari felhasználásra szánt termékek: tároló vödrök, tégelyek. A diplomamunkám témájához kapcsolódó mőanyag vödrök nagy része a vecsési káposzta, illetve különbözı kekszek és édességek tárolására alkalmasak, melyek több méretben kerülnek legyártásra a vevı igényei szerint: 870ml, 1100ml, 2750ml, 5600ml. (3. ábra) 3. ábra Dunszt Kft. által elıállított vödrök és tégelyek [6] 10

11 Kása-Terv Kft. bemutatása A Kása-Terv Kft. egy tervezı cég, amely az ipari automatizálás területén tevékenykedik. A 2012-ben írt szakdolgozatomat is ugyancsak ennél a cégnél készítettem, s az általam tervezett szerelı automata azóta is kifogástalanul mőködik. Az elmúlt egy évben több projektben is részt vehettem, ezáltal az egyetemen megszerzett tudásomat az ipari munkák során hasznos gyakorlati tapasztalatokkal tudtam kibıvíteni. A tervezı iroda sok esetben részt vállal az automatizálási folyamatok kivitelezésben is. Az egyszerőbb alkatrészeket saját mőhelyében egyetemes jellegő forgácsoló gépeken le is tudja gyártani. A nagyobb bonyolultságot képezı alkatrészeket viszont kooperációban beszállítókon keresztül készíti el. A különbözı berendezések összeszerelését követı tesztelést, minıségi és funkcionális ellenırzését a tervezı iroda a saját tesztmőhelyében végzi el. A következı képek néhány a Kása-Terv Kft. által kifejlesztett és megvalósított gépet mutatnak, amelyeknek a tervezésében én is jelentısen részt vettem. 4. ábra Automata zsírzó készülék 11

12 5. ábra 3 tengelyes kiszedı robot fröccsöntı géphez 6. ábra Ergonomikus szerelısor merülı szivattyú szereléséhez 12

13 2.2. A MŐANYAG NAPJAINKBAN [1] A mőanyagok mesterséges úton elıállított, vagy átalakított óriásmolekulájú anyagok, szerves polimerek. Jelen vannak életünk szinte minden fontos területén a háztartásokban, a jármővekben, az egészségügyben, az elektronikában, az őrkutatásban stb. A polimerek elterjedését az alábbi tulajdonságai tették lehetıvé: [2] Kis sőrőség (sőrősége az alumíniummal és az acéllal szemben: 1 : 3 : 8), Jó mechanikai tulajdonságok, Korrózióállóság, Olcsó ár, Határtalan formagazdagság, Könnyen megmunkálhatóak. A feldolgozási technológiájuk alapján a mőanyagokat alapvetıen két fı csoportra lehet osztani (bár vannak ma már átmenetet képezı mőanyagok): a hıre keményedı, illetve a hıre lágyuló mőanyagokra. [1] Hıre keményedı mőanyagok [1] A legtöbb hıre keményedı mőanyag (mőgyanta) kiindulási monomerek funkciós csoportjainak számától függıen lehetnek enyhén vagy erısen térhálósak. A hıre keményedı duroplasztok erısen térhálós szerkezetőek. A poliaddíciós folyamat során a makromolekulák kémiailag különbözı molekulákból (két- vagy többfunkciós alapvegyület) jönnek létre, katalizátor nélkül, alacsony hımérsékleten, melléktermék nem keletkezik. Ilyen eljárással jönnek létre a poliuretánok, az epoxigyanták és a polikarbamidok. A szervetlenláncú mőanyagok közé sorolják a szilikonokat: az egy vagy kétkomponenső szilikongyantákat. A természetes alapú mőanyagok közé tartoznak a cellulózalapú mőanyagok, mint a vulkánfíber, melyet úgy állítanak elı, hogy papírt 70%-os cink-klorid oldattal kezelnek. Az eredmény egy kemény, szívós mőanyag, melyet korábban például bıröndök elıállítására használtak. Ide tartozik még a viszkóz (melybıl például mőselymet állítanak elı) vagy a celluloid. Természetes alapúak a fehérjeszármazékokból készült mőanyagok is, a mőszaru lehet például kazeinalapú vagy vérfehérje alapú. Ide tartoznak még a kaucsukszármazékok is, mint például az ebonit vagy keménygumi. Természetes alapú mőanyag még a linóleum, a bitumen, a különféle kátrányok és a növényi eredető sellak. 13

14 Hıre keményedı mőanyagok feldolgozási eljárásai: reaktív fröccsöntés (RIM), kézi laminálás, pultrúzió, vákuum injektálás, sajtolás, szórás Hıre lágyuló mőanyagok [1] A hıre lágyuló mőanyagok amorf vagy részben kristályos szerkezetőek, lineáris vagy elágazó, hosszú, fonal alakú molekulaláncokból állnak, melyek gyenge másodrendő kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Kondenzációs folyamat közben keletkeznek, ami azt jelenti, hogy a monomerek makromulekulává alakulása során melléktermék, jobbára víz keletkezik. Ilyen mőanyag például a PET, a polikarbonát, a nylon, a poliamidok. A fenolból vagy fenolszármazékokból és formaldehidbıl polikondenzációval létrehozott mőanyagokat fenolplasztoknak nevezik. A hıre lágyuló mőanyagok - ezen belül felhasználásuk szerint - két nagy csoportra sorolhatóak, vannak az úgynevezett közszükségleti (vagy commodity) mőanyagok, mint a polipropilén vagy a polietilén, melyeket általában nagy mennyiségben vásárolnak, és az úgynevezett mőszaki (vagy engineering) mőanyagok, melyeknek nagyobb mőszaki elvárásoknak kell megfelelniük és általában jóval drágábbak a közszükségleti mőanyagoknál. Ilyen például az akrilnitril-butadién-sztirol (ABS), a polikarbonát, a PEEK. A közszükségleti mőanyagokat gyakran felhasználják mőszaki mőanyagok elıállításához is, keveréssel (compounding) vagy vegyítéssel (alloying). Hıre lágyuló mőanyagok feldolgozási eljárásai: extrudálás, fröccsöntés, extrúziós fúvás, fröccsfúvás, termoformázás, hegesztés. 14

15 A fröccsöntés [3] A fröccsöntés a polimer késztermékek elıállítására alkalmas módszerek közül a legsokoldalúbb és a legdinamikusabban fejlıdı, szakaszos (ciklikus) eljárás. A felhasználható alapanyag hıre lágyuló polimer, melyet granulátum formában adagolunk az alapanyag tartály tölcsérén keresztül a felhevített extrudáló egységbe. A mőanyagot, melyet az olvadáspontja fölé melegítve kis viszkozitású ömledék állapotba vittünk, nagy sebességgel, szők beömlınyíláson át bejuttatunk a két részbıl álló nagy erıvel összezárt szerszám üregébe. Meghatározott hőtési idı elteltével a mőanyag felveszi a szerszámüreg által meghatározott geometriát, majd ezt követıen a szerszámfelek szétnyitásával a kész mőanyag alkatrész elkészül. A fröccsöntés elvi vázlatát a 7. ábra mutatja. 7. ábra Fröccsöntés elvi vázlata [3] A fröccsöntésrıl általánosságban elmondható, hogy alkalmazásával tetszıleges 3 dimenziójú, alakos termékeket gyárthatunk egy lépésben, gyakorlatilag hulladékmentesen, ugyanis a termékek nem felhasználható részei újragranulálhatóak és ismét felhasználhatóak. Fröccsöntött alkatrészeket mutat a 8. ábra. Elsısorban nagy volumenő darabszám (több db) esetén, és nagyfokú automatizáltság mellett hatékony a technológia alkalmazása, ellensúlyozva a magas szerszámköltségeket, és csökkentve az élımunka igényét. 15

16 8. ábra Fröccsöntött termékek [4] 2.3. FRÖCCSÖNTÖTT VÖDÖR Manapság egyre szélesebb körben elterjedt, hogy különbözı termékeket mőanyag csomagolással látnak el, illetve mőanyag tárolóedényekben, vödrökben kerülnek az áruházak polcaira. Ezeket a vödröket sokféle kialakításban és méretben gyártják különbözı alkalmazási célokra Alkalmazási területek [5] Mivel az egészségügyben sokkal szigorúbbak a gyártási és csomagolási elıírások, ezért a következı csoportokba sorolhatjuk a mőanyag vödrök alkalmazási területeit: Élelmiszerek csomagolása (pl.: tejtermékek, saláták, öntetek, szószok, dzsem, méz, desszertek, édességek, sütıipari anyagok, zsírok, állateledelek) Nem élelmiszerek csomagolása (pl.: festékek, ragasztók, bevonó anyag, fertıtlenítık, egyéb építıipari anyagok, por kiszereléső keverékek, adalékok, egészségügyi- kórházi anyagok, egyéb háztartási anyagok) Követelmények, elvárt tulajdonságok [5] Mivel a fröccsöntött vödrök egy része élelmiszeripari alkalmazásra kerül, ezért szigorú elıírások mellett különbözı eladhatósági, használati és ergonómiai követelményeknek kell megfelelniük, melyek a teljesség igénye nélkül a következıek: nagy ütésállóság és terhelhetıség, folyékony és szilárd anyagok tárolására való alkalmasság, a magyar, illetve az uniós elıírásoknak való megfelelıség (OÉTI, HACCP), 16

17 élelmiszerek csomagolására is legyen alkalmas, legyen vegyszerálló, nyitást segítı fül legyen rajta (és peremzáras mechanizmus) eredetiséget, bontatlanságot mutató zárral rendelkezzen a vödör és a tetı anyagában színezhetı nyomtatással, címkézéssel is legyen elérhetı legyen minél környezetkímélıbb, minél nagyobb %-ban újrahasznosítható Élelmiszer tárolására alkalmas mőanyagok [7] A boltban vásárolt élelmiszerek jelentıs részét mőanyag csomagolásban visszük haza, a joghurt, a margarin, a különbözı krémsajtok és vajkrémek mőanyag dobozokban, a félkész élelmiszerek mőanyag tálcákon, az üdítık és az ásványvíz mőanyag palackokban kerülnek a kosarunkba. A ránézésre egyforma csomagolások között a dobozok és palackok alján található számok, vagy rövidítések alapján tehetünk különbséget, amelyeket 2003 óta hazánkban is kötelezı feltüntetni. A számokat a mőanyag doboz újrahasznosíthatóságát vagy újrahasználhatóságát jelzı háromszögben kell keresnünk, és alatta vagy néha a számok helyén olvasható a mőanyag nevének rövidítése. Az egytıl hatig terjedı számok különbözı polimer típusokat jelölnek: 1. PET/PETE Polietilén-tereftalát: üdítıs, ásványvizes flakonok, poharak, néhány háztartási- és tisztálkodószer flakonja 2. HDPE Nagysőrőségő polietilén: játékok, tejes flakonok, mosószerek, tisztítószerek, samponok, motorolaj flakonjai 3. V vagy PVC Polivinilklorid: csövek, palackok, háztartási olaj palackja 4. LDPE Kissőrőségő polietilén: fóliák, zacskók 5. PP Polipropilén termékek: palackok, joghurtos dobozok, krémsajtok, egyéb tejtermékek dobozai, mustáros, ketchupos flakonok, mőanyag edények, tálcák, kulacsok, háztartási szerek flakonjai 6. PS Polisztirol: kávéspoharak, élelmiszeres dobozok, joghurtok dobozai, egyéb tejtermékek dobozai A számozási rendszert 1988-ban rögzítették az USA-ban, célja a palackok anyagok szerinti begyőjtésének és újrahasznosításának megkönnyítése. Elvileg a mőanyag szinte minden fajtá- 17

18 ja újrahasznosítható, de a válogatással, győjtéssel, tisztítással, újrafeldolgozással járó költségek és nehézségek miatt jelenleg csak a PET/PETE, HDPE és a PVC újrahasznosítása kifizetıdı. Kerülendı mőanyagok Míg a mőanyag csomagolóanyagok az élelmiszeriparban alapvetıen az ételek és italok biztonságos tárolását szolgálják, néhány típusnál elıfordulhat, hogy az étellel vagy itallal érintkezve kémiai anyagok oldódnak ki belıle. A világ második leggyakrabban használt mőanyaga a PVC, és bizonyos esetekben élelmiszerek csomagolásaként is felhasználják, annak ellenére, hogy a vinilklorid, a PVC alapvetı alkotóeleme ismert rákkeltı anyag. Elıállításakor és elégetésekor dioxint bocsát ki, ami rákkeltı hatású és hormonzavarokat okozhat. Élelmiszerekkel érintkezve ftalátok és adipátok válnak ki belıle, ami forró és zsíros ételek esetén fokozottan érvényes. Ezeket a puhító hatású anyagokat gyártáskor adják a PVC-hez, hogy az kedvezıbb tulajdonságokkal rendelkezzen. Egereken végzett kísérletek egyértelmően kimutatták, hogy a ftalátok és adipátok születési rendellenességeket okozhatnak, roncsolják a májat, a vesét, a tüdıt és gátolják a szaporodást. A PVC mellett a polisztirol csomagolások is kockázatot jelenthetnek egészségünkre. Ez a mőanyag jellemzıen poharak, eldobható ételhordó edények és mőanyag evıeszközök anyagában található meg. A polisztirolt tanácsos elkerülni, mert a vele érintkezı élelmiszerekbe sztirol kerül. Ezt az anyagot a WHO nemzetközi rákkutató intézete lehetséges rákkeltı anyagként tartja számon, ami a hormonháztartásba is beleszólhat, és a termékenységet is befolyásolhatja. Biztonságos mőanyagok A 2-es, 4-es és 5-ös számmal jelölt csomagolások, azaz a polietilén és polipropilén alapanyagú palackok és edények között nem nagyon találunk itthon visszaváltható darabokat. A kutatások döntı többsége azt mutatta ki, hogy ezeket használva nem jutnak rákkeltı és a hormonháztartást károsan befolyásoló anyagok az élelmiszerekbe. 18

19 A Vödör felépítése A szóban forgó mőanyag termék több részbıl épül fel, melyeket a 9. ábra mutat összeszerelés elıtt. Ezek a részek a következıek: Vödörtest (1), Vödörfül, más néven fogantyú (2), Vödörtetı (3) Vödör összeszerelése A vödrök összeszerelése egyelıre manuálisan történik. Minden egyes terméket a gyártósoron dolgozó munkások teljesen saját kezőleg szerelik össze. Az összeszerelt vödör képét mutatja a 10. ábra. 9. ábra Mőanyag vödör részei összeszerelés elıtt 10. ábra Mőanyag vödör összeszerelt állapotban [6] 19

20 A vödrök összeszerelése a fröccsöntı üzemben nem teljesen történik meg, csak a vödörfülek és a vödörtestek összepattintását kell elvégezni. A tetı ráhelyezése a vödörre majd csak a késıbbiekben lesz végrehajtva, mikor már megtöltik a vödröket a kívánt tartalommal. Az elvégzendı folyamat egy teljesen egyszerő feladatnak tőnik, amely a következı elemi lépésekbıl tevıdik össze: 1. A munkás elvesz egy különálló vödörtestet, 2. A munkás elvesz egy különálló vödörfület, 3. A munkás a vödörtestet biztosan megtartva bepattintja a vödörfül két végén található kúpos csatlakozó elemrészeket a testbe. (általában egymás után a kettıt) 4. A munkás egymásba csúsztatva a vödröket, egységrakományt képez. Az elemi folyamatokat vizsgálva arra a következtetésre juthatunk, hogy ezt a munkát szinte bárki el tudja végezni. Azonban a nagy nehézség abban rejlik, hogy mindezt 10 másodperces ciklusidın belül kell elvégezni minden egyes munkanap 8 óráján keresztül úgy, hogy szinte sohase tévesszünk. Ez azt jelenti, hogy egy nap körülbelül 2500-szor kell elvégeznünk ezt a 4 elemi lépést, s természetesen mindezek mellett az elıkészületi és mellékidıket eredményezı tevékenységeket is. 20

21 2.4. FELADAT ÉRTELMEZÉSE A fentiekben részletezett nehézségek (munkavégzés monotonitása, folyamatos megterhelı erıkifejtés, élelmezés-egészségügyi követelmények betartása), illetve a gyártási volumen nagysága miatt mindenképpen költség- illetve munkaerı kímélı megoldást jelent az egész vödör összeszerelési folyamat automatizálása Az automatizálás hatásai A munkafázisok automatizáltsági fokának emelésével növelhetjük az egész üzem termelékenységét. Így az egy vödörre vonatkoztatott fajlagos költségek bizonyos darabszám fölött csökkenek, ezáltal a termék piaci versenyképessége elınyösen változhat. Végeredményben ezzel a mőszaki fejlesztéssel nagyobb profitot tudunk elıállítani. Az üzem pótlólagos automatizálásához értelemszerően nagy beruházásokra van szükség, azonban meg kell vizsgálni, hogy az automatizálás milyen elınyöket okoz a termelı cég javára: nagyobb termelékenység, kevesebb élımunkát igényel, egy vödörre vonatkoztatott ár csökken, kisebb hibalehetıség, korszerő technológia, piacnyerés, további fejlesztés lehetısége, stb. Mindezen elınyök mellett persze vannak hátrányai is a nagymérvő gépesítésnek, amelyeket még a megvalósítást megelızıen számba kell venni: (nagy volumenő) beruházás szükséges, infrastruktúra fejlesztése szükséges (ha pl. nincs sőrített levegı rendszer) munkahelyek átcsoportosítása szükséges, folyamatos állapotfelügyelet kell, sok esetben termékspecifikus egy adott gép, így új terméknél lehet, hogy egy teljesen új gépet kell építeni. 21

22 Ha a mai fröccsöntı üzemekben szétnéz az ember, akkor láthatja, hogy az automatizáltsági foka egy mőanyagipari cégnek nagyon magas. A gépesítés megjelenik mind az alapanyagellátásnál, az elkészült munkadarabok manipulálásánál, azok raktározásánál, valamint a késztermékek összeszerelésénél is. Az automatizálás elengedhetetlen egy gyártó cég számára a folyamatosan fejlıdı, ám egyre inkább profitorientált világunkban a létfenntartáshoz. Ha nincsenek korszerő gépek, illetve fejlesztések, akkor az adott cég nem tud versenyképes árakat biztosítani a piacon, így egyre jobban csökkennek a megrendelései, majd idıvel ha nincs változás a továbbiakban sem piacvesztés történik Az automatizálás feltételei, feladatai Még egy ilyen egyszerő folyamatnak - mint ennek a vödörnek az összeszerelésének - az automatizálása is felvet számos nehézséget, megoldandó mérnöki feladatot: Automatikus (folyamatos) munkadarab (vödör, illetve fül) ellátás, ezeknek meghatározott munkatérbe történı juttatása, az összeszerelendı mőanyag alkatrészek munkatérben történı megfelelı pozícionálása, rögzítése, a gyártóberendezések munkaciklusához rugalmasan alkalmazkodó pufferek, tárolók kialakítása, összeszereléshez szükséges erı megvalósításának biztosítása, kész darabokból egységrakományt kell képezni (meghatározott darabszámú vödör egymásba való pakolása), az egységrakományok meghatározott mennyiségben és módon történı csomagolása, automatikus folyamatellenırzés, és irányítás (szenzorálás). 22

23 3. SZABADALOM- ÉS PIACKUTATÁS A mőszaki fejlesztés, innováció egyik legfontosabb lépésének kellene lennie a szabadalomkutatásnak. A [8] forrás szerint a mőszaki információk 80%-a kizárólag szabadalmi leírásokban jelenik meg. Ezek feltárása csak szabadalomkutatással, azon belül is a technika állását feltáró kutatással valósítható meg. E kutatással a mőszaki fejlesztı saját találmányához, fejlesztéséhez is sok információt kaphat, mely a szabadalmi bejelentésnek is alaki feltétele. Fontosságát azonban különösen az adja, hogy csak a technika állásának ismeretében lehet szakszerő szabadalmi igénypontokat fogalmazni. Csak a nyilvánosságra jutott dokumentumok ismeretében láthatjuk, hogy meddig nyújtózkodhatunk a szabadalom oltalmi körével SZABADALOMKUTATÁS Az általam tervezendı gép egy egyedi, termék-specifikus célgép, ami kereskedelmi forgalomban nem kapható. Mindezek miatt a szabadalomkutatás során nem találtam semmiféle vödör összeszerelı géppel kapcsolatos szabadalmat. Elızetes mérnöki megfontolásokból, illetve tervezési tapasztalatokból adódóan megfogalmazhatóak a gép fı építıegységei, illetve a fı funkciók, amelyeket mindenképpen meg kell valósítania a gépnek a megbízható mőködés érdekében. Ezek a következıek: Szerelt vödröt megvalósító kötés (bepattanó kötés) létrehozása, Szerelést megvalósító mozgás létrehozása, Mozgások pontos megvezetése, Alkatrészek pontos tájolása, Alkatrészek biztos megfogása, rögzítése, Szerkezeti elemek alapját biztosító merev gépváz, Az automatizálást segítı vezérlések beépítése, Tároló egységek kialakítása. A következı alpontokban az egyes részegységeket, illetve funkciókat megvalósító - általam feltárt - szabadalmakat ismertetem. 23

24 Bepattanó kötés A 11. ábra bepattanó kötésre mutat egy példát. 11. ábra Plastic handle Assembly US A A mőanyagoknál igen gyakori a bepattanó kötés alkalmazása. A diplomamunkámat képezı mőanyag tároló vödröknek a füleit ilyen módszerrel szerelik a vödörtestre. A kötés kialakításakor a két alkatrész (az (1) vödörfül és a (2) vödörtest) túlfedéssel csatlakozik. A szerelés során mindkettı - de legalább az egyik - rugalmasan deformálódik. A deformáció addig tart, amíg egyenlı nem lesz a túlfedés mértékével. Ez után a deformáció teljesen leépül és terheletlen állapotba kerülnek vissza az alkatrészek. Látható, hogy a szabadalomban nem oldható kötésrıl beszélünk, mert a kötés bontásához szükség van egy olyan erıre, amely a szerelés irányára merıleges, és a bepattanó részt (6) kitéríti a helyzetébıl. 24

25 A 12. ábra az EP B1 iktatószámú szabadalom egy részét mutatja, amely a mőanyag vödrök füleinek kialakításánál egy gyakran alkalmazott megoldást jelent. 12. ábra Container with a handle EP B1 Ha szükséges, hogy a vödörfül bizonyos diszkrét szöghelyzetekben meg tudjon állni, akkor az ábrán látható módon vagy bordákat (160) kell kiképezni a fülön, vagy sokszögőre kell kialakítani az illeszkedı részt (170), amelyek megakadnak a vödörtesten kialakított hornyokban (162) így meggátolva a továbbfordulás lehetıségét. 25

26 Fröccsöntött vödör A vödrök fröccsöntésérıl is találtam szabadalmakat, amelyekben általában azt tárgyalták, hogy hogyan célszerő kialakítani egy fröccsöntı szerszámot az adott termék legyártásához, valamint a vödrök célszerő kialakításáról, amelyek garantálják az egymásba csúsztathatóságot (az egységrakomány hasznos térkihasználtsága szempontjából), a könnyő szerelést, s a gazdaságos szerszámgyártást. 13. ábra Vödör fröccsöntésének vázlata EP B1 A 13. ábra egy fröccsöntı szerszám felépítését mutatja. A találmány tárgya különösen a fröccsszerszám kialakítására, és egy tégely (pl. a szóban forgó vödör, vagy hasonló, mőanyagból készült termék, aminek van füle) elıállítására alkalmas eljárásra irányul. Ebben a szabadalomban az a nagy újítás, hogy a vödröt úgy fröccsöntik ki, hogy a szerszám kinyitásakor már szerelt állapotba (füllel ellátott) kerül a vödör, így nem kell ezt a mőveletet a gépen 26

27 kívül elvégezni. Ez nagyon bonyolult szerszámot igényel, illetve speciális fröccsöntı gépet, aminek jelentıs költségvonzata van a termékre nézve Vödör fül tárolása A vödörtestet, illetve a tetıt egymásba rakatolva lehet tárolni. A vödörfülnél már ez a fajta tárolási mód nem lehetséges, mivel nem csúsztathatók egymásba az alkatrészek, illetve könynyen egymásba tudnak akadni. 14. ábra Fültároló elrendezési vázlatai EP A1 A 14. ábra két fajta megoldási változatot mutat a fülek tárolására. Jól látható, hogy a 2-sel jelölt vödörfülek egy középsı tartóelemhez (28, 34) vannak csatlakoztatva egy köztes elemmel (30, 36, 38), valamint egymáshoz is kapcsolódnak ugyancsak egy köztes elem (32, 40, 42) segítségével. Az elsı kialakításnál látható, hogy csak 4 darab fület tudunk tárolni, ezzel szemben a második fajtánál minimum 6 darabot (ahogy az ábrán látható). Ez a fajta tárolási mód segíti, hogy a fülekbıl egységrakományt képezzünk, így gazdaságosan, helytakarékosan tudjuk tárolni azokat a gyártástól a szerelés folyamatáig. 27

28 Mozgások pontos megvezetése Automatizált gépeknél nagyon fontos a pontos pozícionálás, ezért elengedhetetlen a mozgások precíz megvezetése. A következı szabadalmak különbözı lineáris megvezetı egységeket mutatnak be. 15. ábra Lineáris vezetıegység EP B1 A 15. ábra egy lineáris vezetıegységet mutat, amely áll egy állórészbıl (1), illetve egy mozgó részbıl (2). A két elem egymáshoz képesti relatív elmozdulását köztes elemek biztosítják: A jó súrlódási tulajdonságok elérésének érdekében a köztes elemek golyók (3), amelyek meghatározott pályán mozoghatnak. A megvezetés pontosságát a szerelés elfeszítettségével lehet beállítani. A következı két szabadalom ( ábra) hasonló mőködési elvő az elızıhöz, ám sokkal jobb kialakítású, nagyobb teherviseléső, pontosabb megvezetéső, jobb szerelhetıségő. 28

29 16. ábra Lineáris vezetıegység EP A1 17. ábra Lineáris vezetıegység US A1 A két szabadalom kialakításában tér csak el egymástól, a mőködési elve ugyanaz mind a kettınek. Látható, hogy itt az álló egység (profilsín) keresztmetszete bonyolultabb kialakítású a nagyobb merevség, illetve teherviselı képesség céljából. Mindkettı szabadalomban a mozgó elem (kocsi) el van látva (4db, illetve 6db) menetes furattal, melyekhez odacsavarozva a hordozandó elem rögzíthetı. Az EP A1 lajstromszámú szabadalomban a gördülı elemek golyók, míg az US A1 számúban görgık. A görgık nagyobb teherviselésre alkalmasak, ezért komolyabb igénybevételek esetén ezt a fajta egységet érdemesebb beépíteni. 29

30 A következı szabadalomban lévı találmány is egy lineáris megvezetı egység. A konstrukciója hasonlít az elızıekben ismertetett megoldásokra, azonban a vezetı elem itt nem egy profilsín, hanem egy tengely, ezért is nevezik általában ezt a gépelemet lineáris csapágynak. (18. ábra) 18. ábra Lineáris csapágy szerkezete US A1 Látható, hogy ennél a találmánynál is gördülıelemek (több golyósor) biztosítják az alkatrészek relatív elmozdulását. A mozgó rész több részbıl tevıdik össze, mely megnehezítheti az összeszerelést, azonban ha kellı hosszon van kialakítva a csapágyazás, akkor nagyon pontos precíz megvezetést kapunk. Sok más alkalmazási területe mellett például kivágó, mélyhúzó, s más hidegalakító gépek szerszámjainak a megvezetéséhez alkalmazzák. 30

31 Az EP B1 lajstromszámú szabadalom a golyósorsóról, illetve annak egy lehetséges pozíció meghatározó berendezésérıl szól. (19. ábra) 19. ábra Golyósorsó EP B1 A belsı győrő egy zsinórmenető orsó, amiben a golyók elgördülnek. A golyók visszavezetését áthidaló elemmel oldják meg. Elınyük a kisebb gördülési veszteség, kisebb kopás, nagyobb hatásfok és a nagyobb fordulat. A hézagmentesség, a nagy merevség pontos mozgást tesz lehetıvé. A holtjáték kiküszöbölésére elıfeszítést szoktak alkalmazni. Ezen tulajdonságai miatt szerszámgépekben gyakorta használt gépelem. 31

32 Pontos pozícionálás, rögzítés Nem csak a mozgásokat szükségszerő precízen megvezetni, hanem egy adott alkatrész (esetünkben a vödör, vagy a fül) pontos pozícionálása is nagyon fontos egy automatizáló berendezés mőködésében. 20. ábra Nullpont-rendszer DE B4 A DE B4 jelöléső szabadalomban egy nagyon magas ismétlési pontosságú tájoló-rögzítı rendszert dolgoztak ki, amelyet nullpont-rendszernek hívnak. A rendszer lényege: egyetlen mővelet elvégzésével tájolni, pozícionálni és rögzíteni. A megfogó rendszer pneumatika és rugóerı kombinációjával mőködik. Az oldás pneumatikus, a rögzítés rugóerıvel biztosított. A készülékek és satuk rögzítése az alaptesthez egy köztes elemmel, behúzó gombával (8) történik, ahol a központosítást a behúzó gomba felsı harmadában kialakított köszörült kúp biztosítja. 32

33 Megfogás Az alkatrészeket a szerelés során mozgatnunk kell. A mozgatáshoz elengedhetetlen, hogy valamilyen szerkezettel biztosan meg tudjuk fogni a munkadarabokat. alkatrészeket. A következı szabadalmak megfogó egységekre adnak néhány lehetıséget. A ábra egy mechanikus megfogó egységet ábrázol. 21. ábra Mechanikus megfogó egység US A1 22. ábra Mechanikus megfogó egység EP B1 33

34 A megfogó szerkezet 3 fı részbıl áll: egy központi testbıl, és 2 fogó részbıl. A szorítást rugóerı biztosítja. A szorítópofák szétnyitásához szükséges valamilyen külsı erı alkalmazása, amely lehet mechanikusan, illetve pneumatikusan is vezérelve. Automatizált folyamatoknál nagyon sok esetben elıfordul, hogy vákuumos megfogó egységet alkalmaznak. Erre mutat egy példát a 23. ábra. 23. ábra Vákuumos munkaasztal EP B1 Ebben a szabadalomban egy munkaasztal koncepciója található, amelyen a munkadarabok rögzítése vákuummal történik. Általában erre a munkaasztalra nagy síkfelülettel rendelkezı forgácsolásra, vagy vágásra váró darabokat rögzítenek. Az 1-es ábrán látszódik, hogy nagy mennyiségő vákuum szívókorong van elhelyezve az asztalon a biztos rögzítés érdekében. A 2-es ábra pedig egy szívókorong metszeti rajzát mutatja. 34

35 Gépváz, moduláris hordozóelemek Egy berendezésnek mindig kell valamilyen stabil alapjának lennie. Szerszámgépeknél ez általában öntöttvas, célgépeknél többségében valamilyen alumínium vázszerkezet a könnyő öszszeépíthetıség, illetve kis tömeg miatt. A következı két szabadalom ilyen moduláris szerkezető alumínium vázszerkezetre mutat példát. 24. ábra Strukturális vázszerkezet EP B1 Ezek az alumínium vázszerkezetek a kialakított profilok révén könnyen összeépíthetıek, valamint kellı merevséget biztosítanak egy automata gép mőködése során. Profil alumíniumlécek általános alkalmazási területei a következık: Vázak, tartószerkezetek Biztonsági és zajszigetelı burkolatok Szerelıasztalok Szállítópályák Manipulátorok Ezek az alumínium profillécek különbözı geometriájú és mérető keresztmetszetekben készülnek, és nagyon sok egyéb kiegészítı építıelem (például fogantyú, csukló, sarok elem, stb.) segíti a kívánt tartószerkezetek létrehozását. 35

36 25. ábra Strukturális vázszerkezet US B Szenzorálás Automatizált gépeknél elengedhetetlenül szükséges a folyamatok figyelése. Régebben mechanikus úton történt jelzés egy fázis befejezésérıl, mostanában viszont az elektronikus vezérlés elektronikus jeleket követel meg. 26. ábra Szenzor felépítése US A1 36

37 A szenzorok olyan jelátalakítók, amelyek valamilyen mennyiséget, tulajdonságot, vagy feltételt (nem villamos jeleket, mint pl. mechanikus, kémiai, termikus, mágneses, optikai jeleket), villamos jellé alakítanak át. A szenzorok az automatizálásban az emberi érzékszerveket helyettesítik. A 26. ábra egy szenzor felépítését mutatja. A szenzor házán (20) található egy menetes rész (24) 2db anyával (26), amely a beépítés helyzetének változtatásával a pontos érzékelési távolság beállítására szolgál. A házból kilóg az érzékelı fej (30), amely elıtt, ha levegıtıl eltérı anyag van (szenzortípustól függı, hogy milyen anyagot érzékel), akkor jelet bocsát a vezérlı egység felé a kivezetı jelkábelen (14) keresztül PIACKUTATÁS A 3.1-es pontban ismertetett szabadalmakat áttanulmányozva meg kell vizsgálni, hogy melyek azok, amelyek esetlegesen beépítésre kerülhetnek. A funkcionális megfelelıség mellett a beszerzési költségek is jelentıs hangsúlyt kapnak, melyeket a kiválasztásnál figyelembe kell venni. További szempontként figyelembe kellett vennem azt is, hogy a Kása-Terv Kft. több, mint húsz éves mőködése során felhalmozott mőszaki tapasztalata alapján kialakult egy olyan alkalmazási struktúra, amely egy meghatározott körbıl választja ki a tervezendı gépbe beépítendı alkatrészeket. Természetesen a piac többi hasonló termékeit folyamatosan figyelemmel kísérve mérlegelni kell, hogy ragaszkodunk egy adott, esetlegesen drágább, de bevált termékhez, vagy áttérünk egy azt helyettesítı, olcsóbb, de kicsit másabb rendszerő termékcsaládra. A következıkben ismertetem a tervezendı géphez használni kívánt részegységeket, gépelemeket, a teljesség igénye nélkül. 37

38 Hiwin profilsín rendszer A profilsínvezetés golyók segítségével lineáris mozgást tesz lehetıvé. Golyók alkalmazásával a golyóskocsik és a sínek között a profilsínvezetés rendkívül precíz lineáris mozgást valósít meg. A hagyományos csúszópályás vezetéssel összehasonlítva a súrlódási tényezı az ottaninak csupán az ötvened része. A golyóskocsik síneken történı kényszernozgású vezetésével a profilsínvezetések függıleges és vízszintes irányú terheléseket is felfoghatnak. 27. ábra A Hiwin profilsínrendszer felépítése [9] A Hiwin profilsínrendszer felépítését a 27. ábra mutatja. Ezek a megvezetı egységek több méretben és több féle kialakításban készülnek, illetve 3 féle mértékő elıfeszítettséggel lehet ezeket kiválasztani. Ezen paraméterek jó megválasztásával szinte bármilyen vezetési feladat megoldható Minitec Aluprofilok A Minitec moduláris alumínium profillécek segítségével merev tartószerkezetek készíthetıek a tervezendı gépekhez. Ezen termékekbıl is számos típus van a különbözı mechanikai igénybevételeknek megfelelıen, illetve az egyes típusokból is többfajta méret található. A profillécekhez számos más alkatrész kapható, amelyek plusz funkciókat valósítanak meg. Ilyenek például a lineáris megvezetések, energialáncok, konvejor- vagy görgıspálya elemek, ajtó zsanérok, szögelemek, különbözı speciális csavarok, anyák, gyorscsatlakozók, stb. A 28. ábra ezeket a különbözı termékek egy részét mutatja. 38

39 28. ábra Minitec elemek [10] Omron vezérléstechnika Az ipari automatizálás területén a vezérléstechnika egyik vezetı cége a japán Omron. Megbízható, jól mőködı, relatív könnyen programozható és jól használható PLC-ket, megbízható szenzorokat, fényfüggönyöket, nagyteljesítményő és hosszú élettartamú szervomotorokat, s számos kiváló mechatronikai termékeket gyártanak. A Kása-Terv Kft. a magas mőszaki színvonal biztosítása érdekében kizárólag csak Omron szenzorokat, illetve szervomotorokat épít be a tervezett gépekbe. 39

40 29. ábra Omron termékek [11] Schunk megfogó elemek A Schunk GmbH. a megfogástechnikában az egyik vezetı cég. Nagy pontosságú pozícionálást valósítanak meg, illetve a tervezı iroda által a különbözı gépekbe beépített Schunk termékekkel sohasem volt még semmiféle probléma, hibátlanul mőködtek mindig. A Kft. által leggyakrabban alkalmazott termékek a megfogók, illetve a nullpontos gyorscserélı pozícionáló rendszerek. 30. ábra Schunk megfogó és nullpont rendszer [12] 40

41 Festo léghengerek A Festo számos terméket kínál az automatizálás, azon belül a pneumatika, a szervopneumatika, és az elektrotechnika területén. A Kása-terv Kft-nél mindig Festo léghengereket építünk be az egyes gépekbe, ezzel is garantálva a biztos minıséget. 31. ábra Festo termékek [13] A tervezés folyamán az elızıekben ismertetett termékek alkalmazását részesítem elınyben a többi hasonló funkciójú, más gyártó által elıállított termékekkel szemben. 41

42 4. KONCEPCIONÁLIS TERVEZÉS A szabadalom- és piackutatás, illetve a feladat végiggondolása, valamint az elızetes mőszaki megfontolások alapján különbözı funkciókat lehet számba venni. Ezeket a funkciókat, illetve részegységeket különbözıképpen variálva juthatunk el egy esetleges megoldásváltozathoz. A feladat kidolgozása során elıtérbe helyeztem a kereskedelemben kapható alkatrészek, egységek beépítésének a lehetıségét a költséghatékonyabb megoldások kialakítása végett. Ennek értelmében a szükséges számítások mellett nagyobb súlyt kaptak a fentiekben említett, a funkciókhoz legjobban igazodó elemek, mint modulok kiválasztásai FUNKCIÓ LISTA A késıbbi könnyő értelmezhetıség érdekében mindegyik funkciót, illetve elemet egy jelképpel, illetve egy rövid leírással láttam el, amelyet a következı táblázat tartalmaz. Funkció ábra 1. táblázat Funkciólista jelképekkel Rövid leírás Vödör Szerelt vödör Fül Fröccsöntı gép Áramforrás (egyenáram) 42

43 Áramforrás (váltóáram) Elektromos vezeték Programozható logikai vezérlı Tartó vázszerkezet Alaplap Megvezetés Tároló egység (Vödörtár) Tároló egység (Fültár) Tájoló egység Rögzítı egység 43

44 Megfogó egység Mozgató, kiszolgáló (robot) egység Kompresszor Pneumatikus aktuátor (henger) Pneumatikus vezeték (tömlı) Szelep Szenzor 4.2. LEHETSÉGES MEGOLDÁSVÁLTOZATOK Az elızı pontban ismertetett funkciókat variálva nagyszámú megoldásváltozatokat képezhetünk. Elızetes mőszaki megfontolások alapján csak azokat a számba vehetı variációs lehetıségeket ismertetem, melyek reális keretek között kivitelezhetıek. Mindegyik megoldásváltozatnál figyelembe vettem azt, hogy egy vödör fröccsöntésének az ideje meghaladja egy vödörfül fröccsöntési idejének a többszörösét, mivel jóval nagyobb termékrıl van szó (térfogata nagyobb, ezért a hőtési ideje hosszabb). Megállapítható az, hogy a két fröccsöntı géprıl eltérı ciklusidıvel jönnek le a termékek, így ezeket nem lehet párhuza- 44

45 mosan egymáshoz kapcsolni. Ennek tekintetében a vödör a kritikus alkatrész, annak az elkészítési ideje lesz a mérvadó, s a szerelést is ezen ciklusidı alatt kell elvégezni Az I. megoldásváltozat (V1) Az I. megoldásváltozatot a 32. ábra mutatja. 32. ábra Az I. megoldásváltozat funkcióstruktúrája Az egész szerelıgépnek van egy tartó vázszerkezete, amelyen egy alaplapra szerelve találhatóak meg a különbözı gépészeti elemek (megfogó, megvezetı. tájoló, szorító, mozgató, vezérlı, stb. egységek). Ennél a megoldásnál egy elıre feltöltött vödörtárból vesszük ki egy robottal a fröccsöntött vödröt, amely egy tájoló készülékbe helyezi azt. Ha a helyes pozícióba helyezte a robot a vödröt, akkor lerögzítjük, hogy a szerelés során stabil helyzetben maradjon. A vödörfüleket egy szintén egy pufferból, a fültárból veszi ki egy másik robot a szereléshez. Az adott fület egy meghatározott helyzetbe manipulálja a robot, majd ott ugyancsak egy készülék automatikusan megfogja a fül 2 végét. Ha a szenzorok olyan jelet szolgáltatnak a PLC felé, hogy minden feltétel meg van a szerelés elvégzéséhez, akkor a logikai egység egy jelet küld a szerelés végrehajtására, esetünkben pneumatikus aktuátorok felé. Amint a bepattanó kötést létrehoztuk mindkét oldalán a vödörnek, akkor a szerelt vödröt az egyik robot egy vö- 45

46 dörtárolóba egymásba rakatolva egységrakományt képez. Így zajlik egy ciklus, majd kezdıdik újra elölrıl az egész A II. megoldásváltozat (V2) A II. megoldásváltozatot a 33. ábra mutatja. 33. ábra A II. megoldásváltozat funkcióstruktúrája Ez a megoldásváltozat nagyban hasonlít az elızıre a következı lényeges különbséggel: míg az elsı változatnál a vödör, amire rá kell szerelni a fület, egy tároló egységbıl van kivéve a szerelés helyére, addig ennél a második változatnál közvetlenül a fröccsöntı gépbıl történik a vödörellátás. Ez kihatással van az egész szerelı automatára, hiszen így össze kell hangolni a fülezés elemi lépéseit a fröccsöntı gép ciklusával. Esetleges üzemi hiba (pl.: nincs fül a szereléshez, vagy egyszerően a beüzemelés során fellépı hibák) esetén a gépbıl érkezı vödröket egy külön tárba kell helyezni, ahol szereletlen állapotban fogjuk azokat tárolni. Ezeket majd a késıbbiek folyamán kézzel szerelik össze. Erre azért van szükség, mert a fröccsöntı gép megállítása és újraindítása nagyon kedvezıtlen, hiszen ilyenkor jelentıs mértékő ráállási és újraindítási selejt képzıdik. Ha nem tennénk külön helyre az ilyen vödröket, akkor a robot nem tudná elszedni a következı terméket a fröccsöntı gépbıl, és ez a gép megállását eredményezné. 46

47 A III. megoldásváltozat (V3) A III. megoldásváltozatot a 34. ábra mutatja. 34. ábra A III. megoldásváltozat funkcióstruktúrája Ennél a változatnál is a vödröt a fröccsöntı gépbıl közvetlenül vesszük ki a szereléshez, s a fület ugyancsak egy fültárból. Ebben a megoldásban kihagyjuk a tartószerkezetet, illetve az alaplapot: a robot a fröccsöntött vödröt egy tájoló-rögzítı elembe helyezi, amely a robotnak a vázszerkezetére van rögzítve, ezzel is csökkentve a szükséges mozgásokat, így a szerelés ciklusidejét is. Egy másik robot a fület a fültárból közvetlenül a szerelés helyére manipulálja, majd a karján egy készülékbe fogva a fül két végét, azonnal be is pattintja a vödörbe. Ezt követıen a füllel ellátott vödröt az egyes robot egy vödörtárolóba egymásba rakatolva egységrakományt képez. Ilyenfajta kivitellel sok elemet megspórolhatunk az elızı két megoldásváltozathoz képest, valamint a ciklusidı is jelentısen lecsökkenthetı. Azonban nehezebb kivitelezni ennél a változatnál, hogy minden folyamat (tájolás, rögzítés, helyzetben tartás, stb.) meghatározott ütemben kerüljön végrehajtásra. A robotok összehangolt ütemezése magasabb szintő vezérlési feladatot jelent. 47

48 4.3. ÉRTÉKELEMZÉS Ebben a pontban az elızıekben ismertetett megoldásváltozatokat hasonlítom össze az alábbi szempontok szerint. Ezen módszer segítségével lehetıség van arra, hogy az optimális megoldást ki lehessen választani Az értékelemzés szempontjai Az értékelést a következı szempontok szerint végezzük el: Megbízhatóság: fontos szempont, hogy a gyártandó gép megbízhatóan mőködjön. A gyártó által a garanciában vállalt idıtartam alatt a gép kifogástalanul mőködik. Annál jobb, minél nagyobb idıtartamú a várható élettartam Biztonság: a kezelı személy a munkavédelmi utasításokat, elıírásokat betartva ne szenvedhessen el semmiféle károsodást. Annál jobb az értéke, ha minél inkább le van csökkentve a véletlen balesetek bekövetkezésének az esélye. Gyárthatóság, szerelhetıség: a tervezett gép gyártását és összeszerelését minél egyszerőbben, gyorsabban lehessen elvégezni. Gazdaságosság: minél kevesebb anyagi forrásból legyen elıállítható a gép. Mindig a költséghatékony megoldásokat kell szem elıtt tartani. Méret: minél kisebb méretben legyen megvalósítható a gép. Cél az, hogy az üzem hasznos szabad területe minél nagyobb maradjon. Rendszerbe szervezhetıség: a megtervezetett gép minél jobban összehangolható legyen a gyártó berendezésekkel Az értékelési szempontok rangsorolása Az értékelemzés a klasszikus súlyozásos módszerrel történik. Ennek megfelelıen ebben a fejezetrészben az értékelı szempontokat rangsorolom. Minden egyes értékelési szemponthoz hozzárendelek egy súlyozó konstanst, amely 0-tól 1-ig vehet fel értéket. Az értékelési szempontokat, valamint azoknak a súlyozását a 2. táblázat tartalmazza. 48

49 2. táblázat Az értékelés szempontrendszere Értékelési szempont Súlyozó konstans Megbízhatóság 0,25 Biztonság 0,2 Gyárthatóság/szerelhetıség 0,2 Gazdaságosság 0,2 Méret 0,05 Rendszerbe foglalhatóság 0,1 Összpontszám Az értékelemzés Az elızıekben ismertetett három megoldásváltozatot valamennyi aspektus szerint megvizsgáljuk, majd értékeljük 1-tıl 5-ig (1 jelenti: a megoldásváltozat a legkevésbé teljesíti az adott célkitőzést; 5 jelenti: a megoldásváltozat teljesen megfelel az adott szempontnak). Az értékelést követıen megszorozzuk az adott pontszámokat a 2. táblázatban ismertetett értékekkel, így megkapjuk az egyes szempontok szerinti súlyozott értékelését a lehetséges megoldásoknak. Az egyes megoldásváltozatok (V1, V2, V3) értékelését a 3. táblázat mutatja. (súlyozott értékeket jelöli a V1S, V2S, V3S) 3. táblázat A megoldásváltozatok értékelemzı táblázata Értékelési szempont Súlyozó konstans V1 V1S V2 V2S V3 V3S Megbízhatóság 0,25 5 1, ,75 Biztonság 0, ,8 4 0,8 Gyárthatóság/szerelhetıség 0,2 3 0,6 4 0,8 5 1 Gazdaságosság 0,2 4 0,8 4 0,8 5 1 Méret 0,05 3 0,15 4 0,2 5 0,25 Rendszerbe foglalhatóság 0,1 3 0,3 4 0,4 5 0,5 Összpontszám 1 4,1 4 4,3 Az értékelemzés alapján a III. megoldásváltozatot, azaz a pontban ismertetett koncepciót tartom a legmegfelelıbbnek. A következı fejezetben ezt a változatot fogom részletesen kidolgozni. 49

50 5. RÉSZEGYSÉGEK RÉSZLETES TERVEZÉSE Az értékelemzés során a as pontban részletezett megoldásváltozat bizonyult a legoptimálisabbnak. Ebben a fejezetben ennek a koncepciónak a részeit dolgozom ki. Ahogy már a fentebbi pontokban megfogalmaztam, az egész gép részegységekre bontható, amelyekhez külön-külön egy vagy több funkció is köthetı. Ezeket megfontolva a gép a következı fı egységekbıl fog állni: Fültár, Vödörfülezı egység, Vödörtár FÜLTÁR TERVEZÉSE Ahogy az elızıekben is említettem, a folyamatos, hibamentes mőködés egyik feltétele, hogy legyen egy külön vödörfül tároló egység, hiszen nem lehet szinkronba hozni a vödör fröccsöntését a fül fröccsöntésével Megvalósítandó funkciók A fültárnak a következı funkciókat kell megvalósítania: Rendezetten tudja tárolni a vödörfüleket. Automatikusan ki tudja szolgálni a fülezı egységet vödörfüllel. Rendelkeznie kell egy minimális tárkapacitással, amely garantálja, hogy bizonyos ideig emberi felügyelet nélkül tudjon mőködni a gép. Könnyen mozgatható legyen. Jól illeszkedjen a megvalósítandó gép többi részegységéhez. Optimális méretkialakítású legyen. A tár föltöltése lehetıleg egyszerő legyen. Minél kisebb költségigényő legyen. A megvalósítandó funkciókat figyelembe véve megoldásváltozatokat képezek, amelyeket a következı pontokban részletezek. 50