Obróbka jarzma przekładni planetarnej do autobusowych skrzyń biegów

Firma Voith od ponad dwóch lat produkuje jarzma przekładni planetarnych do autobusowych skrzyń biegów. Jarzma są produkowane na unikalnej, zautomatyzowanej linii produkcyjnej. Jej podstawowymi elementami są dwa wielofunkcyjne pięcioosiowe centra obróbcze Heckert T45 z funkcją toczenia. Pozwalają one na wykonanie kompletnej obróbki w zaledwie dwóch mocowaniach.

Efekt: w porównaniu z dotychczasowym, konwencjonalnym procesem produkcyjnym na łącznie dziewięciu maszynach, zapotrzebowanie na miejsce zmniejszyło się aż o 75%, czas obróbki został skrócony o 30%. Każdy obrabiany detal wymaga teraz tylko 20% dotychczasowego czasu cyklu.

Wyobraźcie sobie, że podróżujecie po mieście autobusem komunikacji publicznej: autobus zatrzymuje się, wpuszcza i wypuszcza pasażerów, ponownie rusza, przyspiesza, hamuje, zatrzymuje się ponownie – i tak dalej. Nie zauważacie żadnych szarpnięć podczas hamowania i ruszania, nie słyszycie żadnych odgłosów zmiany biegów? W takim razie istnieje duża szansa, że autobus jest wyposażony w automatyczną skrzynię biegów Voith DIWA. Nazwa „DIWA” jest skrótem od konwertera różnicowego (z niemieckiego „Differentialwandler”), który umożliwia płynne ruszania w zakresie prędkości, dla którego w przypadku innych skrzyń biegów biegi muszą być zmienione dwa do trzech razy.

Aktualnie na całym świecie jest w użyciu ponad 160 000 automatycznych skrzyń biegów DIWA. I istnieje ku temu dobra przyczyna: innowacyjność i topowa jakość przekładni DIWA sprawiają, że są one wysoko cenione przez producentów autobusów, pasażerów, jak i kierowców, a tym samym przez przedsiębiorstwa komunikacyjne. Ze względu na redukcję zużycia paliwa zapewniają także bardziej opłacalną eksploatację. Jednak innowacje techniczne nie są jedynym decydującym czynnikiem tego sukcesu. Równie ważne są niezawodne dostawy, elastyczność oraz konkurencyjne stosunki wydajności do ceny. „Cały czas analizujemy nasze procesy produkcyjne, aby znaleźć możliwości optymalizacji”, mówi Friedrich Oberländer, dyrektor technologii produkcji w Voith Turbo w Heidenheim. ” Naszym celem jest optymalizacja naszego poziomu automatyzacji, danych technicznych w naszych procesach i inteligentne strukturyzowanie tych części procesu, które nie mogą być zautomatyzowane dla naszych pracowników”.

Weryfikacja koncepcji produkcyjnych

Oddział w Garching również podlega tym wymaganiom. „Utrzymujemy wysoki udział własnej produkcji, aby móc zarządzać naszą elastycznością i wydajnością”, wyjaśnia Vincent Ross, kierownik produkcji w zakładzie w Garching. „Jednakże, aby to osiągnąć, musimy stale analizować nasze procesy pod kątem możliwości optymalizacji”.

W 2018 r. specjaliści w Voith stwierdzili konieczność ulepszenia systemu produkcji jarzm przekładni planetarnych zainstalowanych w obecnych przekładniach DIWA. Ponadto ówczesny proces produkcyjny był zaprojektowany na wiele sekwencyjnych etapów, co nie było zgodne z obecnymi możliwościami technicznymi. „Konieczne było usprawnienie procesu i wykorzystanie innowacyjnych technologii”, podkreśla Friedrich Oberländer, który jest odpowiedzialny za te sprawy we wszystkich oddziałach Voith Turbo. „W przypadku produktów seryjnych naszym motto jest:  maksymalna automatyzacja w połączeniu ze zoptymalizowaną technologią produkcji”.

Heckert T45 – klucz do zoptymalizowanej produkcji

Friedrich Oberländer wpadł na pomysł osiągnięcia tego, gdy odwiedził stoisko Starrag na targach AMB w 2018 roku. Kiedy zobaczył zupełnie nową kompaktową pięcioosiową maszynę Heckert T45 z funkcją toczenia, dostrzegł jej potencjał w produkcji przekładni planetarnych. „Dzięki solidnej konstrukcji, a przede wszystkim szybkiemu i mocnemu stołowi obrotowemu, to centrum obróbcze może obsłużyć cały, wcześniej sześcioetapowy proces produkcyjny na jednej maszynie i tylko w dwóch mocowaniach”.

Następnie odbyły się liczne rozmowy z konstruktorami maszyn ze Starrag w Chemnitz, a także z innymi producentami pięcioosiowych centr obróbkowych. Vincent Ross, który był zaangażowany w proces decyzyjny, relacjonuje: „Przeprowadziliśmy ustrukturyzowaną analizę ze zintegrowaną oceną ryzyka przed podjęciem decyzji na korzyść systemu Starrag”.

Friedrich Oberländer przytacza główny argument: ” Starrag był wtedy jedynym dostawcą oferującym wielofunkcyjne kompaktowe centrum frezarsko-tokarskie z paletą 400 oraz prędkościami i momentami obrotowymi wymaganymi dla naszego zastosowania, czyli Heckert T45. Znaczące też było nasze dobre doświadczenie z przeszłości. W końcu od długiego czasu jesteśmy klientem Starrag i jesteśmy bardzo zadowoleni z naszych centr obróbczych Heckert i otrzymywanej pomocy technicznej”.

Udane partnerstwo na rzecz rozwoju

Voith i Starrag ściśle współpracowały nad koncepcyjnym planowaniem systemu produkcyjnego.

Vincent Ross wyjaśnia: rozważaliśmy różne koncepcje, w tym system transferowy bez robotyki. Jednak zgodnie z naszą strategią projektowania automatyzacji tak elastycznej, jak to możliwe, zdecydowaliśmy się na rozwiązanie z robotem z ramieniem przegubowym. Umożliwia on nie tylko załadowywanie i zdejmowanie części, ale także na automatyczne przezbrajanie maszyn.

Do współpracy przy wdrożeniu zaproszono również zewnętrznego specjalistę ds. automatyzacji. Ten zespół trzech specjalistów stworzył komórkę produkcyjną składającą się z dwóch centrów obróbkowych Heckert T45 i robota o udźwigu do 500 kg. Robot kontroluje detale surowe oraz ładuje i wyładowuje obydwa centra obróbkowe. Gdy ma nastąpić zmiana serii – obecnie obrabiane są trzy rodzaje jarzma przekładni planetarnych łącznie w 20 wariantach – równolegle z odbywającą się obróbką robot ustawia wymagane chwytaki i zmienia przyrządy mocujące w maszynach.

Chwytaki i osprzęt składający się z palet, siłowników podporowych i uchwytów zaciskowych są już wstępnie zmontowane w systemie magazynowania robota. Detale surowe i całkowicie obrobione jarzma przekładni planetarnych są transportowane do i z maszyny za pomocą dwóch niezależnych przenośników taśmowych.

Kluczowe czynniki: wiedza i zaangażowanie pracowników

„Razem udało nam się stworzyć i wdrożyć zupełnie nowy system produkcji przekładni planetarnych, który nadal robi na nas ogromne wrażenie swoją wydajnością”, opowiada Vincent Ross. Wskazuje on przy tym na jeden decydujący czynnik: zaangażowanych ludzi. „Wysoki poziom wiedzy specjalistycznej i zaangażowanie pracowników Voith oraz specjalistów z Heckert sprawiły, że nasza wizja zautomatyzowanej kompletnej obróbki na jednej maszynie w dwóch mocowaniach stała się rzeczywistością”.

Ross nie ukrywa, że droga do osiągnięcia tego celu miała również kilka wyboistych odcinków. Zainstalowane maszyny Heckert T45 były pierwszymi seryjnymi modelami nowo zaprojektowanej maszyny, która nigdy wcześniej nie musiała pracować w tak ciągłym trybie pracy. Początkowo doprowadziło to do przedwczesnego zużycia złącza obrotowego, ale problem ten został rozwiązany przez dostosowanie koncepcyjne projektu. Starrag udoskonalił również magazyn narzędziowy: zastosowany materiał paska zębatego okazał się podatny na działanie chłodziwa stosowanego przez Voith i po odpowiednich testach został zastąpiony innym materiałem.

Friedrich Oberländer wspomina również o problemach z siłą zacisku w pozycji mocowania OP 20, które zostały poprawione poprzez nałożenie specjalnej powłoki na tuleje zaciskowe. „Wspólnie pracowaliśmy nad szukaniem, znajdowaniem i przede wszystkim starannym wdrażaniem rozwiązań dla każdego przypadku”, podkreśla Oberländer. „To właśnie charakteryzuje partnerów takich jak Starrag”.

Produkcja na jednostkę powierzchni wzrosła wielokrotnie

Vincent Ross zgadza się z tym i jest zachwycony osiągniętym poziomem dostępności: „Po ponad 24 miesiącach zweryfikowaliśmy wskaźnik OEE [wskaźnik wykorzystania maszyn i urządzeń] na poziomie ponad 90% „. Korzystając z nowego systemu produkcji, jego zespół jest w stanie produkować przekładnie planetarne w liczbie pięciocyfrowej każdego roku, co odpowiada mniej więcej poprzednim ilościom.

Jednak wymagane zapotrzebowanie na miejsce jest około 75% mniejsze, a czas realizacji został skrócony o około 80%. Wynika to głównie ze znacznego skrócenia czasu przezbrajania i przestojów. Ponadto czysty czas obróbki został skrócony o około 30%.

„To, co ma największy wpływ na efektywność kosztową, to efektywne wykorzystanie zasobów ludzkich”, dodaje Friedrich Oberländer. „Dzięki automatyzacji linii produkcyjnej będziemy mogli jeszcze skuteczniej zarządzać naszymi zasobami w przyszłości i efektywnie wykorzystywać naszych wykwalifikowanych pracowników”.

Nowe perspektywy

Efekty dla klienta są niezwykle ważne. „Dzięki minimalnym czasom przezbrajania przy zmianie wariantów przekładni staliśmy się znacznie bardziej elastyczni. Możemy dużo szybciej reagować na zmienne wymagania klientów”, mówi Friedrich Oberländer.

„Ponadto, ten system otwiera przed nami nowe perspektywy”, stwierdza z przekonaniem Vincent Ross, „ponieważ nasza nowa komórka produkcyjna może być wykorzystywana do produkcji jarzm przekładni planetarnych zarówno dla DIWA 6, jak i następcy produktu, 7-biegowej przekładni hybrydowej DIWA NXT, w sposób niezawodny i zoptymalizowany pod względem kosztów. Nawet przejście na przyszłe generacje przekładni lub podobne komponenty nie będzie stanowiło problemu”.