Robot ai limiti del tecnicamente possibile

Automatizzare la complessa produzione di connettori

Preparazione dei contatti, fusione in plastica, raffinazione, collaudo e confezionamento: la produzione di connettori meccatronici per auto elettriche è estremamente complessa e deve allo stesso tempo soddisfare l’elevata pressione di efficienza richiesta nell'industria automobilistica. MSA Vorrichtungsbau ha risolto questo impegnativo compito di automazione per il fornitore CGR con un totale di nove robot di movimentazione di Yaskawa.

Client
MSA-Vorrichtungsbau GmbH

Il settore automotive è caratterizzato da produzioni altamente complesse e in grandi quantità. Specialmente in Germania, ciò equivale a maggiore rapidità e a costi più bassi: questo vale soprattutto per i componenti meccatronici dei veicoli, dal momento che nelle auto elettriche vengono utilizzati in misura ancora maggiore rispetto ai motori a combustione. Di conseguenza, la domanda continua ad aumentare notevolmente.

Anche CGR B-E GmbH di Mettmann si trova ad affrontare queste sfide. La filiale del gruppo francese CGR International affonda le sue radici nell'industria delle materie plastiche e oggi fornisce pezzi stampati e assemblaggi complessi, nonché i relativi utensili. L'amministratore delegato Stefan Schmidt descrive così la situazione della sua azienda: “Dobbiamo affrontare la pressione dei costi nel settore – e come parte di un gruppo aziendale globale dobbiamo affermarci anche rispetto ad altri siti di produzione all'estero. Ciò è possibile solo con un livello di automazione molto elevato”.

Compito di automazione impegnativo

CGR ha recentemente implementato una soluzione di automazione all’avanguardia per la produzione di un nuovo componente meccatronico a Mettmann. Nello specifico si tratta di connettori per i sistemi di sterzo elettronico dei diversi modelli di veicoli elettrici di noti produttori. Questi connettori devono essere preassemblati e poi fusi in plastica mediante stampaggio ad iniezione.

Il processo di produzione presenta alcuni requisiti caratteristici: l'applicazione richiede infatti una precisione molto elevata, nonostante l’alta produttività desiderata. Inoltre, i prodotti sono componenti rilevanti per la sicurezza e devono pertanto soddisfare i più elevati standard di processo e quindi la garanzia della qualità. Il sistema deve dunque garantire, ad esempio, un'atmosfera di “camera bianca” priva di polvere, in modo che piccole particelle non possano contaminare i connettori. Ultimo ma non meno importante, la flessibilità: sul sistema sono integrati tre modelli di connettori, ciascuno dei quali contenente tre diversi tipi di contatto.

MSA Vorrichtungsbau GmbH (MSA) ha accettato la sfida. Il produttore di macchine e attrezzature speciali di Eichelhardt, Renania-Palatinato, vanta da tempo una solida collaborazione con CGR. "Questo è già il quinto impianto implementato in una joint venture", spiega Alexander Pierkes, amministratore delegato di MSA che aggiunge: “In MSA testiamo e mettiamo già in funzione i nostri sistemi nel nostro stabilimento. Dobbiamo solo spedirli chiavi in mano al luogo di utilizzo successivo, con una conseguente enorme riduzione dei lavori di installazione in loco”.

Concetto di sistema in tre parti

Il concetto di sistema sviluppato da MSA si compone essenzialmente di tre parti: preassemblaggio e pressa ad iniezione, seguiti da finitura e garanzia di qualità. L'intero processo è completamente automatizzato e viene eseguito esclusivamente senza l'intervento dell'operatore. Nove robot industriali della serie Motoman GP di Yaskawa vengono utilizzati per tutte le fasi (ad eccezione dello stampaggio a iniezione vero e proprio nella macchina).

La serie GP (dove GP sta per ‘General Purpose’) comprende un'ampia gamma di robot di movimentazione a 6 assi con capacità di carico comprese tra 4 e 600 kg. Con diverse combinazioni di carico utile, design speciali con elevata classe di protezione IP, FGG o superfici appositamente verniciate, questi robot svolgono diversi compiti di automazione in tutti i settori, come movimentazione, assemblaggio, asservimento macchine, fresatura/foratura/sbavatura, smerigliatura /lucidatura o controllo qualità. Yaskawa produce i robot GP per il mercato europeo nel suo stabilimento di Kočevje, in Slovenia: questo permette di ridurre sensibilmente i tempi di consegna e anche l'impronta di carbonio.

Questo non è l'unico motivo per cui MSA si affida regolarmente ai robot del portafoglio Motoman. Nell'attuale lavoro per CGR, in particolare, la loro eccezionale precisione e ripetibilità hanno contribuito a questa decisione. Inoltre, numerosi altri robot Yaskawa sono già in uso presso lo stabilimento Mettmann della CGR. Stefan Schmidt sottolinea: "Siamo molto soddisfatti dei nostri robot e puntiamo a una certa uniformità in fabbrica, al fine di ridurre al minimo i costi di formazione e ottimizzare la gestione dei pezzi di ricambio", e introduce un ulteriore argomento a favore di Yaskawa: "I controllori dei robot possono essere facilmente integrati nel nostro ambiente di macchine e impianti basato su Profinet.” Alexander Pierkes aggiunge: “La comunicazione è davvero veloce con i controlli Motoman. Grazie all'interfaccia Motologix integrata in fabbrica nel controller YRC1000, offrono anche molte funzionalità che noi di MSA utilizziamo su tutta la loro larghezza di banda. Ad esempio, in fabbrica un’interfaccia è già integrata nel sistema di controllo.”

Processo con tempi ciclo estremamente rapidi

Il processo di produzione vero e proprio inizia con il preassemblaggio: quattro piccoli robot Motoman GP4 lavorano su una tavola rotante, separando i contatti dalla bobina, isolandoli e elaborandoli, assemblano i connettori e impostano i cosiddetti pin.

Nella fase successiva i componenti vengono fusi con plastica in una macchina per lo stampaggio a iniezione, caricata e scaricata da un robot Motoman GP50 con una capacità di carico di 50 kg che deposita quindi i connettori su un nastro trasportatore, su cui passano attraverso ulteriori stazioni di lavorazione. In varie procedure vengono sigillati e infine controllati per quanto riguarda la sicurezza elettrica (E-check), la tenuta e altri fattori rilevanti. Infine, i componenti finiti vengono confezionati, sempre tramite robot, in vassoi per l’ulteriore trasporto interno.

Il sistema richiede solo 37,5 secondi per la produzione parallela di quattro componenti, con una capacità totale di circa 1,92 milioni di connettori. La robotica garantisce la flessibilità necessaria ma nonostante il gran numero di robot, il sistema può essere convertito in un nuovo tipo di connettore in sole quattro ore.

Riepilogo

La CGR B-E GmbH di Mettmann soddisfa le esigenti richieste dell'industria automobilistica internazionale con un sistema altamente automatizzato di MSA Vorrichtungsbau GmbH. Un totale di nove robot Motoman di Yaskawa svolgono compiti complessi con elevata precisione e velocità.

In effetti, sia i tempi di ciclo estremamente rapidi sia la complessa combinazione di così tante fasi di lavoro in un unico sistema non sono affatto una cosa comune per gli esperti di automazione come spiega Alexander Pierkes di MSA: “Con questo sistema, stiamo davvero lavorando ai limiti di ciò che è tecnicamente possibile."