Robust og fleksibel automatisert montasje av trykkluftskoblinger

Abstract

Kongsberg Automotive Raufoss (KA) produserer et stort antall ulike koblinger til trykkluftssystemer på større kjøretøy. Hoveddelen av koblingene benyttes i bremsesystemer, og som følge av sikkerhetskravene stilles det svært høye krav til produktenes kvalitet. Med en årlig produksjon på mer enn 100 millioner produkter gjøres hoveddelen av montasjen med automatiserte maskiner, mens produktene med små serier monteres manuelt. En stadig økende etterspørsel etter kundespesifikke produkter gjør det i dag utfordrende for produksjonssystemet å levere nødvendig volum og kvalitet til en konkurransedyktig pris. Det er behov for et automatisert montasjesystem som takler utfordringene med lave volum, hyppige omstillinger, høye kvalitetskrav og et høyt antall ulike og små komponenter.

For å automatisere montasjen av lavvolumsproduktene har relevant teknologi og tilgjengelige systemer blitt undersøkt. Det har dessuten blitt samlet erfaringer fra tidligere prosjekter hos KA, NTNU og SINTEF. KA sine produkter og produksjonssystem har i tillegg blitt studert i detalj for å kunne dra nytte av den kunnskapen som allerede er opparbeidet på Raufoss. Resultatet av den omfattende informasjonsinnhentingen er et forslag til en overordnet produksjonslayout, men også design av en spesifikk montasjecelle. Ulike design og tekniske løsninger er blitt diskutert, og parallelt med designutviklingen er det foretatt simuleringer av produksjonen for å optimalisere layouten. Det er i tillegg utført en økonomisk vurdering av løsningen.

For den overordnede layouten foreslås det å lage fire prosessorienterte montasjeceller som i fellesskap kan montere enhver kobling. Det er oppdaget ulike montasjeprosesser som naturlig skiller seg fra hverandre og som gjør det mulig å differensiere montasjen på en god måte. Denne inndelingen gjør det mulig å kombinere nødvendig fleksibilitet med både robust, kvalitetssikker og effektiv produksjon. Dette skiller seg fra dagens situasjon som deler produksjonen på bakgrunn av de ulike produktene.

Med bakgrunn i erfaringer gjort under designutviklingen er prosessen med lokalisering, griping og orientering av koblingshus studert i detalj. Griping er sentralt, og det er derfor designet en generisk, robust robotgriper som sørger for riktig orientering av koblingshusene. Griperfingrene er utviklet ved bruk av topologioptimalisering, og bygget additivt i rustfritt stål. I tillegg er det utviklet og testet bruk av vision for å lokalisere og gripe ulike koblingshus. Testingen ble utført med en industrirobot og et 3D-kamera. Programmet som lokaliserer koblingshuset benytter CAD-data som input, og kan benyttes for hvilket som helst koblingshus uten behov for å bli programmert på nytt. Dette gjør systemet svært fleksibelt med tanke på omstilling og introduksjon av nye produkter.