04. března 2022 08:08

Kardiostimulátor elektromobility

Elektromobilita je v automobilovém průmyslu poměrně mladé odvětví podnikání, proto je zde důležité neustále posouvat hranice možností. Z tohoto důvodu vyvinula společnost SAR, specializující se na automatizaci, kompletní výrobní linku pro plně automatickou výrobu elektronického modulu – který tvoří srdce elektromobilů – s využitím jedenácti robotů KUKA.

Automatizovaná výroba řídicího prvku elektromobility

Elektronický modul je srdcem každého elektromobilu. Poměrně nenápadné zařízení není o mnoho větší než krabice od bot a váží asi dvanáct kilogramů; jako centrální řídicí prvek ve vozidle převádí stejnosměrný proud z baterií na střídavý. Teprve potom může motor pracovat s energií s nulovými emisemi a přeměnit ji na hnací sílu. I přesto, že elektromobilita zažívá boom, jde v automobilovém průmyslu o poměrně novou technologii, a to hlavně z hlediska zkušeností s výrobou a vývojem modelů automobilů.

Žádané jsou proto vhodné koncepty pro inteligentní výrobu elektromobilů a jejich integraci do výrobního procesu. Dodavatelé zde hrají významnou roli. V tomto případě totiž nedodávají pouze prefabrikované a přesně padnoucí komponenty, jak tomu bylo obvykle v minulosti, ale také se aktivně podílejí na procesu vývoje. Jednou z takových společností je SAR z bavorského Dingolfingu specializující se na automatizaci. SAR mimo jiné vyvíjí a vyrábí výrobní řešení pro automobilový průmysl a jeho partnery.

Obr 1. Precizní montáž: KR CYBERTECH vkládá vnitřní elektronické prvky do krytu řídicí jednotky elektromobilu

Srdce vozidla vzniká pomocí robotů KUKA

Jedním takovým příkladem je výrobní linka elektronických modulů elektromobilů na zakázku pro dodavatele první třídy. A stejně jako tomu je u operací srdce, nejde o snadný úkol. „Naším cílem je využít robota jako nástroj k nalezení chytrých řešení, kterých nelze dosáhnout běžným přístupem,“ vysvětluje Georg Dullinger, vedoucí prodeje ve společnosti SAR. V tomto případě to znamená vytvoření automatizovaného výrobního zařízení, které nejen montuje komponenty určené k montáži do elektromobilů, ale také řídí a monitoruje všechny kroky procesu – od označování jednotlivých dílů přes šroubovací a lepicí úkony, až po testování a kontrolu mezikroků, a nakonec i hotového výrobku.

Automatizace: maximální flexibilita jako základní požadavek

„Nestačí jen za sebe naskládat řadu robotických buněk,“ vysvětluje Dullinger. „Pro tyto procesy zatím neexistuje žádná šablona, žádné osvědčené postupy.“ Místo toho vyvinula společnost SAR řešení pro všechny fáze automatizace – a jejich inteligentní kombinaci do celkové koncepce – dlouho předtím, než byly modely automobilů výrobců připraveny k sériové výrobě. „Výzvou je dosáhnout vysoké míry flexibility, během celé vývojové fáze by se mohla neustále měnit podoba finálního modelu. Pevně dané by byly pouze instalační rozměry vozidel. Vnitřní uspořádání by však bylo vysoce variabilní,“ dodává Georg Dullinger.

I ve výrobních linkách stále dochází ke změnám automobilových součástek, které je třeba rychle řešit. Stručně řečeno: vývoj a výroba jsou extrémně proměnlivé. To je jeden z důvodů, proč není pro technologického ředitele automobilky neobvyklé, že je osobně v provozu, aby získal představu o stavu automatizace. „To bývá pro firmy naší velikosti zcela mimořádné,“ říká s úsměvem Franz Steinbauer, projektový manažer SAR.

Obr 2. Nejdříve montáž, pak kontrola: robot KUKA KR QUANTEC kontroluje řídicí jednotky elektromobilu

Průmyslové roboty zajišťují přesnou montáž

Výsledky této dlouhodobé vývojové fáze neslouží jen k přesvědčování šéfů: v současné konfiguraci výrobní linky se používá 28 robotů, z toho 11 od společnosti KUKA. Provádějí všechny potřebné automatizační úkony, aby sešroubovaly, slepily a zkontrolovaly 47 jednotlivých komponentů vozidla, a nakonec je spojily se samotným vozem. Automatizace na nejvyšší úrovni.

Jednotlivé kroky montážního procesu mohou na první pohled vypadat nenápadně: průmyslové roboty vkládají různé elektronické komponenty do krytu řídicí jednotky elektrických vozů. Čistí a kontrolují, třídí nebo předělávají. Taková je alespoň základní koncepce. Klíčová řídící jednotka je však stejně citlivá jako životně důležitá pro hotový model elektromobilu – a jednotlivé montážní kroky musí být podle toho prováděny pečlivě a přesně.

Šroubování ve sterilních podmínkách pro e-mobilitu

To například znamená, že místa lepení ve výrobním procesu jsou nejprve vyčištěna. Z toho důvodu projíždí KUKA KR AGILUS body plazmovým hrotem a zbavuje je částic nečistot a dalších kontaminantů ionizovaným plynem o teplotě 30 000 stupňů Celsia. Poté robot aplikuje těsnící hmotu. KR CYBERTECH vkládá do skřínky další komponenty. „I nejslabší elektrický proud může zničit citlivé součástky,“ říká Franz Steinbauer, „proto je zde elektromagnetická kompatibilita obzvláště důležitá.“

Robot pak komponenty sešroubuje. „Celkem použijeme 158 šroubů v osmi různých variantách,“ vysvětluje vedoucí projektu. Systém dodává šroub každé čtyři vteřiny. I když to může znít triviálně, v praxi je to složitější. Protože šrouby jsou dodávány jako volně ložené zboží, a tento typ balení tak vytváří tření mezi jednotlivými kovovými díly, musí deflektor oddělovat šrouby a prach pomocí stlačeného vzduchu. Montáž probíhá v prakticky sterilních podmínkách.

Voda a elektřina jsou ve výrobě nekompatibilní – nebo snad ne?

„V průběhu celého montážního procesu vedeme pro každou součástku tzv. datový strom. To znamená, že od nejmenšího šroubku až po vnější kryt elektromobilu můžeme přesně vysledovat, odkud pocházejí a jak byly zpracovány. To nám následně umožňuje vyvodit závěry v případě, že řidič elektromobilu zaznamená poruchu,“ říká vedoucí prodeje Georg Dullinger.

Mezitím jsou opakovaně prováděny testy těsnosti a funkční testy vozidla, aby byla zajištěna vysoká kvalita zpracování. Obzvláště fascinující je závěrečný krok: robot KR CYBERTECH zvedá z dopravníku hotové řídicí jednotky pro elektromobily a plní je vodou. „Voda, elektřina a datové technologie by se vlastně nikdy neměly potkat,“ říká vedoucí projektu SAR Franz Steinbauer. „V tomto případě ale vše spojíme během zhruba 100 sekund; voda se pak v následujících krocích používá k chlazení.“

Jaký stupeň automatizace je zapotřebí?

Robot KUKA umisťuje řídicí jednotky do vysokonapěťové a nízkonapěťové izolační kontrolní stanice – vždyť na konci výrobního procesu pulzuje střídavý proud „tepnami“ elektromobilu. Poté se do elektrických srdcí nahraje operační systém – řekněme, že se do nich vlije dech života. Jakmile jsou všechny testy pozitivní a veškerá voda je opět vypuštěna, jsou řídicí jednotky připraveny zahájit svůj život jako kardiostimulátory vozidel.

Obr 3. Malé, ale šikovné! Řídicí jednotky elektromobilu vyrobeného pomocí robotů KUKA

Operátoři v současné době dodávají na výrobní linku potřebné komponenty a na jejím konci pak odebírají hotové řídicí jednotky pro elektromobily. V dlouhodobém výhledu by však mohl být i tento procesní krok automatický. „Pomocí autonomního systému řízených vozidel bychom mohli již nyní nechávat vyzvednout různé elektronické komponenty z takzvaného supermarketu a odvážet je do stanic,“ říká Georg Dullinger. „Toto řešení je vysoce nastavitelné a přizpůsobitelné.“

Výrobní linku by bylo možné nastavit do různých fází, přičemž její části by mohli využívat i dodavatelé ve svých vlastních závodech. „S pomocí robotů KUKA můžeme nabídnout libovolný stupeň jejího rozšíření až po kompletní výrobu,“ říká Dullinger. „Jaký stupeň automatizace zavedeme, záleží zcela na našich zákaznících.“

Foto z archivu: KUKA CEE GmbH, odštěpný závod