Как "Новочеркасский электродный завод" автоматизировал выпуск графитовых ниппелей с помощью роботов

Российская компания BFG Robotics специализируется на комплексной автоматизации производства любых масштабов. Эксперты BFG Robotics обладают десятилетним опытом работы со сложными промышленными комплексами: они участвовали в построении завода «под ключ» с нуля, являлись управляющими директорами промышленных предприятий и достигли высоких результатов в инновационном развитии промышленности. Кроме того, компания располагает собственной инженерно-конструкторской площадкой на территории России. Представители BFG Robotics рассказали TAdviser об успешной реализации нестандартного проекта по автоматизации для «Новочеркасского электродного завода».

История проекта

АО «ЭПМ – Новочеркасский электродный завод» — один из крупных в России и в Восточной Европе производителей графитированных электродов. Основные потребители этой продукции — сталелитейные производства, среди которых «Челябинский металлургический комбинат», «Красный Октябрь», «Магнитогорский металлургический комбинат», «Оскольский электрометаллургический завод». Электроды производства НЭЗ также закупают десятки небольших машиностроительных предприятий. Продукция НЭЗ пользуется большим спросом за рубежом, в том числе у производителей стали на Ближнем Востоке, в Северной и Южной Америке, Азии и Австралии: в 2016 году около 38% продукции завода было отправлено на экспорт.

Графитированные электроды используются главным образом в производстве стали для подвода электроэнергии к сталеплавильным печам: благодаря высокой термостойкости графита он практически не меняет своих габаритных характеристик и физических свойств даже при экстремальных температурах. В процессе плавления стали электроды расходуются, и для компенсации их длины по мере расхода применяются специальные конусообразные или цилиндрические ниппели. Они ввинчиваются с концов электродов и продлевают срок их эксплуатации. Проект BFG Robotics позволил автоматизировать производство именно этих графитовых ниппелей.

Ранее Новочеркасский электродный завод приобрёл специально спроектированную и изготовленную европейскую линию для производства ниппелей к электродам. Для работы на этой линии требовалось постоянное вмешательство человека: перемещение заготовок и готовых ниппелей, переналадка, замена роликов одного диаметра на другой — всё это осуществлялось в ручном режиме. Более того, линия никак не была защищена от пыли и грязи, и всё производство постоянно было в графитовой пыли.

Со временем линия морально устарела и выпускаемая на ней продукция перестала устраивать потребителя: возросли требования к точности нарезки резьбы, её углу и шагу, на готовых ниппелях обнаруживались мелкие сколы и трещины. Несмотря на то, что эти детали всё равно можно было использовать, заказчик уже не был готов покупать низкое качество за те деньги, за которые можно было бы получить лучший товар.

Чтобы сохранить клиентов и не потерять конкурентоспособность на рынке, Новочеркасский электродный завод принял решение полностью заменить линию по производству ниппелей и запустить современную автоматизированную систему, в которой совместно работали бы станки, люди и роботы.

Разработка и внедрение робототехнического комплекса

Решение о внедрении именно робототехнического комплекса (РТК) было принято не случайно. Дело в том, что масса одной заготовки может достигать 400 кг, при этом её нужно установить в станок с высокой точностью до 1 мм. Ни одна кран-балка, ни один человек с такой точностью установить деталь весом 400 кг не сможет. Поэтому перед предприятием стоял выбор: или робот, или портальная система, которая обошлась бы примерно в 5 раз дороже и была бы значительно сложнее в эксплуатации.

После получения образцов готовых изделий специалисты BFG Robotics приступили к проектированию решения на собственном производственном участке.

Первая сложность проекта – это большая номенклатура изделий. Разные диаметры ниппелей, от крошечного до огромного, заставили искать универсальное решение, чтобы робот мог захватывать и маленькие, и большие заготовки.

Всего у завода 31 типоразмер изделий. Инженеры BFG Robotics сгруппировали их в 2 категории и разработали 2 типа захвата с переналадкой не более 5 минут. При этом переналадка всей линии — робота, новых станков и всего оборудования — занимает не более 15 минут. Переналадка старой линии осуществлялась в несколько раз дольше.

Специально для нового схвата были спроектированы и изготовлены пневматические захваты. Стандартных захватов с необходимыми параметрами на рынке нет, поэтому они были изготовлены под заказ немецкой компанией. Для выбора подрядчика и обсуждения заказа инженер BFG Robotics общался напрямую с производителями в Германии.

Вторая проблема заключалась в том, что при обработке графита возникает много графитовой пыли, а поскольку это токопроводящий материал, для обеспечения безопасности всё оборудование должно быть изготовлено в пылевлагозащищённом исполнении по классу IP67 Поэтому инженерами BFG Robotics были разработаны ТЗ и чертежи чехла, который был произведён под заказ другой немецкой компанией, одним из мировых лидеров по производству чехлов для роботов.

Перед сдачей и монтажом робототехнического комплекса на площадке клиента, специалисты BFG Robotics собрали РТК для отработки всех процессов на собственной площадке в Ижевске. В ходе предварительной приёмки заказчику была продемонстрирована работа комплекса, а уже затем робот был перевезён на предприятие НЭЗ в Новочеркасск.

Решение:

• Разработан и изготовлен универсальный схват для различных типоразмеров ниппелей
• Всё оборудование защищено от агрессивной окружающей среды (графитовой пыли)
• Размещение комплекта оборудование на сжатых площадях заказчика
• Информация о состоянии каждой единицы оборудования, а также информация об изготовленных деталях в режиме реального времени передаётся на OPC-сервер завода

Результаты внедрения роботизированного комплекса

В результате Новочеркасский электродный завод получил полностью автоматизированную систему управления производственной линией, которая включает в себя: управление роботом, ленточной пилой, которая пилит большие заготовки на более мелкие, управление двумя станками и системой измерения.

Новая линия работает в полностью автоматическом режиме с участием всего одного оператора, в то время как старую линию обслуживало порядка пяти человек. Процесс производства стал выглядеть так: большие и длинные заготовки (графитовые стержни) в автоматическом режиме загружаются в ленточнопильный станок, который их нарезает, затем при помощи пластинчатого подающего конвейера с самоцентрирующимися ложементами нарезанные заготовки перемещаются в зону захвата робота. Далее робот берёт заготовку и загружает в станок (ОЦ). После обтачки в станке робот забирает готовую деталь схватом для ниппелей и укладывает на станцию измерения, где проверяются удельное сопротивление и вес, после чего деталь поступает на отводящий конвейер и на склад.

Все эти операции происходят в полностью автоматическом режиме: нужно лишь загрузить заготовки, выбрать на панели нужный типоразмер и дождаться подачи готового продукта. На производство одной детали уходит от 2 до 5 минут, в зависимости от диаметра. Работе с системой управления был обучен весь отдел АСУ ТП предприятия, сотрудники которого могут самостоятельно управлять и линией в целом, и роботом в отдельности.

На последнем этапе данные измерений зашиваются в штрих-код, этикетка с которым распечатывается на принтере. Перед отправкой на конвейер оператор просто помещает эту этикетку на деталь. Все функции единственного оператора сводятся к наклеиванию этикеток и к визуальному контролю ниппелей на отсутствие брака.

Результат:

• Линия работает в полностью автоматическом режиме с участием всего одного оператора
• Автоматизированная загрузка ОЦ, исключает человеческий фактор
• Обеспечение высокой производительности линии от 2 до 5 минут на одно изделие
• Исключение тяжёлого физического труда (вес заготовок до 400 кг), а также улучшение охраны труда (линия управляется с операторской стойки, которая вынесена за пределы её территории)

Сроки реализации проекта и опыт эксплуатации

На проектирование комплекса с нуля и на заказ необходимого оборудования у BFG Robotics ушло порядка четырёх месяцев. В течение года линия была запущена в работу. При этом РТК был смонтирован у заказчика примерно на 1,5 месяца раньше, чем было оговорено контрактом.

Сейчас робототехнический комплекс успешно работает с безлюдной технологией, демонстрируя значительный рост производительности. А инвестиции в реализацию этого проекта окупились менее чем за 2 года.

Модернизация линии по изготовлению графитовых ниппелей стала важным событием для региона, поскольку завод является одним из градообразующих предприятий области — на официальном открытии были заместитель губернатора Ростовской области Михаил Тихонов, глава администрации г. Новочеркасск Игорь Зюзин.

На производстве используются самые современные технологии, в том числе позволяющие снизить воздействие на окружающую среду и повысить энергоэффективность, заявил Михаил Тихонов.

Мы уверены, что данный проект станет большим шагом вперед в вопросах повышении качества нашей продукции и удовлетворения потребностей наших клиентов, отметил Виктор Нечуятов, генеральный директор Группы ЭПМ, в состав которой входит Новочеркасский электродный завод.

Роботизированная линия по выпуску графитовых ниппелей на Новочеркасском электродном заводе — единственная в России. Аналогичную продукцию во всём мире, помимо НЭЗ, выпускают лишь несколько заводов в Китае и США.