AlgaeBarn компаниясында, копеподтар мен фитопланктон сияқты тірі аквамәдениет өнімдерін шығаратын Колорадо өндірушісінде тоғыз өнім желісінің әрқайсысына бөтелке қақпағына арналған жеке жапсырма қажет. Көп жыл бойы бұл мерзімді «жапсырма кештерін» білдірді: компанияның әртүрлі бөлімдеріндегі қызметкерлер жапсырмаларды қолмен аршып, орналастыратын бір-екі сағаттық жұмыс сессиялары. Бұл кездесулер әлеуметтік тұрғыдан көңілді болғанымен, операторларды, техник мамандарды және инженерлерді негізгі жұмыстарынан алшақтатты. Ал жапсырмасы бар қақпақ қоры күтпеген жерден таусылса, өндірісті тоқтатып, қосымша жапсырмалы қақпақтар дайындауға тура келетін.

AlgaeBarn компаниясының ішкі жапсырмалау ұяшығы: жапсырма орамы, алюминий жақтау және жарамды/жарамсыз қақпақтарды санайтын жұмыс үстеліндегі көру жүйесі.

Робототехника және автоматтандыру инженері Akash Chinthamanipeta қайталанатын жұмысты жабдық сатып алу мәселесі емес, өндірістік алаң мәселесі ретінде қарастырды. Мақсат — әр қақпақты бағыттап, жапсырманы жапсырып, оның орналасуын тексеріп, қабылданған және қабылданбаған бөлшектерді үздіксіз бақылаусыз сұрыптайтын автономды ұяшық жасау болды. Бұл ретте жабдық құны мен процесті басқару өндіріс ішінде сақталуы тиіс еді.

Неліктен сатып алмай, өздері жасады

Коммерциялық жапсырмалау машиналары екі мәселе туғызды: күрделі шығын және жабық басқару логикасы. Көптеген машиналар баптау дұрыс жасалғаннан кейін жапсырманың орналасуы өзгермейді деп есептейді. Алайда жұмыс істеп тұрған желіде бірнеше жүз циклден кейін жапсырма орамының немесе астар таспаның ығысуы жапсырманың ажырау нүктесін өзгертіп, келесі жапсырманың қате орналасуына әкелуі мүмкін. AlgaeBarn сонымен қатар өндіріс дамыған сайын ұяшықты жетілдіру үшін машинаның логикасын өңдей алғысы келді. Механикалық бөліктердің басым бөлігі SOLIDWORKS бағдарламасында жобаланды; тікелей жабдық құны $1,000-нан төмен болды. Жүйені іште жасау әр қақпақты тек бастапқы механикалық баптауға ғана сенбей, жеке тексеруге мүмкіндік берді.

Шашылған қақпақтардан тексерілген бөлшектерге дейін

Оператор шашылған қақпақтарды беру элеваторына төгеді. Датчик беру жолын бақылап, элеваторды тек қосымша қақпақ қажет болған кезде іске қосады. Пассивті жолдың өзі қақпақтарды бағыттайды: дұрыс орналасқан қақпақтар жапсырмалау станциясына өтеді, ал төңкеріліп қалғандары бөлек белсенді бағыттағышты қажет етпей, қайтадан бункерге түседі.

Науа бір уақытта бір қақпақты ұсынады. KEYENCE лазері қақпақтың бар екенін растайды; контроллер бөлшекті орналастыру үшін пневматикалық цилиндрді іске қосады, ал рет-ретімен орындалатын операция жалғасар алдында геркондар цилиндрдің жүріс соңына жеткенін растайды. Редукторлы қадамдық қозғалтқыш жапсырма орамын ажырату жиегі арқылы жылжытып, жапсырманы астар таспадан босатады. Вакуум көмегімен жұмыс істейтін пневматикалық аппликатор жапсырманы ұстап, қақпаққа қысып жапсырады; бұл әрекет те геркон арқылы расталады.

Raspberry Pi санатындағы камера түйінінде орындалатын жиекке негізделген OpenCV тексеруі қабылдау/қабылдамау бойынша сұрыптауға дейін жапсырманың орналасуын тексереді.

Содан кейін контроллер MQTT хабарламасын Raspberry Pi камера түйініне жібереді. Арнайы OpenCV процедурасы кескінді түсіріп, анықталған қақпақ пен жапсырма жиектерінің арасындағы аралықты өлшейді және жапсырманың орналасуын қатаң рұқсат етілген ауытқу шегіне сәйкестігін тексереді. Нәтиже контроллерге қайтарылады, ал сорғышы бар робот бөлшекті жарамды немесе жарамсыз өнімдер жәшігіне орналастырады.

Ешқашан жай ғана миллиметр болмаған бір миллиметр

Ең қиын мәселе жапсырма орамын қайталанатын дәлдікпен қажетті орында тоқтату болды. Алғашқы жетек тоқтату командасын орындағанымен, қалдық энергия мен инерция әсерінен қозғалысын жалғастырып, кейде бір дюймге жуық артық жүріс жасайтын. Бұл келесі жапсырманың орналасуын бұзуға жеткілікті еді. Редукторлы NEMA 24 қадамдық қозғалтқышына негізделген қайта жобалау контроллерге әр жапсырма үшін белгіленген қадам санын беріп, қозғалтқышты таза тоқтатуға мүмкіндік берді. Қаптама ұяшықтарына қатысты сабақ өндіріс алаңында жақсы таныс: сағатына жүздеген цикл кезінде қайталанатын миллиметрдің бөліктеріндей қателер ақаулы өнімге айналады.

Ең жоғары жылдамдық емес, алдымен дәлдік

Дайын ұяшық сағатына шамамен 450 қақпақ өңдейді — бұл AlgaeBarn сұранысын қанағаттандыруға жеткілікті. Өнімділік қараусыз жұмыс істейтін сападан кейін тұрды. Оператор қақпақтарды салып, машинаны іске қосып, басқа жұмысына оралады. Беру қорының таусылуы немесе басқа ақаулар ұяшықты тоқтатып, белгісіз сапада өнім шығарудың орнына ескерту жібереді. 100 қақпақпен жүргізілген сынақта 98 бөлшек орналасу рұқсат етілген шегіне сай келді; әдейі қатаң қойылған шектерге сәйкес келмеген шағын позициялық қателері бар екі бөлшек қабылданбады.

Жоба басқа автоматтандыру жұмыстарымен қатар шамамен төрт айға созылды. Ол тұрақты түрде өткізілетін жапсырма кештерін тоқтатты, дегенмен кейбір операторлар әңгімелесу уақытын сағынғандарын әзілдеп айтқан. Жоба еңбек шығындары мен өндірістің тоқтап қалуын болдырмау есебінен жылына шамамен $40,000–$50,000 үнемдейді деп күтілуде. Шағын өндірушілер үшін негізгі қорытынды — нақты өндірістік қажеттіліктен бастау, уақыт пен бюджетті алынатын пайдаға сай жоспарлау және каталогтағы ең жылдам машинаның орнына сенімді кері байланыс пен қайталанатын сапаны таңдау. Өндіріс орындары кейін сол ұяшықты кеңейткен кезде, онымен байланысты қаптама және басқару жүйелері көбіне PLC және PAC жүйелерімен, сондай-ақ Honeywell аспаптары сияқты сенсорлық шешімдермен қатар қолданылады.