Jenni Alatalo ja Mirka Leino, Satakunnan ammattikorkeakoulu
Yhtenä 5VTA-projektin esimerkkitapauksena oli Pekan Parhaat -leipomon pakkauslinjaston automatisointisuunnitelma. Suunnitelmaa tehtäessä selvitettiin, miten leipomotuotteen leikkaaminen ja pakkaaminen voisi olla mahdollista ja millaisia kustannuksia eritasoinen automatisointi synnyttäisi. Automatisointisuunnitelmasta tehtiin myös opinnäytetyö Satakunnan ammattikorkeakoulun opiskelijan Jenni Alatalon toimesta.
Selvityksessä etsittiin tuotantomäärät huomioiden sopivimmat laitteet, arvioitiin investoinnin hankintahinta ja tehtiin lopuksi simulointi automatisointisuunnitelman mukaisesti. Tavoitteena on, että automatisointi mahdollistaisi tehokkaamman ajankäytön, säästöjen saavuttamisen pakkaamisen nopeutumisen vuoksi sekä tuotantomäärän kasvattamisen.
Laitteiden valinnassa huomiota kiinnitettiin laitteiden hinnan lisäksi myös sopivuuteen leipomoympäristöön, jolloin hygienia on erityisen tärkeää. Laitteiden vaatima tila on myös merkittävä tekijä, jotta työskentely on miellyttävää ja turvallista. Laitteiden valinnassa on suuri etu, mikäli niitä voidaan käyttää tarvittaessa muidenkin tuotteiden valmistusprosessissa. Näin investoinnista saadaan suurempi hyöty.
Automatisointia varten tehtiin kolme eritasoista suunnitelmaa:
- Ensimmäisessä suunnitelmassa kaikki leikkaamiseen ja pakkaamiseen liittyvät vaiheet automatisoidaan hyödyntäen leipomoihin tarjottavia automaattisia koneita. Ainoa käsin toteutettava työ on pakattujen tuotteiden siirtäminen pahvilaatikkoon.
- Toisessa suunnitelmassa leikkaaminen tapahtuu yhteistyörobotilla ja sitä varten suunnitellulla leikkuutyökalulla. Sama robotti myös siirtää leikatut tuotteet yksittäispakkauksiin, jotka kulkevat flow-pack –pakkauskoneen läpi. Tuotteet kulkevat pakkauskoneelta pyörivälle pöydälle, jonka työntekijä käy sopivin väliajoin tyhjentämässä laatikoihin.
- Kolmannessa suunnitelmassa hyödynnetään ainoastaan flow-pack –pakkauskonetta ja sen perässä pyörivää pöytää. Näin ollen leikkaaminen, yksittäisten tuotteiden pakkaaminen ja muovitettujen tuotteiden laatikointi tapahtuvat ihmisvoimin.
Kun näiden suunnitelmien perusteella tehtiin kustannuslaskentaa, todettiin, että ensimmäisen suunnitelman mukaisen automatisoinnin hinnaksi tulee selvästi yli 200 000 € jo ilman asennus- ja ohjelmointikustannuksia. Toisen suunnitelman mukaiset laitteet maksavat yhteensä reilut 70 000 € ja kolmannen suunnitelman mukaiset laitteet reilut 40 000 €. Näiden suunnitelmien perusteella tässä tilanteessa kustannustehokkaimmaksi vaihtoehdoksi osoittautui toinen ratkaisuvaihtoehto.
5VTA-projektissa päädyttiin tekemään ratkaisuvaihtoehdosta 2 simulaatio (kuva 1), jolla osoitetaan, miten tällainen automatisoitu linjasto toimii. Simulointi tehtiin Visual Components -ohjelmalla käyttäen geneerisiä komponentteja eli ohjelmasta valmiina löytyviä koneita ja laitteita. Tämän vuoksi simulointi ei ole riippuvainen tiettyjen valmistajien laitteista ja mitat ovat muokattavissa vastaamaan suunniteltujen laitteiden mittasuhteita. Yhteistyörobottina simuloinnissa käytetään UR5-robottia ja robotin tarttujana on Robotiqin kaksisormitarttuja, joka soveltuu tähän tarkoitukseen erityisen hyvin.
Kuva 1. Robotti käsittelemässä leipomotuotteita simuloidussa ympäristössä.
Simulaatio toteutettiin aluksi käyttämällä tätä tarkoitusta varten suunniteltua moniteräistä leikkuria. Ensimmäisen simulaation voi katsoa tästä alta:
Kun moniteräinen leikkuri mallinnettiin ja siitä 3D-tulostettiin esimerkkiversio, saatiin leikkurin toiminta testattua oikeasti SAMKin laboratoriossa käytössä olevalla Universal Robotsin UR5-yhteistyörobotilla. Testit osoittivat, ettei moniteräinen leikkuri toimi suunnitellulla tavalla vaan terien välit aiheuttavat liian suuren vastuksen eikä robotin voima riitä koko tuotteen leikkaamiseen kerrallaan.
Ensimmäisen simulaation perusteella päädyttiin tekemään toinen vastaava simulaatio, jossa robotti käyttää leikkaamiseen yhtä leikkuuterää. Yhden leikkuuterän toiminta todennettiin myös oikealla robotilla ja se oli toimiva ratkaisu. Tästä voit katsoa videon toisesta simulaatiosta:
Simulaatiot ja todelliset testit robotilla tuottivat vakuuttavia tietoja siitä, että toisen suunnitelman mukainen ratkaisuvaihtoehto on suositeltavin. Kaikki toivotut prosessit saadaan automatisoitua, mutta laitteiden hankintahinta on kohtuullinen.
Laajemmin tässä esitellystä esimerkistä voi lukea Jenni Alatalon opinnäytetyöstä.
