Роботизированная сварка по сравнению с ручной сваркой: сравнение производительности, качества и стоимости

Одно из крупнейших капитальных и трудовых решений, которые может принять металлургический цех, - это автоматизировать ли их сварку роботом или заставить сварщиков делать это вручную. Влияние на конечную линию можно ощущать каждый сдвиг в виде либо неиспользованного капитального оборудования, либо недостаточно задействованных квалифицированных рабочих. В этой статье будут рассмотрены особенности роботизированной сварки по сравнению с ручной сваркой с использованием производственных данных, независимых исследований и реальных контрольных показателей затрат, которые позволят вам проанализировать два метода сварки, используя единственные реальные показатели: производительность, качество сварки, затраты и безопасность работников.

Что отличает роботизированную сварку от ручной?

Роботизированная сварка предполагает использование программируемой роботизированной руки с прикрепленной к ней сварочной горелкой, которая выполняет сварные швы на заданном пути. ее роботизированная рука непрерывно следует одному и тому же циклу, многократно нанося присадочный металл и поддерживая постоянную скорость движения, длину дуги и скорость подачи проволоки. Обычно 6-осевой робот вместе с позиционером, сварочным устройством, устройством подачи проволоки и защитным кожухом образует роботизированную сварочную ячейку.

Ручная сварка выполняется человеком сварщик, который направляет горелку в своей руке, в реальном времени корректируя угол, скорость движения, тепловой ввод и т. д. после наблюдения и ощущения процесса. Сварка требует многолетнего обучения, прежде чем будут получены эффективность, качество и последовательность. Эффективность сварщика может варьироваться в зависимости от усталости, окружающей среды, положения соединения и доступности.

Этот разрыв также увеличивается. Отчет IFR World Robotics 2024 отмечает, что в мире в 2024 году было установлено 542 000 промышленных роботов, что более чем в два раза больше, чем в предыдущие десять лет.Присоединение и сварка представляют собой 21% всех применений роботов, уступая только погрузочно-разгрузочным работам.

Между тем, Американское сварочное общество (AWS) прогнозирует, что к 2029 году США потребуется 320 500 новых сварщиков, при этом около половины нынешней рабочей силы приближается к выходу на пенсию.

Оба эти фактора (увеличение автоматизации и уменьшение затрат квалифицированного труда) заставляют производителей задаваться вопросом, может ли ручная сварка поддерживать их производственные процессы.

Производительность: время дуги, скорость цикла и пропускная способность

Время дугового соединения является единственным наибольшим преимуществом производительности при роботизированной сварке по сравнению с ручной сваркой — процент рабочей смены, в течение которой горелка осаждает металл сварного шва. Ручные сварщики проводят большую часть своей смены, выполняя несварочные задачи: подгонка деталей, репозиция, шлифование, отдых. Роботизированная система сокращает большую часть времени простоя (роботизированная сварка), что реально утроит вашу ежедневную производительность при повторяющихся соединениях.

A Сравнительное исследование Университета Северной Дакоты сравнил робот для совместной сварки с опытными сварщиками с ручным управлением, выполняющими аналогичные соединения, и обнаружил, что время цикла было на 39% меньше на усовершенствованных сварках с роботом. роботизированная ячейка в производственном цехе большого объема, работающая в две смены, может равняться производительности сварочного производства четырех или пяти ручных станций, без каких-либо затрат на сверхурочную надбавку или косвенные последствия прогулов.

При этом показатели производительности очень чувствительны к сложности детали и размеру партии. Преимущество автоматизированной сварки заключается в том, что одна и та же программа может использоваться для сотен или тысяч идентичных деталей. при нерегулярных работах время программирования пути робота может занять больше времени, чем время квалифицированного сварщика для выполнения задачи вручную, и именно здесь ручная сварка все равно может обеспечить более быстрый поворот.

Сравнение качества сварных швов и дефектности

Целостность сварки - это когда роботизированная сварка превосходит ручную сварку и дает наибольшее преимущество. А сварочный робот не устает и не отвлекается и, в отличие от ручной сварки, сохраняет консистенцию от первого сварного шва утром до последнего сварного шва перед сменой. каждый валик следует одной и той же схеме скорости движения, рисунка и ввода тепла, запрограммированной в сварочную систему.

Как сообщается в рецензируемые исследования в области производства, опубликованные Springer, показатели дефектов сварки находятся между 8-12 процентами для ручной сварки и удерживаются устойчиво на уровне 2-3% для роботизированной сварки. с автомобильной промышленностью TIG сварочные приложения с использованием мониторинга дуги в реальном времени показатели дефектов были идентифицированы как 0,5%. Ан Тематическое исследование Automate.org проиллюстрировано, как роботы Kawasaki серии R добились повторяемости пути с диаметром 0,05 мм в каждом месте сварки, что позволило получить идентичную геометрию шариков на тысячах идентичных деталей.

Достижения такой степени роботизированной точности в человеческом сварщике физически невозможно достичь за восьмичасовую смену. развивается мышечная усталость, и небольшие отклонения формируют угол факела или скорость движения, что приводит к несоответствиям в профиле проникновения. Результат: больше доработки, потраченных впустую материалов и больше времени, затрачиваемого на послесварочный контроль.

Анализ затрат — рентабельность инвестиций и долгосрочная экономия

Первоначальная стоимость роботизированной сварочной системы возглавляет список самых больших проблем производителей на заборе; и, это существенный блокпост Но, самостоятельно глядя на затраты без учета длины окупаемости, экономии труда, или расходной эффективности смотрит на картину полупустой.

Большинство производителей среднего и большого объема заявляют о полной амортизации в течение 12-24 месяцев. Стоит отметить, что эта экономия средств достигается одновременно в трех направлениях: автоматизация снижает затраты на рабочую силу (требуется до 50 процентов меньше сварочных операторов); роботизированное сварочное оборудование тратит меньше проволоки и газа на соединение; и меньше деталей нуждаются в доработке. General Motors утверждает, что их роботизированные системы на сварочных линиях привели к увеличению производительности на 30 процентов и снижению эксплуатационных расходов на 20 процентов.

“В опыте, который мы получили с производителями конструкционной стали и крупными производителями машин, самая быстрая рентабельность инвестиций для роботизированных сварочных элементов приходится на магазины, производящие более 500 аналогичных деталей в неделю. Тем не менее, по крайней мере 200 деталей в неделю окупились бы сокращением доработок за два года.”

Инженерная команда – О

Фактор затрат, о котором многие склонны забывать: сварочные аппараты начального уровня в 2025 г. будут стоить примерно на 40% дешевле, чем аналогичные были оценены в 2020 г. Цены продолжают тренд в направлении автоматизации, в то время как к рабочей силе относится обратное.

Безопасность на рабочем месте — снижение опасности за счет автоматизации

Все сварочные процессы создают опасность, представляющую риск для сотрудников. The Управление по охране труда (OSHA) указывает на потенциальные опасности, такие как опасность сварочных паров, ожоги ультрафиолетовым излучением, электрический удар и риски пожара, в основном присутствуют при ручных сварочных операциях. перемещение сварщика человека от дуговой арки большинство этих рисков непосредственно адресовано автоматизированные сварочные процессы смещают воздействие опасности от людей к закрытым роботизированным сварочным машинам.

• ✔
  Металлическая экспозиция дыма (Metal fume exposure) работает внутри закрытой ячейки со специальной экстракцией.
• ✔
  Сгорает от УФ и инфракрасного излучения оператор остается вне зоны дуги.
• ✔
  Повторное растяжение и скелетно-мышечные заболевания - отсутствие длительного неудобного позиционирования.
• ✔
  Сжигает от брызг и гор чего металла — физическое отделение от операции сварки
• ✔
  Травма глаз из-за дуговой вспышки роботизированная система автоматически управляет положением факела

По данным Исследования в области эргономики CDC/NIOSH, связанные с работой нарушения опорно-двигательного аппарата составляют единственную наибольшую долю травм в потерянный рабочий день, что составляет 29 процентов всех травм и 34 процента требований работников о компенсации и обходится работодателям США в 20 млрд. долл. в год. сварщики-ручники склонны к такого рода травмам, поскольку их работа включает в себя удержание руки над головой, конфигурацию согнутых коленей и повторяющиеся движения рук/запястий в течение длительного периода времени. с роботизированными системами наиболее напряженный труд успешно переносится от человека к машине, поэтому оператор может тратить больше времени на загрузку деталей, осмотр сварных швов и обработку следующего набора деталей.

Когда ручная сварка - лучший выбор

Есть приложения в сварке, где минусы роботизированной сварки перевешивают преимущества Ручная сварка имеет неоспоримые преимущества во многих ситуациях, когда автоматизация, включая робота-сварщика, просто не очень подходит.

• Полевая и на месте работа-монтаж трубопровода, стальной монтаж, оснащение верфи и обслуживание объекта часто выполняются в местах, где доставка роботизированной ячейки на место работы невозможна. Хороший сварщик и портативная машина делают все возможным.
• Небольшие пробеги и разовые — Для одной сварки, или пяти частей, программирование и настройка робота занимает больше времени, чем фактическая сварка. Ручная сварка лучше всего, когда количество деталей невелико.
• Нерегулярная геометрия и плохая посадка (up) Куски, которые имеют свободные допуски, “turkey-wings” или нерегулярные типы кромок, нуждаются в динамической адаптируемости, на которую способен сварщик-человек.
• Ремонт и обслуживание сварки — Ремонт треснувшей отливки или заполнение поверхностного рубца имеет ряд нетривиальных точек принятия решений, связанных с подводом тепла, выбором наполнителя и последовательностью сварки, каждая из которых будет варьироваться в зависимости от обстоятельств.
• Ограниченный бюджет, объем неопределенен — Если первоначальные инвестиции в роботизированную сварочную систему не окупились ни за счет повышения эффективности, ни за счет улучшения качества, то объем производства неопределенен или снижается.

Принятие решения — практическая основа для производителей

Чтобы принять меры вместо абстрактного, пройдите через следующие конкретные контрольные точки “quick и dirty” из вашей текущей производственной среды:

Если применяются четыре или более таких коробок, то роботизированная сварка, вероятно, обеспечивает положительную рентабельность инвестиций в течение двух лет. Если применяется менее трех, то ручная или роботизированная сварка в конфигурации cobot может быть лучшим подходом, поскольку ваши объемы увеличиваются (разница между роботизированными и ручными установками значительно сокращается с помощью робота-сварщика, который работает по программе обучения-подвески.

Мы призываем производственные цеха всех форм и размеров по пути их автоматизации — от разовой покупки робота в первый раз до компаний, эксплуатирующих десять или более сварочных ячеек. успешные цеха обычно начинают с выбора одного семейства деталей большого объема, сначала демонстрируя экономику для одной ячейки, а затем увеличивая ее. Автоматизация всего сразу - самая распространенная ошибка, которую мы видим.

Инженерная команда – О

Часто задаваемые вопросы