Riassunto analitico
Questo elaborato è frutto di un progetto semestrale che mira al collegamento di due macchine automatiche per il packaging di prodotti biomedicali, dove dalla prima, la quale ha il compito di inserire le compresse all’interno dei blister, ovvero i contenitori di alluminio dove solitamente vengono conservati i medicinali, escono, in condizioni ideali, due prodotti ogni 0.27 secondi su un nastro trasportatore, i quali dovranno essere impilati in ingresso alla seconda in colonne variabili da una a quattro unità, essa infatti realizzerà il compito di inserimento di questi nelle scatole che poi verranno rese disponibili per la vendita. Dal punto di vista ingegneristico, questo progetto ha richiesto l’impiego di più discipline rendendolo ideale per un approccio meccatronico. Il sistema è diviso in due parti, una per lo scambio di prodotto tra le linee e uno per la gestione degli scarti che la prima macchina potrebbe fare, questi due macro blocchi saranno poi quelli che nell’arco dei sei mesi, si spartiranno lo sforzo di progettazione. La natura modulare dei due compiti ha permesso di analizzarli separatamente. Partendo dalla movimentazione, in questo caso, era richiesto l’utilizzo di robot delta e quindi è stato necessario semplicemente sceglierli tra i vari produttori disponibili sul mercato, individuare la strategia di presa e svilupparne un programma tramite software dedicato che simulasse il comportamento della cella, per la precisione il manipolatore selezionato tra i vari possibili è il FANUC SERIE M-2 iA/3S, il quale rappresenta sotto vari aspetti la scelta migliore tra i vari disponibili. A causa della elevata velocità di movimento sul nastro trasportatore, un unico robot che prelevasse un solo blister non è stato sufficiente ma dopo una serie di attente analisi si è scelto di optare per l’utilizzo di due manipolatori i quali muovono ognuno quattro blister per volta tramite un end effector a ventose, queste permettono l’aggancio del prodotto senza rovinarlo, a differenza delle classiche pinze. Fanuc, come ogni altro produttore di robot mette a disposizione un software dedicato che permette la programmazione offline del robot, questo sarà usato al fine di simulare il comportamento della cella ed effettuare le dovute considerazioni. Per quanto riguarda la gestione degli scarti invece, non sono state fornite particolari richieste tecnologiche sulla realizzazione e anche da un’analisi della concorrenza è emerso che nessuno ha sviluppato idee a riguardo, si sono quindi rese necessarie più considerazioni preliminari, come prima cosa si è dovuto idealizzare il sistema tramite le note strategie di progetto di sistemi meccatronici, fatto questo se ne è verificata la fattibilità, grazie a simulazioni che implementano il calcolo di tutte le casistiche per le varie strategie di impilamento che si potrebbero presentare tramite lo sviluppo di un’applicazione C++, si è concluso con la scelta dei componenti reali in base alle specifiche e la realizzazione del modello 3D della macchina, questo ha portato ad un sistema con servomotori e ventose che gestisce in modo dinamico la mancanza di prodotto. La strategia di gestione dinamica degli scarti in una linea di questo tipo è di grande interesse, poiché la seconda macchina, in ingresso accetta le colonne piene ed è in grado di riconoscere quelle vuote, in caso di pile parzialmente caricate, non potendo riempire correttamente la scatola, non saranno lavorate e verrebbero scaricate in un contenitore senza la possibilità di recuperarle, pertanto non trattando questo problema, oltre a scartare il prodotto difettoso in uscita, sarebbero cestinati anche prodotti conformi alle specifiche provocando un ulteriore danno alla casa produttrice la quale ha come obiettivo quello di massimizzare l’utile in rapporto alle materie prime impiegate.
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Abstract
This paper is the result of a six-monthly project that aims to connect two automatic machines for the packaging of biomedical products, where from the first, which has the task of inserting the tablets inside the blisters, the aluminum containers where usually the medicines are stored, two products come out, under ideal conditions, every 0.27 seconds on a conveyor belt, which must be stacked at the entrance to the second in columns varying from one to four units, this machine fill the boxes with the blister so then they will be made available for sale. From an engineering point of view, this project required the use of multiple disciplines making it ideal for a mechatronic approach. The system is divided into two parts, one for the exchange of product between the lines and one for the management of the rejects that the first machine could make, these two macro blocks will then be the ones that will divide the design effort over the six months. The modular nature of the two tasks allowed them to be analyzed separately. Starting from the handling, in this case, the use of delta robots was required and therefore it was necessary to simply choose them from the various manufacturers available on the market, identify the handling strategy and develop a program using dedicated software that simulated the behavior of the cell, to be precise, the manipulator selected from among the various possible ones is the FANUC SERIES M-2 iA / 3S, which in many aspect represents the best choice among the various available. Due to the high speed of movement on the conveyor belt, a single robot picking up a single blister was not enough but after a series of careful analyzes it was decided to opt for the use of two manipulators which each move four blisters at a time with a suction cup end effector, these allow the product to be hooked without damaging it, unlike the classic pliers. Fanuc, like any other robot manufacturer, provides dedicated software that allows offline programming of the robot, this will be used in order to simulate the behavior of the cell and make the necessary considerations. The management of waste, on the other hand, has no particular technological requests on the realization and also from an analysis of the competition it emerged that no one has developed ideas in this regard, therefore more preliminary considerations were necessary, first of all it was had to idealize the system through the well-known design strategies of mechatronic systems, having done this, its feasibility was verified, thanks to simulations that implement the calculation of all the cases for the various stacking strategies that could arise through the development of a C ++ application, ended with the choice of the real components based on the specifications and the realization of the 3D model of the machine, this led to a system with servomotors and suction cups that dynamically manages the lack of product. The strategy of dynamic management of the rejects in a line of this type is of great interest, since the second machine, at the input accepts the full columns and is able to recognize the empty ones, in the case of partially loaded stacks, not being able to fill the box correctly, they will not be processed and would be discharged into a container without the possibility of recovering them, therefore by not treating this problem, in addition to discarding the defective blisters in output, products that comply with the specifications would also be trashed, causing further damage to the manufacturer which has as aim is to maximize profit in relation to the raw materials used.
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