يمكن أن يكون روبوت اللحام استثمارًا مجديًا لورشة تصنيع هياكل فولاذية، ولكن فقط عندما يكون لدى الورشة أعمال متكررة كافية للحفاظ على إنتاجية الخلية وانضباط كافٍ في العمليات لدعمها. بالنسبة لمُصنِّع ينتج بشكل متكرر الحوامل، والهياكل، والتجميعات الفرعية الإنشائية، والخزانات، أو التجميعات المعيارية، يمكن للحام الروبوتي تحسين اتساق الإنتاج، وتقليل الاعتماد على عمالة اللحام النادرة، وجعل تخطيط التسليم أكثر موثوقية. أما ورشة الأعمال التي تهيمن عليها الإصلاحات الفردية، والتصاميم المتغيرة باستمرار، وملاءمة الأجزاء الضعيفة، فقد يقضي الاستثمار نفسه وقتًا طويلًا في الانتظار أو إعادة البرمجة أو التعويض عن التباين في المراحل السابقة.

لذلك ينبغي أن يبدأ قرار الشراء بمزيج الأعمال، وليس بقدرة تشغيل القوس المعلنة للروبوت. فالروبوت لا يجعل عملية تصنيع غير مستقرة مستقرةً بمفرده. إنه يكرر ما يُقدَّم إليه: وصلات جيدة أو رديئة، وتجهيزات تثبيت دقيقة أو أجزاء غير متسقة. وغالبًا ما تقلل الورش التي ترى الأتمتة بديلًا كاملًا للحامين المهرة من تقدير التحضير المطلوب. أما الورش التي تتعامل معها كأداة إنتاج محكومة، فعادةً ما تحقق عائدًا أوضح.

ابدأ بالأجزاء، وليس بالروبوت

السؤال الأول هو ما إذا كانت نسبة ذات معنى من أعمال اللحام في الورشة قابلة للتكرار. ولا تعني قابلية التكرار أن يكون كل جزء متطابقًا إلى الأبد. بل تعني أن الخلية تستطيع تشغيل أجزاء متشابهة أو عائلات من الأجزاء مع تغييرات محدودة في التجهيزات والبرامج والسلك وغاز الحماية ومعلمات اللحام.

من المرجح أن يستفيد مصنعو الهياكل الفولاذية عندما ينتجون تجميعات متكررة ذات مواقع وصلات متوقعة وطلب سنوي مستقر. وتشمل الأمثلة قواعد المعدات، والمعدات الزراعية، والمقطورات، وهياكل الدعم، والدرابزينات المصنوعة من وحدات قياسية، والتجميعات الفرعية للفولاذ الإنشائي، والمكونات المصنعة الموردة إلى شركة تصنيع المعدات الأصلية. ويمكن أن يكون التشغيل القصير منطقيًا أيضًا عندما تشترك الأجزاء في مبادئ التمركز ويمكن تكييف البرامج بكفاءة، لكن الأعمال المخصصة ذات الكميات المنخفضة جدًا تتطلب وقتًا هندسيًا أكبر لكل قطعة ملحومة.

هندسة الجزء لا تقل أهمية عن حجم الإنتاج. فالدروز المستقيمة، ولحامات الزاوية سهلة الوصول، والوصلات المنتظمة، والتجميعات التي يمكن تثبيتها بإحكام، تكون عمومًا مناسبة جيدًا للحام الروبوتي. ويمكن التعامل مع المكونات الكبيرة أو غير المريحة، خصوصًا باستخدام الممركزات أو المسارات أو ترتيبات الجسور، إلا أن نطاق تثبيت العمل ومناولة المواد يتوسع سريعًا. والروبوت الذي يتعين عليه الوصول حول المشابك، أو التنقل عبر زوايا غير متسقة، أو لحام أسطح تختلف من تجميعة إلى أخرى، سيفقد جزءًا كبيرًا من ميزته.

قبل طلب عروض الأسعار، ينبغي للورشة مراجعة سجلات الإنتاج لعدة أشهر وتحديد الأجزاء التي تستهلك أكبر وقت في اللحام. وأفضل المرشحين نادرًا ما يُختارون لمجرد أنهم الأصعب لحامًا. بل يكونون عادةً الأجزاء التي تجمع بين الطلب المتكرر، والتصميم المستقر، ومحتوى اللحام الكافي، والضغط المتكرر في الجدولة.

• كم مرة يُنتج كل تجميع خلال السنة؟
• ما مقدار وقت اللحام اليدوي المطلوب لكل وحدة؟
• هل يمكن الوصول إلى الوصلات من زاوية شعلة قابلة للتكرار؟
• هل يمكن تحميل الأجزاء في تجهيز تثبيت بصورة متسقة؟
• كم مرة تتغير الرسومات أو سماكات المواد أو مواصفات اللحام؟
• هل يتطلب العمل تدخلًا يدويًا متكررًا بسبب الفجوات أو التشوه أو المكونات المفقودة؟

إذا كان العمل الأعلى حجمًا يتغير بصورة كبيرة من دفعة إلى أخرى، فقد يظل النظام الروبوتي التعاوني أو المرن مفيدًا، لكن يجب أن يشمل حساب العائد عمالة البرمجة والإعداد. والمقارنة ذات الصلة ليست وقت اللحام اليدوي وحده، بل إجمالي العمالة والتأخير اللذين يتم التخلص منهما بعد احتساب التحميل، والتثبيت، والبرمجة، والفحص، وإعادة العمل، والتبديل.

زمن القوس هو حيث تُكسب أو تُخسر الجدوى الاقتصادية

يجدر النظر في روبوت اللحام عندما يستطيع قضاء جزء كبير من الوقت المجدول في إنتاج لحامات مقبولة. ويُوصف ذلك غالبًا بزمن تشغيل القوس، لكن التقييم العملي ينبغي أن يتجاوز القوس نفسه. فتحميل الأجزاء، وتفريغ التجميعات المكتملة، وتدوير التجهيزات، وتغيير المواد الاستهلاكية، والتعافي من الأعطال، وتنظيف التناثر، وفحص اللحامات كلها تؤثر في إنتاجية الخلية.

للحام اليدوي أيضًا انقطاعات لا مفر منها: تركيب الأجزاء، وإعادة تموضع العمل، وانتظار الرافعات، وتغيير الكابلات، وأخذ القياسات، وجلخ بدايات اللحام ونهاياته، وإدارة الإرهاق. ويمكن للأتمتة تقليل بعض هذه الانقطاعات، ولا سيما عندما يقدم الممركز الوصلة في وضع ملائم ويسمح للمشغل بتحميل جانب بينما يلحم الروبوت الجانب الآخر. لكنها لا تلغيها تلقائيًا.

ولهذا السبب، فإن حسابًا بسيطًا قائمًا على معدل تشغيل الروبوت بالساعة غير مكتمل. وينبغي أن تقارن الحالة المالية بين التكلفة الحالية لإنتاج مجموعة محددة من الأجزاء والتكلفة المتوقعة بعد الأتمتة. وتشمل عمالة اللحام المباشرة، وإعادة العمل، والمواد الاستهلاكية، والإشراف على الإنتاج، وبناء التجهيزات، والبرمجة، وصيانة الخلية، ومساحة الأرضية، والمرافق، ومعدات السلامة، والتمويل أو الإهلاك. وينبغي أن يعكس التحليل أيضًا الاستخدام الواقعي بدلًا من افتراض أن الروبوت سيعمل بشكل مستمر.

قد تظل الخلية التي توفر العمالة لكنها تنشئ اختناقًا جديدًا في تحميل الأجزاء ذات قيمة، إلا أنه ينبغي تعديل الزيادة المتوقعة في الطاقة الإنتاجية وفقًا لذلك. وفي بعض الورش، لا يكون المكسب الأكثر واقعية انخفاضًا كبيرًا في عدد العاملين، بل القدرة على الحفاظ على استقرار الإنتاج عندما يصعب توظيف اللحامين ذوي الخبرة، أو عند غيابهم، أو تكليفهم بأعمال لا يمكن أتمتتها.

قد يكون الاتساق أهم من السرعة الخام

غالبًا ما يركز مشترو الهياكل الفولاذية أولًا على السرعة. فالسرعة مهمة، خاصة عند ضيق مواعيد التسليم، لكن اتساق اللحام قد يكون الفائدة التجارية الأكثر استدامة. إذ يمكن لإجراء روبوتي مطور بصورة سليمة أن يكرر سرعة الحركة وزاوية الشعلة وتغذية السلك والجهد ونمط التموج والتسلسل بتباين أقل بكثير من العملية اليدوية خلال تشغيل إنتاجي طويل.

يمكن أن تقلل قابلية التكرار هذه التباين في مظهر اللحام ومدخلات الحرارة، وتساعد في التحكم بالتشوه، وتجعل الفحص أكثر قابلية للتنبؤ. كما يمكن أن تقلل مقدار الجلخ والرتوش المطلوبة للأجزاء التي يهم فيها المظهر. وبالنسبة للمكونات الخاضعة لإجراءات لحام موثقة أو متطلبات فحص من العميل، يمكن لمعلمات الروبوت المستقرة أن تدعم عملية إنتاج أكثر تحكمًا.

لكن هناك حدودًا. فالروبوتات لا تلغي الحاجة إلى إجراءات لحام مؤهلة، أو اختيار مناسب لمعدن الحشو، أو تصميم سليم للوصلات، أو التنظيف، أو الفحص. كما أنها لا تحل تلقائيًا عيوب اللحام الناجمة عن سوء الملاءمة، أو تلوث المواد، أو الانحرافات البعدية في الأجزاء المقطوعة والمشكلة. وفي الواقع، قد تكشف الخلية الروبوتية عن نقاط الضعف هذه بسرعة أكبر لأنها تتوقع وصول الأجزاء بحالة متسقة.

ينبغي للمصنع الذي يفكر في الأتمتة تتبع العيوب عكسيًا عبر سير العمل الحالي. فإذا كانت إصلاحات اللحام المتكررة ناتجة عن فجوات غير متسقة بعد الثني، أو تفريغ غير دقيق، أو صفائح ملتوية، أو لحام نقطي متعجل، فينبغي معالجة هذه المشكلات قبل توقع أن يحقق الروبوت جودة مستقرة. وقد تتطلب المعدات والعمليات السابقة مثل القطع CNC، وتشطيف الحواف، والثني، والتشغيل الميكانيكي، وتجهيزات التجميع اهتمامًا إلى جانب خلية اللحام.

تجهيزات التثبيت غالبًا ما تكون الاستثمار المُقلَّل من شأنه

ذراع الروبوت هو الجزء المرئي من النظام، ومع ذلك غالبًا ما تحدد تجهيزات التثبيت ما إذا كان النظام سيؤدي جيدًا. فالتجهيز المتين يحدد مواقع المكونات بدقة، ويتحكم في الحركة أثناء اللحام، ويوفر للشعلة وصولًا مناسبًا، ويسمح للمشغلين بتحميل الأجزاء دون جهد مفرط. كما يحتاج إلى استيعاب سماحات المواد الواردة دون تحويل كل دورة تحميل إلى عملية ملاءمة.

تسبب التجهيزات الضعيفة عدة مشكلات في وقت واحد. إذ يقضي المشغلون وقتًا أطول في تحميل الأجزاء. وتتغير مواقع اللحام مقارنةً بالمسار المبرمج. وتحجب المشابك الوصول إلى الدروز. ويحرك التشوه الحراري التجميعة أثناء الدورة. وقد يحتاج الروبوت إلى استشعار إضافي أو تصحيح يدوي، مما يقلل الإنتاجية ويزيد التعقيد. وقد يصبح التجهيز الذي يبدو منخفض التكلفة في البداية مكلفًا بسبب ضياع وقت الإنتاج.

وهذا لا يعني أن كل عمل يحتاج إلى تجهيز مخصص بدرجة عالية. إذ يمكن لأنظمة التجهيز المعيارية وطرق التمركز القابلة للضبط أن تخدم عائلات المنتجات ذات الكميات الأقل. والمفاضلة واضحة: فالمرونة الأكبر تؤدي عمومًا إلى وقت إعداد أطول وفرص أكبر لخطأ التموضع. وتكون التجهيزات المخصصة أكثر منطقية عندما يبررها حجم الأجزاء واستقرار التصميم.

ويستحق تقديم الأجزاء المستوى نفسه من التدقيق. فقد تتطلب الخلية مشغلًا، أو ممركزًا دوارًا، أو طاولة دوارة، أو ناقلًا، أو واجهة رافعة شوكية، أو رفعًا علويًا. ويمكن أن تكون للتجميعات الإنشائية الكبيرة أزمنة دورة طويلة لمجرد أن نقلها بأمان إلى الخلية يستغرق وقتًا. وينبغي أن تحدد مراجعة واقعية للتخطيط كيفية دخول المواد إلى المنطقة، وأين توضع الأجزاء مؤقتًا، وكيف يخرج العمل المكتمل، وكيف يمكن للمشغل العمل دون مد ذراعه عبر منطقة خطرة.

ما الذي يغيره الروبوت في فريق اللحام

يغير اللحام الروبوتي مزيج المهارات المطلوبة؛ لكنه لا يلغي الحاجة إلى معرفة اللحام. فما زالت الورشة بحاجة إلى أشخاص يفهمون تجهيز الوصلات، ومتطلبات إجراءات اللحام، وتأثيرات الحرارة، وحالة المواد الاستهلاكية، والفرق بين تعديل بسيط للعملية ومشكلة جودة ينبغي أن توقف الإنتاج.

اعتمادًا على النظام وحجم العمل، قد تُوزع المسؤوليات بين مصممي التجهيزات، ومبرمجي الروبوتات، ومهندسي أو مشرفي اللحام، والمشغلين، وموظفي الصيانة، والمفتشين. وفي منشأة تصنيع أصغر، قد يغطي شخص أو شخصان عدة من هذه الوظائف. ويمكن أن ينجح ذلك جيدًا عند التخطيط للتدريب والتوثيق والتغطية البديلة. لكنه يصبح محفوفًا بالمخاطر عندما تعتمد الخلية بأكملها على مبرمج واحد غير متاح أو عندما لا يمتلك أحد صلاحية تصحيح مشكلة في العملية.

ينبغي ألا يُنظر إلى المشغلين على أنهم مجرد محملي أجزاء. فهم غالبًا أول من يلاحظ التغييرات في الملاءمة، أو تغذية السلك، أو تغطية الغاز، أو تآكل المواد الاستهلاكية، أو تراكم التناثر. وإن بناء روتين يومي قابل للتكرار للفحوصات والتنظيف والتحقق أكثر قيمة من افتراض إمكانية ترك الخلية دون مراقبة لفترات طويلة.

متى يصعب عادة تبرير الاستثمار

يكون روبوت اللحام أقل إقناعًا عندما يكون الحجم السنوي منخفضًا وتتغير التصاميم باستمرار، لا سيما إذا كانت الأجزاء تتطلب ملاءمة يدوية مكثفة قبل اللحام. كما يصعب تبريره عندما تقع اللحامات في مواضع متغيرة للغاية، أو تصل التجميعات بسماحات غير مؤكدة، أو لا تستطيع الورشة تخصيص وقت لتطوير التجهيزات والتحقق من البرامج.

وثمة علامة تحذير أخرى تتمثل في وجود اختناق سابق لم يُحل. فإذا كان قسم التصنيع ينتظر الأجزاء المقطوعة، أو طاقة الثني، أو التشغيل الميكانيكي، أو مناولة المواد، أو الموافقات، فقد يحسن إضافة اللحام الروبوتي عملية واحدة معزولة فقط. وعندها قد يقضي الروبوت وقتًا طويلًا في وضع الخمول بينما يبقى القيد الحقيقي للإنتاج في مكان آخر.

ينبغي أن تبقى بعض الأعمال يدوية حتى في ورشة مؤتمتة بدرجة عالية. فقد تكون لحامات الإصلاح، والنماذج الأولية العاجلة، والتصنيعيات الكبيرة الفردية جدًا، والتجميعات غير المنتظمة للغاية، والأعمال التي تتطلب قرارات تقديرية متكررة، أفضل بيد اللحامين ذوي الخبرة. وتفصل خطة أتمتة مفيدة بين أعمال الإنتاج المتكررة والأعمال المتغيرة التي تتمتع فيها المرونة اليدوية بقيمة أكبر.

طريقة عملية لاتخاذ القرار قبل الشراء

بدلًا من البدء بطلب مواصفات واسع، اختر مجموعة صغيرة من التجميعات الممثلة وادرسها بالتفصيل. أدرج جزءًا عالي الحجم، وجزءًا متوسط التباين، وجزءًا يسبب حاليًا مشكلات في الجودة أو التسليم. وسجل الدورة الحالية من المكونات المجهزة إلى التجميعة الملحومة المقبولة. وأدرج الملاءمة، واللحام النقطي، واللحام، وإعادة التموضع، والفحص، وإعادة العمل، والمناولة.

ثم قيّم ما الذي يجب تغييره للإنتاج الروبوتي: تصميم التجهيز، وسماحات الوصلات، وموقع اللحام النقطي، وتعريف الأجزاء، وتسلسل اللحام، وقدرة الممركز، وحواجز السلامة، واستخراج الأدخنة، ووصول المشغل. ويكشف هذا التمرين غالبًا عما إذا كانت الخلية المقترحة ستخدم جزءًا كبيرًا بما يكفي من الإنتاج لتبرير تكلفتها.

ومن المنطقي أيضًا أن تطلب من شركات التكامل أو موردي المعدات المحتملين معالجة التطبيق الكامل، وليس طراز الروبوت فقط. وينبغي أن تغطي المناقشة أحجام وأوزان الأجزاء الممثلة، وأنواع الوصلات، ونطاق المواد، وعمليات التبديل المتوقعة، ومفهوم التجهيز، ووصول الشعلة، وعملية اللحام، ومنهجية البرمجة، وتصميم السلامة، والتدريب، وقطع الغيار، والدعم الفني المحلي، ومعايير القبول. وقد يقلل عرض الأسعار الذي يغفل هذه التفاصيل العملية من تقدير جهد التنفيذ الحقيقي.

بالنسبة لورشة تصنيع فولاذي لديها تجميعات قابلة للتكرار، وملاءمة منضبطة، واختناق مستمر في اللحام، يمكن أن تصبح الخلية الروبوتية جزءًا منتجًا من التشغيل بدلًا من آلة للعرض. أما بالنسبة لورشة تقوم على أعمال متغيرة باستمرار، فقد يكون الاستثمار الأول الأفضل في دقة القطع، أو اتساق التشكيل، أو قدرة التجهيزات، أو التحكم في سير العمل، أو طاقة اللحام اليدوي. والسؤال المفيد ليس ما إذا كان اللحام الروبوتي متقدمًا بما يكفي، بل ما إذا كانت الورشة تستطيع تزويده بعمل مستقر بوتيرة كافية حتى يكون لاتساقه وسعته أثر مهم.