Dlaczego warto automatyzować i kiedy ma to dla Ciebie sens?
W badaniach materiałowych wyniki testów powinny dostarczać wiarygodnych informacji o samym materiale – a nie o wpływie użytkownika, manualnych procedurach czy różnych sposobach pracy w laboratorium. Zautomatyzowane badanie materiałów pomaga standaryzować powtarzające się kroki badawcze, ograniczyć wpływ użytkownika i sprawić, że procesy badawcze będą bardziej powtarzalne.
Dla laboratoriów badawczych i działów zapewnienia jakości oznacza to: mniejsze odchylenia, lepszą porównywalność i więcej większą swobodę dla wykwalifikowanego personelu, który może skupić się na ocenie, analizie i doskonaleniu procesów.
Dlaczego laboratoria badawcze napotykają ograniczenia
Badania materiałowe stanowią podstawę decyzji jakościowych, zatwierdzania materiałów oraz rozwoju produktów. Od tych wyników zależą zwolnienia produkcji, terminy dostaw oraz decyzje techniczne w obszarze rozwoju produktu.
Jednocześnie wyraźnie rosną wymagania stawiane laboratoriom badawczym: więcej badań w krótszym czasie, wyższe wymagania dotyczące dokumentacji i identyfikowalności, brak wykwalifikowanej siły roboczej oraz rosnąca presja kosztowa.
Sytuacja ta staje się szczególnie krytyczna, gdy badania rutynowe angażują dużą część wykwalifikowanego personelu. Doświadczeni użytkownicy potrafią wprawdzie dobrze kontrolować wiele czynników wpływających na badanie, jednak ich dyspozycyjność do bardziej wymagających zadań – takich jak analiza danych, ocena materiałowa czy rozwój metodologii – jest wtedy ograniczona.
Centralne pytanie brzmi zatem nie tylko: W jaki sposób zwiększyć liczbę badanych próbek?
Ale przede wszystkim: Jak generować wyniki badań w taki sposób, aby były powtarzalne, porównywalne i stabilne procesowo?
Czynnik ludzki w badaniach materiałowych
Podczas badania materiałowego na wynik wpływa kilka wielkości wejściowych. Oprócz samego materiału rolę odgrywają również maszyna wytrzymałościowa, przygotowanie próbek oraz użytkownik. Celem rzetelnej strategii badawczej jest maksymalne ograniczenie wszelkich czynników niezwiązanych z samym materiałem.
W manualnych procesach badawczych rozrzut wyników może wynikać między innymi z następujących czynników:
- Różne ustawienie osiowości próbek
Brak powtarzalności przy umieszczaniu próbki w uchwytach mocujących może prowadzić do zafałszowania wyników pomiarowych. Zwłaszcza w przypadku seryjnych badań rutynowych kluczowe znaczenie ma niezmienna i powtarzalna obsługa. - Niedokładny pomiar przekroju poprzecznego
W przypadku wielu badań wymiary próbek wchodzą bezpośrednio do obliczeń parametrów wytrzymałościowych. Niedokładne lub niejednolicie przeprowadzone pomiary mogą w związku z tym prowadzić do rozbieżnych wyników. - Wpływ temperatury ciała oraz wilgotności powierzchniowej
Ciepło dłoni oraz wilgoć rąk mogą wpływać na zachowanie materiału podczas pękania. W zależności od materiału ma to negatywny wpływ na parametry takie jak granica plastyczności czy wytrzymałość na rozciąganie. - Rozbieżności w procedurach wykonawczych pomiędzy pracownikami lub oddziałami firmy
Jeśli badania są przeprowadzane w wielu laboratoriach, na różnych zmianach lub w różnych lokalizacjach, odmienne metody pracy mogą generować dodatkowy rozrzut wyników. Dla działów kontroli jakości utrudnia to ocenę wyników i może wiązać się z koniecznością powtórzenia badań.
Skutki te wykraczają poza sam aspekt czysto techniczny. Rozproszone lub trudne do porównania wyniki prowadzą w codziennej praktyce laboratoryjnej do dodatkowego nakładu pracy, dłuższych procesów zatwierdzania i niepewnych podstaw do podejmowania decyzji.
Jak zautomatyzowane systemy badawcze redukują rozrzut wyników
Zautomatyzowane systemy badawcze standaryzacja powtarzających się kroków procesowych: Dostarczanie, identyfikacja, wymiarowanie, badanie, analiza i dokumentowanie próbek. Dzięki temu serie badawcze przebiegają w niezmiennych warunkach.
W zależności od zadania badawczego można zintegrować dodatkowe systemy , na przykład skanery ID, przyrządy do pomiaru przekroju, twardościomierze, profilometry (przyrządy do pomiaru chropowatości), układy termostatowania lub połączenia z bazami danych.
Dzięki temu dział kontroli jakości zyskuje bardziej wiarygodną podstawę do podejmowania decyzji. Wyniki można oceniać z większą pewnością, procesy zatwierdzania stają się bardziej przewidywalne, a wykwalifikowany personel laboratoryjny może w większym stopniu skupić się na analizie, ocenie i optymalizacji procesów.
Automatyzacja się opłaca. W sposób mierzalny i długofalowy.
Decyzja o wyborze zautomatyzowanego systemu badawczego jest często rozpatrywana przez pryzmat nakładów inwestycyjnych. Decydująca jest jednak rentowność w całym cyklu życia produktu. Dzięki wyższemu stopniu wykorzystania sprzętu, bardziej powtarzalnym wynikom badań, szybszemu zwalnianiu produktów do obrotu oraz większemu bezpieczeństwu procesów możliwe jest trwałe obniżenie kosztów. Poniższe wskaźniki pokazują, gdzie te efekty stają się konkretnie zauważalne w codziennej pracy laboratorium.
Większa wydajność laboratorium bez dodatkowego personelu
Bardziej precyzyjne dane z badań zapewniają korzyści ekonomiczne
Szybsze dostarczanie produktów do klienta
Automatyzacja się opłaca. Wymiar ekonomiczny.
Każda pojedyncza korzyść przyczynia się do rentowności laboratorium badawczego. W podsumowaniu daje to mierzalną wartość dodaną: istniejące zasoby są lepiej wykorzystywane, decyzje opierają się na bardziej wiarygodnych danych badawczych, produkty szybciej trafiają na rynek a procesy przebiegają stabilniej. Dzięki temu inwestycja w automatyzację staje się długoterminowym wkładem w produktywność, jakość i konkurencyjność.
Elastyczność w parze z automatyzacją
Częstą obawą wobec zautomatyzowanego badania materiałów jest troska o to, że systemy automatyczne są zbyt mało elastyczne w obliczu zmieniających się wymagań badawczych. Nowoczesne systemy muszą jednak zapewniać właśnie to: Możliwość dostosowania do nowych materiałów, zmienionych norm lub dodatkowych zastosowań.
Zautomatyzowane systemy badawcze, jak ALEX, roboTest N i roboTest L umożliwiają dostosowanie przebiegu badań do nowych kształtów próbek, zmienionych sekwencji przebiegu lub dodatkowych zadań badawczych. SmartWizard, asystent zintegrowany z oprogramowaniem automatyzacyjnym autoEdition3, pozwala użytkownikowi na samodzielne wprowadzanie kluczowych modyfikacji.
Równocześnie system zapewnia stałą możliwość przeprowadzania manualnych badań . Dzięki temu badania specjalne, próby pojedyncze lub nowe metody mogą być realizowane niezależnie od procesu automatycznego.
Jak zbudować zautomatyzowaną strategię badawczą w laboratorium
Automatyzacja strategii badań nie rozpoczyna się od wyboru robota, ale od przeprowadzenia analizy zadania badawczego. W pierwszym kroku analizuje się istniejący przebieg badania: od identyfikacji próbek, przez ich pomiar i podawanie, aż po właściwe badanie, ocenę wyników oraz dokumentację.
Na tej podstawie określa się optymalny stopień automatyzacji . Dla małych serii od 10 prób wystarczy kompaktowe rozwiązanie badawcze ALEX . W przypadku dużych wolumenów badań, wieloetapowych procedur lub dodatkowych zadań pomiarowych uzasadnione jest zastosowanie w pełni zautomatyzowanego systemu badawczego roboTest R .
Kluczową rolę odgrywa tutaj oprogramowanie automatyzacyjne autoEdition3. Odpowiada ono za sterowanie, regulację i nadzór nad obsługą próbek, automatycznymi cyklami pomiarowo-badawczymi oraz zapisem wyników badawczych w bazie danych. Samo badanie – podobnie jak we wszystkich maszynach wytrzymałościowych firmy ZwickRoell – jest zarządzane przez oprogramowanie badawcze testXpert .
Dzięki temu zadania z zakresu automatyzacji oraz zarządzanie badaniami pozostają wyraźnie rozdzielone: autoEdition3 odpowiada za obsługę i przebieg procesu, natomiast testXpert zarządza samym badaniem.
Zalety w skrócie:
- Wyższa powtarzalność wyników badań
- Ograniczony wpływ użytkownika
- Lepsza identyfikowalność i śledzenie danych
- Mniej powtarzalnych i rutynowych czynności dla personelu
- Pewniejsze podstawy do podejmowania decyzji
- Szybsze zwalnianie materiałów do produkcji
- Kluczową kwestią pozostaje jednak to, że: Gdy wpływ użytkownika oraz maszyny zostanie ograniczony do stałego minimum, uwaga skupia się na właściwym przedmiocie badania – na samym materiale.
Kiedy automatyzacja badań materiałowych jest rentowna?
Opłacalności automatyzacji nie powinno się oceniać ryczałtowo, biorąc pod uwagę wyłącznie wielkość laboratorium. Czynnikiem decydującym jest konkretny proces badawczy: Ile próbek jest badanych regularnie? Które etapy badania są wykonywane w sposób powtarzalny? Jakie procesy pomocnicze, takie jak identyfikacja próbek, pomiar przekroju poprzecznego czy dokumentacja, muszą zostać zintegrowane?
Z doświadczenia firmy ZwickRoell wynika, że około 90 procent wdrożonych systemów automatyzacji już w ciągu pierwszych dwóch lat. Kalkulator amortyzacji pozwala na wstępną ocenę, czy pełna automatyzacja będzie opłacalna w przypadku konkretnego zastosowania badawczego.
Niemniej jednak sporządzenie rzetelnej analizy amortyzacji wciąż pozostaje kluczowe. Rentowność zależy bowiem między innymi od dziennej liczby próbek, czasu badania pojedynczej próbki, stopnia automatyzacji, kosztów personelu, czasu pracy, modeli zmianowych, posiadanych maszyn wytrzymałościowych oraz możliwości ich modernizacji..
W celu przeprowadzenia rzetelnej oceny firma ZwickRoell oferuje indywidualną kalkulację amortyzacji, dostosowaną do konkretnych potrzeb badawczych klienta.
Ready-for-Future: Kup maszyny wytrzymałościowe już dziś, zautomatyzuj je jutro
To, jakich produktów będzie wymagał rynek jutra i jak będą wyglądały powiązane z nimi kryteria badawcze, można dziś przewidzieć jedynie w ograniczonym stopniu. Nowe materiały, zmienione normy lub dodatkowe zastosowania mogą sprawić, że laboratoria będą zmuszone dostosować lub rozbudować swoje procesy badawcze.
Zaletą modułowo zaprojektowanych systemów badawczych ZwickRoell jest to, że można je przygotować na przyszłe wymagania rynku. Również maszyny wytrzymałościowe obsługiwane ręcznie można w razie potrzeby doposażyć w przyszłości w system automatyzacji. W przypadku późniejszej automatyzacji istniejącej maszyny ZwickRoell można ponownie wykorzystać nawet do 80 procent posiadanych komponentów .
Zapewnia to pełne bezpieczeństwo inwestycji: Dotychczasowe wyposażenie pozostaje w użyciu, podczas gdy stopień automatyzacji można elastycznie dostosowywać do nowych wolumenów badań, wymagań procesowych czy też nowych zastosowań. W ten sposób maszyna wytrzymałościowa jest pozyskiwana nie tylko z myślą o bieżących zadaniach badawczych, ale od pierwszego dnia pozostaje w pełni gotowa na przyszłe rozbudowy.
Wniosek: Automatyzacja pomaga ponownie skupić się na materiale
Automatyzacja badań materiałowych to znacznie więcej niż tylko sposób na ograniczenie manualnych etapów pracy. Wspiera ona laboratoria badawcze w minimalizowaniu wpływu użytkownika, zwiększaniu powtarzalności procesów badawczych oraz efektywniejszym wykorzystaniu dostępnych zasobów.
Jednocześnie rozwój nowoczesnych rozwiązań automatyzacji pokazuje, że nie jest ona już dzisiaj zarezerwowana wyłącznie dla dużych laboratoriów badawczych. Dostępne są różne stopnie rozbudowy – od systemów podstawowych do standaryzowanych badań rutynowych, aż po w pełni zintegrowane systemy badawcze.
Ostatecznie w centrum uwagi znajduje się właściwy cel każdego badania materiałowego: wiarygodne parametry, w przypadku których liczy się tylko jeden czynnik – sam materiał.
