در اکثر فرایندهای تولیدی، هنوز هم بخش بزرگی از عملیات بهصورت دستی و توسط نیروی انسانی و بدون استفاده از تجهیزات مناسب انجام میشود. خستگی، فرسودگی و آسیبهای اسکلتی عضلانی از نتایج مستقیم این فعالیتها هستند. آمارهای بسیاری موجود است که نشان میدهند سالانه هزینههای هنگفتی صرف درمان آسیبهای شغلی ناشی از حمل دستی بار میشود. ساعات مفید کاری زیادی به دلیل نیاز به مرخصیهای درمانی از بین میروند و نیروی کار در اثر فعالیتهای شدید بدنی بهسرعت مستهلک شده و عمر مفید کاریاش افت میکند.
برای کاهش صدمات اپراتوری و حفظ سلامت نیروی انسانی از تجهیزات کمک اپراتوری استفاده میشود. با این تجهیزات، اپراتور بدون تحمل فشار بدنی ناشی از حمل دستی بار قادر به جابجایی قطعات است. استفاده از این تجهیزات سرمایهگذاری بلندمدتی است که سرمایه انسانی سازمان را حفظ کرده و به افزایش بهرهوری سازمان منجر میشود.
بر مبنای علم ارگونومی، استانداردهای مختلفی تدوین شده که شرایط کاری اپراتور را ارزیابی کرده و با توان فیزیولوژیک و بیومکانیک مقایسه میکند و بر این اساس حد مجاز کاری تعریف میشود. اگر نتایج ارزیابی ارگونومیک خارج از حد استاندارد باشد، باید فرایند کاری بازنگری و اصلاح شود. استاندارد NIOSH یکی از روشهای پرکاربرد ارزیابی ریسکهای حمل دستی بار است.
یکی از راهحلهایی که شرایط غیر استاندارد ارگونومیک را به وضعیت استاندارد تبدیل میکند، سیستم منیپولیتور است. برای اصلاح فرایندهای حمل دستی باری که با ارزیابیهای ارگونومیک خارج از محدوده استاندارد تشخیص داده شدهاند، این سیستم پیشنهاد میشود؛ فشار بدنی از نیروی انسانی برداشته میشود و اپراتور بدون تحمل وزن، بار را جابجا میکند.
در این سیستم وزن بار بالانس شده و اپراتور نیرویی برای بلند کردن و جابجایی بار اعمال نمیکند. در نتیجه انرژی کمتری صرف میشود، تنفس و ضربان قلب در شرایط طبیعی قرار میگیرند، ماهیچهها در معرض تنش و نیروی اضافی قرار نمیگیرند و اپراتور بدون خستگی و در شرایط کاملاً استاندارد فعالیت میکند.
بر اساس مطالعات انجامشده، در شرایط تست مشابه، دفعات حمل بار در واحد زمان توسط سیستمهای سنتی حدود ۳۶.۲٪ کمتر از سیستمهای بالانسر الکترونیکی است. منیپولیتورهای مجهز به بالانسر هوشمند الکترونیکی بهدلیل دقت جابجایی، شرایط ارگونومیک بهتر، سرعت بالا و کنترل هوشمند وزن، نیروی اپراتوری بسیار کمتری نیاز دارند و بهترین راهحل برای افزایش بهرهوری تولید و بهبود ایمنی هستند.
در فرایندهای حمل دستی بار که در شرایط غیر استاندارد ارگونومیک انجام میشوند، منیپولیتور پیشنهاد میشود. طبق استاندارد NIOSH حداکثر وزن مجاز برای بلند کردن مستقیم تا جلوی کمر ۲۳ کیلوگرم است؛ هرچه عملیات از این وضعیت دور شود (تکرار زیاد، کشیدگی دست، چرخش کمر و...) ظرفیت مجاز کاهش مییابد. اگر وزن جابجاشده از حد مجاز بیشتر باشد، استفاده از منیپولیتور یکی از راههای اصلاح است — چه برای وزنهای سبک با تکرار بالا، چه برای جابجاییهای با دوران پیچیده.
هیچ محدودیتی برای کاربرد منیپولیتور وجود ندارد؛ این ماشین بر اساس کاربرد مورد نظر طراحی میشود و برای جابجایی قطعات در هر صنعتی (خودروسازی، قطعهسازی، صنایع غذایی، دارویی، شیمیایی، نساجی و ...) قابل استفاده است.
در شرایط غیر استاندارد که وزن جابجاشده بیش از حد مجاز است، اپراتورها دچار آسیبهای شدید اسکلتیعضلانی میشوند. منیپولیتور با بالانس کردن وزن بار، اپراتور را از این صدمات، خستگی و فرسودگی محافظت میکند و چون انرژی کمتری صرف میشود، اپراتور میتواند بدون خستگی در طول شیفت کار کند؛ در نتیجه هم سلامت نیروی انسانی حفظ میشود و هم بهرهوری تولید افزایش مییابد.
منیپولیتور ماشین مخصوصی است که بر اساس شرایط و محدودیتهای فیزیکی ایستگاه کاری، لیاوت و فرایند جابجایی، بهطور خاص طراحی میشود. معمولاً بخشی از تجهیز (بالانسر) بهصورت استاندارد طراحی شده و بر اساس محدوده کاری و وزن بار انتخاب میشود، در حالی که گریپر بر مبنای شکل و مشخصات فیزیکی قطعه طراحی میشود.
بالابرها نیرو و سرعت ثابتی دارند. در منیپولیتورها نیروی بالابری متناسب با وزن بار اعمال میشود و اپراتور میتواند با سرعت دلخواه بار را جابجا کند. بهدلیل بالانس بودن وزن در منیپولیتورها، میتوان از آنها برای مونتاژ دقیق قطعات نیز استفاده کرد.
منیپولیتورها در مواردی استفاده میشوند که اپراتور در اثر حمل بار دچار آسیب میشود یا نیاز به مونتاژ دقیق قطعات است. ظرفیت این سیستم معمولاً در محدوده ۲۴۰ کیلوگرم است؛ برای وزنهای بالاتر، بهدلیل اینرسی زیاد، معمولاً از سیستمهای بالابر استفاده میشود.
سیستمهای منیپولیتور بر مبنای نوع سیستم بالانس به سه دسته اصلی تقسیم میشوند:
• منیپولیتورهای الکترونیک (Liftronic)
• منیپولیتورهای پنوماتیک
• منیپولیتورهای الکترونیوماتیک
در سیستمهای نیوماتیک، بالانس وزن از طریق فشار هوای پشت پیستون انجام میشود که برای وزن مشخصی پیشتنظیم میشود و در صورت تغییر وزن باید توسط اپراتور دستی تنظیم شود. در سیستمهای الکترونیک، بالانس از طریق تغییر گشتاور موتور و بدون هیچ تأخیر زمانی انجام میشود؛ سیستم بهصورت خودکار وزن را تشخیص داده و بالانس میکند، بدون نیاز به تنظیم اپراتوری.
در کاربردهایی که مرکز ثقل بار زیر نقطه آویز قرار میگیرد، میتوان از سیستمهای کابلی استفاده کرد. برای کاربردهایی که مرکز ثقل بار با محور عمودی آویز فاصله دارد (جابجاییهای آفست یا خارج از مرکز)، باید از سیستمهای نیوماتیک با بازوی صلب استفاده شود.
سیستمهای منیپولیتور به دو بخش اصلی تقسیم میشوند:
۱. بالانسر: وظیفه بالانس وزن مجموعه گریپر و بار را دارد و بر اساس نوع جابجایی، موقعیت مرکز ثقل، لیاوت، وزن بار و روش نصب از مدلهای استاندارد (نیوماتیک، الکترونیک، الکترونیوماتیک) انتخاب میشود.
۲. گریپر: عملیات گرفتن قطعه را انجام میدهد و بر اساس مشخصات فیزیکی قطعه، حساسیتهای سطحی و نوع فرایند بهصورت خاص طراحی میشود (مکانیکی، نیوماتیک، وکیوم، مگنت یا ترکیبی).
منیپولیتورهای سری Liftronic بهصورت ستونی، سقفی یا ریلی قابل نصب هستند. مدلهای ستونی و سقفی دارای دو بازو با اتصالات لولایی هستند که بهدلیل حرکت دورانی بازوها، یک حجم استوانهای شکل را پوشش میدهند. در مسافتهای بیش از ۴.۵ متر که سیستمهای بازویی محدودیت دارند، یا برای پوشش محدوده کاری مستطیلشکل، مدلهای ریلی کارایی بالایی دارند.
منیپولیتورها با فرمان و کنترل نیروی انسانی کار میکنند؛ وظیفه آنها خنثی کردن وزن بار و استانداردسازی شرایط ارگونومیک است و حرکات توسط اپراتور انجام میشود. با این حال، امکان اتوماسیون بخشی از فرایند از طریق سنکرون کردن منیپولیتور با یک سیستم اتوماتیک وجود دارد.
خیر! سیستمهای ایمنی در سیستمهای نیوماتیک از رها شدن و سقوط قطعه در اثر اشتباه سهوی اپراتور یا قطع هوای فشرده جلوگیری میکنند. همچنین قفلها و ترمزهای مکانیکی و نیوماتیک، دامنه حرکات بازوها را بر اساس شرایط کاری محدود میکنند.
پس از جدا شدن بار از سطح صلب، میکروسوئیچ نیوماتیک تحریک شده و کلید RELEASE غیرفعال میشود؛ تا زمانی که بار مجدداً روی سطح صلب قرار نگیرد، امکان آزاد کردن آن وجود ندارد. بنابراین حتی در اثر اشتباه اپراتور، امکان سقوط قطعه در میانه مسیر وجود ندارد. در صورت قطع یا افت هوای ورودی نیز سیستم بهآرامی به پایینترین نقطه کورس حرکت میکند و سپس قطعه آزاد میشود.
علاوه بر میکروسوئیچ نیوماتیک برای جلوگیری از رها شدن بار در اثر اشتباه اپراتور یا افت فشار هوا، این منیپولیتورها به انواع سیستمهای ایمنی شامل قفلها و ترمزهای مکانیکی و پنوماتیکی و محدودکننده دوران در مفاصل و بازوها مجهزند.
سیستم بالانسر الکترونیکی مجهز به قفل مکانیکی، ترمز مغناطیسی و استپ اضطراری است. در صورت افت یا قطع ولتاژ و بروز خطا، قفل مکانیکی بهصورت خودکار عمل کرده و مانع حرکت بار میشود؛ در مواقع اضطراری نیز با فشردن کلید استپ همین اتفاق رخ میدهد.
خیر، حرکات عمودی تنها با لمس دستگیره حساس و بدون نیاز به دکمهزنی انجام میشود. لودسل تعبیهشده در دستگیره، نیروی دست اپراتور را حس کرده و سرعت حرکت را متناسب با آن تنظیم میکند.
در شرایط عادی، حرکات عمودی با لمس دستگیره انجام میشود. اما در کاربردهای حساس، پس از برداشتن بار و فعال کردن ویژگی FLOAT MODE، وزن بار در حافظه دستگاه ثبت میشود و اپراتور میتواند بدون لمس دستگیره، در حالت کاملاً بیوزنی و با هر دو دست، بار را با دقت و کنترل بالا جابجا کند.
بالانسرهای نیوماتیک برای وزن مشخصی پیشتنظیم میشوند و تغییر وزن نیازمند تنظیم دستی فشار هوا است؛ بنابراین در این سیستمها تغییر وزن حین جابجایی مجاز نیست. اما در سیستمهای الکترونیکی، وزن بار لحظهبهلحظه تشخیص داده شده و گشتاور موتور متناسب با آن تغییر میکند، بنابراین در سیستمهای لیفترونیک، تغییر وزن بار حین جابجایی امکانپذیر است.
با بالانسر هوشمند، انجام حرکات دقیق بهصورت پیوسته و سریع امکانپذیر است و مونتاژ قطعات حساس بهسادگی انجام میشود. در سیستمهای سنتی حرکات پلهای و گسستهاند و برای مونتاژ دقیق نیاز به قطعووصل مداوم و تنظیم با گامهای کوتاهتر است، که سیکل زمانی فرایند را افزایش و راندمان تولید را کاهش میدهد.
در سیستمهای الکترونیکی و در صورت استفاده از گریپرهای مکانیکی، نیازی به هیچگونه دکمهزنی برای گرفتن و آزاد کردن بار و انجام حرکات عمودی نیست و کل سیکل کاملا مکانیکی-هوشمند انجام میپذیرد.
بله، در سیستمهای بالانسر الکترونیکی ستونی-بازویی، با نصب سیستم روی صفحه پایه (Base Plate)، نیازی به تثبیت دائم روی زمین نیست و در صورت نیاز به تغییر موقعیت در سوله یا ایستگاههای کاری مختلف، این کار بهراحتی توسط لیفتراک انجام میشود.
سیستمهای بالانسر الکترونیکی مصرف انرژی بسیار پایینی دارند؛ این تجهیزات با برق ۲۲۰ ولت تکفاز خانگی تغذیه میشوند و در حداکثر بار کاری، حدود ۷۰۰ وات توان مصرف میکنند که معادل یک جاروبرقی خانگی کممصرف است.