كيفية تحديد علبة تروس روبوت ABB التالفة قبل حدوث العطل؟
لقد شاهدنا ذلك يحدث في الميدان أكثر من مرة على مر السنين. فقد كانت روبوتات ABB على خط الإنتاج تعمل بشكل جيد، ثم فجأةً، في أحد الأيام، بدأ اللحام ينحرف عن مساره، وانحرفت المسار المُتَّبع، وتتابعت الحركات بشكل غير طبيعي، بل وصل الأمر إلى درجةٍ بالغة الخطورة تسببت في إنذارٍ مباشرٍ أدى إلى إيقاف التشغيل بالكامل، فتوقف الخط كاملاً فجأةً. وبقي الجميع في حالة من الفوضى يحاولون تشخيص المشكلة في البرنامج، ويتحققون من المشفر (الإنكودر)، ويتفحصون الأدوات والتجهيزات، وفي النهاية اضطروا إلى تفكيك الروبوت بالكامل، ليكتشفوا أن علبة التروس كانت معطلة منذ فترة طويلة، لكن لم ينتبه أحدٌ لتلك الإشارات الصغيرة التي كانت تسبق العطل.
وخاصةً في عمليات اللحام والمناولة والتحميل والتفريغ والختم التي تقوم بها هذه الروبوتات، فإن دوران علبة التروس تحت حملٍ عالٍ مستمرٍ لفترات طويلة نادراً ما يؤدي إلى انهيارٍ مفاجئٍ دون سابق إنذار. فالواقع أن علبة التروس تُرسل إشارات تحذيريةً واضحةً لك منذ وقتٍ طويلٍ سلفاً، لكن العديد من ورش العمل اعتادت أن تنظر إلى هذه الإشارات على أنها «من طبيعة الآلات القديمة»، فتتركها دون اهتمام. 
يلاحظ العديد من الأشخاص المشكلة لأول مرة عندما «لا يكون الروبوت دقيقًا كما كان في السابق.»
هذا في الواقع العَرَض الأول الأكثر شيوعًا. وما يثير الاهتمام هو أن مهندسي الحقل نادرًا ما يفكرون في علبة التروس كسبب أولي. فتسلسل استكشاف الأخطاء وإصلاحها لديهم غالبًا ما يكون كالتالي: أولاً، يشكون في أن وحدة التحكم بالمحرك (TCP) غير مُعَيَّنة بشكل صحيح، أو ربما ضُربت الماسكة من قِبل شخصٍ ما؛ ثم ينتقلون للتحقق من البرنامج لمعرفة ما إذا كانت النقاط المبرمجة صحيحة أم لا؛ وبعد ذلك يفحصون المشفر (الإنكودر) للتأكد من عدم فقدان الإشارات النابضية (Pulses)؛ بل وقد يشكون أحيانًا في أن معايير المحركات servo قد تغيرت أو أن التثبيتات غير مشدودة جيدًا. وهذه الجولة من الفحوصات تُعد أمرًا طبيعيًّا تمامًا، ثم في النهاية يستخدمون جهاز قياس لاختبار النظام، فيكتشفون أن التفكيك الزاوي (Backlash) الخاص بمحور معين أصبح واضحًا جدًّا. ويظهر هذا الأمر بسهولة خاصةً في روبوتات اللحام: ففي البداية كانت الخطوط الملحومة تمر بسلاسة كبيرة، أما الآن فقد بدأت تظهر عدم استقرار في القوس الكهربائي، وعدم انتظام في مسار القوس، كما أن نفس البرنامج عند تنفيذه عدة مرات يُنتج مسارات مختلفة قليلًا عن بعضها البعض. وأحيانًا يعتقد العملاء أن المشكلة تكمن في نظام الرؤية (Vision System)، لكن الحقيقة هي أن التآكل ناتج عن زيادة الفراغ الداخلي في علبة التروس، ما يؤدي إلى عدم انتقال الحركة بدقة وفق حركة الذراع.
تآكل علبة تروس روبوت ABB، وسيصبح "الانزلاق الخلفي" أكثر وضوحًا بشكل متزايد
أي شخصٍ يشارك في عمليات الصيانة يكون على دراية تامة بمصطلح «الارتداد» (Backlash)، والذي يعني وجود فجوة في المفصل. فجانب المحرك يدور بالفعل بوضوح، لكن الجانب الميكانيكي يجب أن ينتظر لفترة قصيرة حتى يتم استهلاك هذه المسافة الفارغة قبل أن يبدأ في الحركة. وتكون مفاصل الروبوت الجديد مشدودة جدًّا، ولكن بعد مرور فترة طويلة من الاستخدام تتآكل التروس الكوكبية والمحامل الموجودة داخل علبة التروس، فيزداد اتساع الفجوة بين أسنان التروس، وتترخّى المحامل أيضًا، ويقل دقة التداخل بين التروس، ما يؤدي إلى ظهور أخطاء متكررة في تحديد الموضع، وانحراف في المسار المُراد اتباعه، واهتزاز طفيف أثناء التسارع أو الإبطاء. وأكثر ما يسبب الإزعاج هو أن هذه الحالة لا تكون حادة في بدايتها، بل يستطيع العديد من الأشخاص الاستمرار في استخدام الروبوت لعدة أشهر رغم وجودها، ولكن بمجرد تجاوز ارتداد محور معين لحدٍّ معين، فإن التدهور يصبح سريعًا جدًّا — فقد تكون الأسابيع الأولى مجرد انحراف طفيف، ثم فجأة تظهر رسالة خطأ تشير إلى اصطدام أو تحميل زائد.
تبدأ مفاصل الروبوت في «الاهتزاز»، وفي الواقع، هذا أمر خطيرٌ جدًّا بالفعل!
عند التشغيل الطبيعي، يكون صوت الروبوت منتظمًا جدًّا، وهو ذلك الصوت الهامس الناتج عن المحرك المُدوِّر مصحوبًا بصوت ميكانيكي سلس للغاية. ومع ذلك، بمجرد ظهور مشكلات في علبة التروس، يتغير الصوت فورًا ليصبح مختلطًا بصوت احتكاك معدني حاد أو أصوات نقر متكررة (نقر... نقر... نقر... نقر)، بل ويمكن سماع أصوات خافتة أثناء التسارع والتباطؤ، كما يمكن الشعور عند وضع اليد على المفاصل وكأن هناك شيئًا ما يصطدم من الداخل. ويقول العديد من العمال القدامى العاملين على الخط غالبًا: «إن هذا الروبوت لم يعد يصدر الصوت الصحيح مؤخرًا». وعندما تسمع هذا النوع من الملاحظات، فلا تؤخِّر التصرف، لأن احتمال حدوث خدوش في أسنان التروس أو تلف في قفص المحمل أو فشل في زيت التشحيم مما يؤدي إلى احتكاك المعدن بالمعدن مباشرةً يكون مرتفعًا جدًّا في هذه المرحلة. وإذا استمر التشغيل بهذه الحالة، فإن التآكل الطفيف سيتفاقم سريعًا ليتحول إلى احتكاك شديد بين أسنان التروس، وبمجرد أن تتآكل الأسنان أو تتشقَّق، يصبح المخفض بأكمله غير صالح للاستخدام تقريبًا.
وبالحديث عن ذلك، فقد رأينا في ورشة العمل عددًا كبيرًا جدًّا من مشاكل علب التروس؛ والحقيقة أن الجذر يكمن في نظام التزييت. فكثيرٌ من المصانع تُشغِّل الروبوتات يوميًّا، ويتم إنجاز عمليات التزييت والصيانة بشكلٍ غير منتظمٍ على الإطلاق، لا سيما في بعض خطوط الإنتاج القديمة. كما أن دورة إضافة الشحوم قد طالت جدًّا دون أخذ تقدُّم عمر حشوات الزيت في الاعتبار، ولا ينتبه أحدٌ إلى ملاحظة تسرب الزيت من المفاصل عند مسحها، ثم يستمر التشغيل كالمعتاد، ما يؤدي إلى اختلاط الشحوم ببخار الماء أو الغبار أو مسحوق المعادن، مع الاستمرار في استخدامها كما لو كانت سليمة. وبمرور الوقت، تتدهور ظروف التزييت تدريجيًّا، فيرتفع احتكاك الأجزاء الداخلية فجأةً، ثم يرتفع درجة الحرارة تبعًا لذلك، ولا يتمكَّن غشاء الزيت على سطح الأسنان من الاحتفاظ بموقعه، فيبدأ التآكل غير الطبيعي. وتتميَّز محولات العزم من شركة ABB بدقتها العالية جدًّا، حيث تكون المسافات بين أسنان التروس والمحامل صغيرةً للغاية، ما يجعل متطلبات التزييت صارمةً جدًّا. وبمجرد أن تصبح الشحوم مخفَّفةً أو جافَّةً أو ملوَّثةً، فإن سرعة التآكل تزداد بشكلٍ أسّي. وبعض علب التروس تصبح ساخنةً لدرجة يمكن الشعور بها باللمس، وهي إشارةٌ غالبًا ما تدلُّ على فشل كامل في نظام التزييت، حيث لم يعد الزيت قادرًا منذ فترة طويلة على أداء دوره الوقائي.
مسألة درجة الحرارة تُعد مؤشرًا بصريًّا واضحًا جدًّا.
يمكنك محاولة لمس درجات حرارة المفاصل الخاصة بكل محور بعد أن يعمل الروبوت لفترةٍ من الزمن. وفي الظروف العادية، يكون ارتفاع درجة الحرارة مستقرًّا نسبيًّا، ولا يصبح أي مفصل فجأةً أكثر سخونةً بكثيرٍ من غيره. وخصوصًا بالنسبة للمفاصل الخاضعة لأحمال كبيرة مثل المحورين J2 وJ3، فإن بقائها ساخنةً بشكل غير طبيعي لفترة طويلة يوحي في الغالب الشديد بوجود احتكاك داخلي مفرط، أو نقص في التزييت، أو تلف في المحامل، أو تشغيل الروبوت تحت حمل زائد. فبالفعل، ظلَّت العديد من علب التروس تعمل بصمتٍ في حالة «حرارة عالية جدًّا» لفترة طويلة قبل أن تتوقف تمامًا عن العمل. ولذلك نلاحظ تزايد أعداد المصانع التي بدأت تستخدم جهاز التصوير الحراري لفحص جميع مفاصل الروبوتات على خط الإنتاج بشكل دوري؛ وهذه الطريقة فعّالةٌ حقًّا، إذ يمكن اكتشاف العديد من المشكلات مبكرًا من خلال مراقبة درجات الحرارة، دون الحاجة إلى الانتظار حتى حدوث عطلٍ في الروبوت.
عندما تبدأ روبوتات ABB بالاهتزاز، فإن المشكلة في كثيرٍ من الأحيان لم تعد بسيطةً بعد الآن!
قد تلاحظون الذراع بالكامل وهي ترتجف قليلًا أثناء التسارع، ثم تهتز عدة مرات فور التوقف، كما أن مسار حركتها لا يكون دائريًّا وسلسًا عند السرعات العالية، مع شعور دقيق بالارتجاز أو التموج. وغالبًا ما يعتقد الكثيرون أن مشكلة ذلك تعود إلى عدم ضبط كسب المحرك الخدمي (Servo Gain) بشكلٍ مناسب، ولكن إذا تأكَّدتم من أن المُشفِّر (Encoder) سليم، وأن المحرك سليم، وأن المعايير لم تتغيَّر، فإن السبب على الأرجح هو ضعف الصلابة الداخلية لمخفض السرعة. وينطبق هذا بصفة خاصة على المفاصل المزودة بعلب تروس من نوع RV، حيث تبدأ الاهتزازات في الظهور تدريجيًّا بمجرد بدء تآكل الجزء الدوراني البيضاوي (Cycloid) والمحامل، وتزداد صعوبة إخفائها تدريجيًّا.
ثم هناك عيبٌ آخر يسهل جدًّا تجاهله — وهو تسرب الزيت.
لقد رأيتُ عددًا كبيرًا جدًّا من المصانع، وحالما يلاحظون حلقة من الزيت تتسرب من مفصل روبوتات ABB، فإن أول رد فعلٍ لديهم هو أخذ قطعة قماش لمسحها، قائلين: «لا بأس، لا تزال تعمل بشكلٍ جيّد». لكن في الواقع، فإن تسرب الزيت يُنبِّهك عمومًا إلى أن الحشوات قد تدهورت، وأن الزيت داخل العلبة بدأ يتسرب إلى الخارج، كما قد تتسلل الأوساخ من الخارج إلى الداخل. وتكون علب التروس أكثر عُرضةً للضرر عند نقص الزيت، وبخاصة في الحالات التي تعمل فيها على مدار 24 ساعة دون انقطاع؛ فحينها تنقطع سلسلة التزييت، ويتسارع ارتداء المكونات فورًا. ويمكن إصلاح العديد من علب التروس، لكن بسبب إهمال تسرب الزيت على المدى الطويل، تنتهي إلى ارتداء جميع أجزائها الداخلية تمامًا، ما يضطر إلى استبدال العلبة بكاملها.
انظر هنا، قد تسأل: لماذا تبدأ مشاكل علبة التروس في الروبوتات المصنّعة من شركة ABB بعد بضعة سنوات من الاستخدام؟ في الواقع، إذا فكّرت جيدًا، فهذا أمرٌ طبيعيٌ تمامًا. فالروبوتات الصناعية هي آلات تعمل بكثافة عالية جدًّا؛ فروبوتات اللحام تتحرك طوال اليوم دون توقف، وروبوتات المناولة تبدأ وتتوقف باستمرار مع تسارع وتباطؤ متكرِّر، أما روبوتات التكديس الثقيلة فهي تعمل لفترات طويلة وبسرعة عالية تحت حملٍ كامل، وروبوتات تحميل وتفريغ الآلات تُكمِل آلاف الدورات يوميًّا. وبالتالي فإن علبة التروس تتعرَّض باستمرار للصدمات والإجهادات المتغيرة. فمهما كانت جودة منتجات ABB ممتازة، فإن التآكل الذي يصيب المكونات الميكانيكية هو قانونٌ فيزيائي لا مفرَّ منه. وخصوصًا بالنسبة لأولئك الروبوتات التي تعمل باستمرار عند الحد الأقصى للحمل المُحدَّد لها، فإن عمر المخفض يقلّ بشكلٍ أكثر وضوحًا.
يواجه العديد من الأشخاص صعوبة في الإجابة عن السؤال التالي: هل يجب أن أصلح علبة التروس أم أستبدلها؟
خبرتنا تشير إلى أنه إذا كان هناك زيادة طفيفة فقط في التراخي العكسي، أو ظهور صوت طقطقة متقطع، أو بدء تسرب ختمي الزيت، فإنه في بعض الحالات يمكن محاولة إصلاحها عن طريق معالجة المحامل وختمي الزيت وإعادة ضبط الحمل المسبق. ولكن إذا فقد النظام دقةً جوهريةً، أو تعرضت التروس الداخلية للإجهاد، أو كانت الاهتزازات شديدة لدرجة اهتزاز الذراع بأكملها، أو تم تشغيله لفترة طويلة عند درجات حرارة مرتفعة، أو بعد فكه وُجد أن الداخل مليء برقائق الحديد، فإن الاستبدال المباشر بالوحدة الجديدة يكون في معظم الأحيان أكثر فعالية من حيث التكلفة. وذلك لأنه عند توقف الروبوت فجأة بسبب عطل في المخفض، فإن الخسارة تُحسب بالساعة أو حتى بالدقيقة، وبالمقارنة مع تكلفة إيقاف خط الإنتاج، فإن تكلفة المخفض نفسه تكون في الحقيقة ضئيلة للغاية.
فقط لأننا نتفهم تدريجيًّا هذه الاستدلالات، فإن عددًا متزايدًا من المصانع لم تعد تنتظر حتى حدوث العطل ثم تقوم بالإصلاح، بل تتخذ المبادرة لتنفيذ الصيانة التنبؤية. فنقوم بقياس الاهتزازات بشكل دوري، واستخدام كاميرا حرارية لرصد توزيع درجات الحرارة، واستخدام الأجهزة لفحص التغيرات في اللعب (الارتخاء)، وتتبع اتجاه دقة المسار، والاستماع إلى ترددات الضوضاء الجديدة الناتجة عن التشغيل. ولقد أدركنا تدريجيًّا أن علبة التروس الخاصة بروبوتات ABB، قبل أن تفشل تمامًا، كانت في الواقع تُصدر تحذيراتٍ كافية، لكن لم يسبق لأحدٍ أن راقبها بشكل منهجي. فالاكتشاف المبكر يؤدي إلى خفض تكاليف الصيانة، وتجنب توقف التشغيل غير المخطط له، ومنع الانقطاع المفاجئ في منتصف الليل، كما يجنب أيضًا إلحاق الضرر الثانوي بالمحرك ومُشفِّر الموقع (الإنكودر). ولهذا السبب، تضمّ الآن العديد من خطوط الأتمتة المتقدمة علبة تروس الروبوت ضمن خطط الفحص والرصد الدورية.
