Robotiseeritud värviprotsessi arendamine

Abstract

Käesoleva lõputöö eesmärk oli välja töötada terviklik tehniline ja majanduslik lahendus Nefab Packaging Estonia OÜ värvimisprotsessi moderniseerimiseks, tuginedes robotiseeritud airless-pihustustehnoloogiale ja automatiseeritud tootmisvoogudele. Analüüsi läbiviimine osutus vajalikuks, kuna ettevõtte senine käsitsi teostatav värvimisprotsess oli jõudnud oma läbilaskevõime piirini, põhjustades tootmismahu kõikumisi, märkimisväärseid materjalikadusid ning operaatoritest sõltuvat kvaliteedivariatsiooni. Kaitsetööstuse klientide tootmisprognoosid, sealhulgas Saab, Nammo ja Nitrotol, viitasid järjepidevale mahukasvule ning tõid esile vajaduse viia värvimisprotsess üle standardiseeritud ja digitaliseeritud tootmisplatvormile. Lõputöö esimeses osas läbi viidud turu-uuring näitas, et hinnatud tehnoloogiatarnijatest vastas Nefabi tehnilistele ja geomeetrilistele nõuetele kõige paremini Cefla robotiseeritud iGiotto süsteem, mis ühendab airless-pihustustehnoloogia, sünkroniseeritud geomeetriatuvastuse ja suletud kuivatusprotsessi. Katsed Cefla Imola tehases kinnitasid, et lahendus suudab töödelda kõiki Nefabi põhitooteid, mille maksimaalne kõrgus ulatub 800 millimeetrini, ning tagada ühtlase ja kaitsetööstuse kvaliteedistandarditele vastava kattekihi. Täiendavaks eeliseks osutus tootja ulatuslik rahvusvaheline hooldus- ja tugivõrgustik, mis vähendab tehniliste seisakutega seotud riske. Töö teine põhiosa keskendus värvimisjaoskonna ruumilisele ja tehnoloogilisele planeerimisele. Analüüs näitas, et robotiseeritud liini kasutuselevõtt eeldab lineaarset tootmisvoogu, ATEX-nõuetele vastavaid tsoone ning eraldatud ventilatsiooni- ja kuivatuslahendusi. Kavandatud põrandaplaan võimaldab detailide sujuvat liikumist läbi kogu protsessi alates etteandmisest kuni kvaliteedikontrolli ja pakkimiseni, välistades ristuva logistika ning võimaldades hooldustegevusi tootmisrežiimi katkestamata. Läbiviidud simulatsioonid kinnitasid, et süsteem suudab töötada prognoositud koormusel, säilitades stabiilse tsükliaja ja protsessi korduvuse, mis on eeltingimuseks kvaliteedi ja tarnekindluse paranemisele. Majanduslik analüüs näitas, et robotiseeritud värvimissüsteemi kasutuselevõtul on ettevõtte jaoks tugev finantsiline põhjendus. Ühikukulu vähenemine käsitsi värvimiselt ligikaudu 6,70 €/m²-lt robotiseeritud protsessile umbes 2,50 €/m²-le tähendab ligikaudu 63-protsendilist kulusäästu. Arvestades uue liini aastast tootmismahtu ligikaudu 270 000 m², kujuneb otsene aastane kulusääst ligikaudu 1,13 miljonit eurot. Investeeringu lihtne tasuvusaeg jääb alla kahe aasta ning sisemine tasuvusmäär (IRR) ligikaudu 65,8%, mis on tööstusautomaatika projektide kontekstis väga kõrge näitaja. Lisaks majanduslikule mõjule avaldab robotiseeritud lahendus olulist positiivset mõju tööohutusele ja keskkonnale. Airless-pihustustehnoloogia kõrge ülekandefektiivsus vähendab värvikulu, VOC-emissioone ja jäätmeteket, samas kui suletud värvimiskeskkond vähendab töötajate kokkupuudet ohtlike kemikaalidega. Robotiseeritud värvimisliini kasutuselevõtt vähendab ettevõtte CO₂ jalajälge hinnanguliselt ligikaudu 97 tonni aastas, toetades Nefabi grupi keskkonnaeesmärke ja parandades ettevõtte konkurentsipositsiooni rahvusvahelisel turul. Kokkuvõtvalt võib järeldada, et robotiseeritud värvimisliin on Nefab Packaging Estonia jaoks tehniliselt teostatav, ruumiliselt integreeritav ja majanduslikult väga tasuv lahendus, mis vastab ettevõtte strateegilistele arengueesmärkidele. Projekti elluviimine võimaldab ühtlustada tootmiskvaliteeti, suurendada läbilaskevõimet, vähendada tööjõu- ja materjalikulusid ning luua alus edasistele digitaliseerimis- ja automatiseerimisprojektidele. Lõputöö kinnitab, et Cefla robotiseeritud värvimissüsteem on ettevõtte jaoks optimaalne valik, mis viib värvimisprotsessi uuele tööstuslikule standardtasemele ja tugevdab positsiooni kiiresti kasvavas kaitsetööstuse tarneahelas.

The objective of this thesis was to develop a comprehensive technical and economic solution for the modernization of the painting process at Nefab Packaging Estonia OÜ, based on robotized airless spray technology and automated production flows. The analysis proved necessary because the company’s existing manual painting process had reached its throughput limits, resulting in production volume fluctuations, significant material losses, and quality variation dependent on operator performance. Production forecasts from defense industry customers, including Saab, Nammo, and Nitrotol, indicated continuous growth in demand and highlighted the need to transition the painting process to a standardized and digitalized production platform. The market study conducted in the first part of the thesis showed that, among the evaluated technology suppliers, the Cefla robotized iGiotto system best met Nefab’s technical and geometrical requirements. The selected solution integrates airless spray technology, synchronized geometry detection, and a closed drying process. Trials conducted at Cefla’s Imola facility confirmed that the system is capable of processing all core Nefab products with a maximum height of up to 800 millimeters while ensuring a uniform coating quality that complies with defense industry standards. An additional advantage of the solution is the manufacturer’s extensive international service and support netork, which reduces the risks associated with technical downtime. The second main part of the thesis focused on the spatial and technological planning of the painting department. The analysis demonstrated that the implementation of a robotized production line requires a linear material flow, ATEX-compliant zones, and separated ventilation and drying solutions. The proposed floor layout enables smooth movement of components throughout the entire process, from feeding to quality inspection and packaging, while eliminating intersecting logistics and allowing maintenance activities without interrupting production. The simulations conducted confirmed that the system can operate at the projected load while maintaining stable cycle times and process repeatability, which are prerequisites for improved product quality and delivery reliability. The economic analysis showed that the implementation of the robotized painting system is financially well justified for the company. Reducing the unit cost from approximately 6.70 €/m² in the manual process to about 2.50 €/m² in the robotized process corresponds to a cost saving of approximately 63%. Considering an annual production volume of approximately 270,000 m², the resulting direct annual cost savings amount to approximately 1.13 million euros. The simple payback period of the investment remains below two years, and the internal rate of return (IRR) of approximately 65.8% represents a very high value in the context of industrial automation projects. In addition to its economic impact, the robotized solution has a significant positive effect on occupational safety and environmental performance. The high transfer efficiency of airless spray technology reduces paint consumption, VOC emissions, and waste generation, while the closed painting environment minimizes workers’ exposure to hazardous chemicals. The implementation of the robotized painting line is estimated to reduce the company’s CO₂ footprint by approximately 97 tons per year, supporting Nefab Group’s environmental objectives and strengthening the company’s competitive position in the international market. In conclusion, the robotized painting line represents a technically feasible, spatially integrable, and economically highly profitable solution for Nefab Packaging Estonia OÜ that aligns with the company’s strategic development objectives. The implementation of the project enables improved production quality consistency, increased throughput, reduced labor and material costs, and provides a foundation for further digitalization and automation initiatives. This thesis confirms that the Cefla robotized painting system is the optimal choice for the company, elevating the painting process to a new industrial standard and strengthening its position within the rapidly growing defense industry supply chain.