De onverwachte voordelen van robotautomatisering

Om te zien waarom Stabiltec een robot heeft gekocht, hoef je niet eens de fabriek in te lopen. Buiten de productiefaciliteit van het bedrijf in Parks, Louisiana, staat op een prominent bord "Now Hiring" "CNC-machinisten" bovenaan de lijst met openstaande vacatures. Het bord zal er vrijwel zeker blijven staan ​​zolang de sterke business voortduurt in de olie- en gasindustrie, de markt die Stabiltec bedient. Het bedrijf installeerde een robot als een manier om zijn werktuigmachines gevoed te houden en tegelijkertijd de beperkte arbeidskrachten zo efficiënt mogelijk te gebruiken, omdat de werkgever niet alle bekwame productieposities kan vervullen die door de huidige bedrijfsactiviteit zouden worden gerechtvaardigd.

Mede-eigenaar van het bedrijf Keith Boutte zegt zelfs dat de fabriek vrijwel zeker nog een robot zal kopen. De onverwachte voordelen van de overstap van het bedrijf naar automatisering hebben de investering aanzienlijk winstgevender gemaakt dan een van deze mannen had verwacht.

Te eenvoudig voor bekwaam personeel

Stabiltec maakt een reeks boorgatgereedschappen voor olie- en gasboringen. Dat assortiment op zich maakt deel uit van wat de fabrikant onderscheidend maakt. Het bedrijf dat Stabiltec zou worden, werd 25 jaar geleden opgericht, maar een reeks overnames in slechts de afgelopen 3 jaar heeft het tot een fabrikant van één leverancier gemaakt van niet alleen componenten voor het boren van het gat, maar ook diagnostische hardware voor het meten en evalueren van de gat.

Directioneel boren is een specialisme. Stabiltec levert de bewerkte onderdelen voor olie- en gasboorsystemen die verticaal de grond ingaan, maar de ondergrondse reserves horizontaal bereiken door geleidelijke boogvorming van de boor. De heer Boutte ontwerpt componenten van gestuurde boorsystemen volgens de verschillende behoeften van verschillende OEM's die producten voor gestuurd boren aanbieden.

De uitdaging bij het vervaardigen van deze componenten is dat sommige onderdelen vakkundige bewerking vereisen. Ondergrondse behuizingssecties die tot 3 graden doorbuigen, worden machinaal bewerkt door middel van draaibewerkingen die ongebruikelijke instellingen op de draaibank vereisen. In het bijzonder, nadat het ene uiteinde van het onderdeel recht is gedraaid, wordt het andere uiteinde gedraaid om opzettelijk "krom" te zijn door middel van een opstelling die is verschoven ten opzichte van de middellijn. Dus een hoeveelheid slingering en afwijking van parallellisme die als een extreme fout op de meeste gedraaide onderdelen zou worden beschouwd, wordt opzettelijk in deze componenten machinaal bewerkt. Ervaren operators moeten dit soort onderdelen uitvoeren.

Het probleem van Stabiltec was dat deze vakbekwame medewerkers schaars waren en dat ander verspanend werk te veel tijd in beslag nam. Transmissie-onderdelen waren het belangrijkste voorbeeld. Deze onderdelen zijn componenten van wat in wezen een kruiskoppeling is waardoor de ondergrondse boor kan blijven draaien terwijl deze geleidelijk buigt. De transmissie-onderdelen zijn niet minder kritisch en niet minder waardevol dan de behuizingssecties, maar de instellingen van de transmissie-onderdelen zijn veel eenvoudiger. Stabiltec verloor te veel arbeidscapaciteit door het relatief ongeschoolde werk om deze onderdelen met een bovenloopkraan in de werktuigmachines te manoeuvreren. Toen bedrijfsmanagers eenmaal inzagen dat ze hun behoefte aan geschoolde arbeidskrachten niet konden invullen door personeel aan te nemen, besloten ze hun bestaande arbeidscapaciteit vrij te maken door stappen zoals deze te automatiseren.

Maar wat was de juiste manier om te automatiseren? Het bedrijf zegt dat robotautomatisering niet de eerste keuze was die het overwoog.

Redenen voor een robotcel

Hoewel de transmissiedelen van klant tot klant aanzienlijk verschillen, hebben ze allemaal een combinatie van draaien, frezen en boren gemeen. Om deze reden dachten bedrijfsleiders aanvankelijk dat multitasking de juiste manier zou zijn om arbeidsefficiënter machinaal te bewerken. Voorheen omvatte het bewerken van elk onderdeel bewerkingen op zowel een draaibank als een bewerkingscentrum. Door over te schakelen naar een machine die in één cyclus kan draaien, frezen en boren, blijft er maar één werktuigmachine over om het onderdeel in te laden. De rol van de operator zou daarom worden verminderd.

Bij nadere analyse bleek echter dat multitasking niet de ideale oplossing was voor deze toepassing. Een tekortkoming waren de kosten. Vanwege het boren van gaten en kotterbewerkingen, zou de machine lange verplaatsingen moeten hebben om plaats te bieden aan lange gereedschappen. Eén multitasking-machine die groot genoeg is om de klus te klaren, zou hetzelfde kosten als de gecombineerde prijs die Stabiltec uiteindelijk betaalde voor de robot, draaibank en bewerkingscentrum die dit werk nu doen.

Een andere tekortkoming was de doorvoer. De multitasking-machine kon een werkstuk draaien of frezen, maar niet beide bewerkingen tegelijk. Het werk laten verdelen over een draaibank en een bewerkingscentrum zou productiever zijn, omdat de machines deze bewerkingen tegelijkertijd op verschillende stukken zouden kunnen uitvoeren. Herhaalbare robotlading zou het risico op handling- of instellingsfouten die typisch zijn voor processen waarbij meerdere machines betrokken zijn, wegnemen.

Het laatste argument voor een robotcel kwam terug op de arbeidscapaciteit. Een multitasking-machine zou de behoefte aan arbeid verminderen, maar de machine zou nog steeds een operator hebben die hem laadt. Daarentegen zou de robotcel de werkplaats in staat stellen om gedurende lange tijd geen arbeid meer te verrichten bij het bewerken van de transmissiecomponenten.

Nu worden deze onderdelen uitgevoerd in een cel waarin een FANUC Robotics R-2000iB-robot met een capaciteit van 165 kilogram zowel een Mighty USA Viper VT36CL-2000 CNC-draaibank als een Haas VF-5XT verticaal bewerkingscentrum laadt en ontlaadt. Het bedrijf rechtvaardigde de hele cel door overdag operators vrij te maken en de productie tot in de nacht voort te zetten. Toen de cel echter eenmaal operationeel was, begon het bedrijf andere, zeer reële bronnen van terugverdientijd van geautomatiseerde productie te zien.

Onvoorziene voordelen

Die extra voordelen omvatten al het volgende:

1. Betere prijzen voor contracten . Stabiltec gebruikt de robot in een high-mix, low-volume modus. Bestelhoeveelheden zijn vaak zo klein als 10 stuks. Maar als de winkel de luxe heeft om een ​​constante hoeveelheid te produceren, stelt de consistente productie van de robot de winkel in staat om timing en kosten betrouwbaar te voorspellen. Die voorspelbaarheid maakt een krappere marge mogelijk. Als gevolg hiervan is het prijsverschil tussen bewerking op korte termijn en contractproductie groter voor de robotcel dan voor enig ander productiemiddel. Op basis van de prijsbesparingen hebben sommige klanten die zich voorheen nooit hadden gecommitteerd aan jaarproductiecontracten dit nu met Stabiltec gedaan.

2. Eenvoudiger insourcen . Door de capaciteit voor transmissieonderdelen uit te breiden, heeft de robotcel het bedrijf in staat gesteld om verschillende andere onderdelen die waren uitbesteed aan leveranciers weer in huis te halen. Voorheen besteedde het bedrijf zoveel machinale bewerkingen uit dat het schijnbaar nodig zou hebben om dit werk in eigen beheer te doen, zes nieuwe machines en zes nieuwe medewerkers. De robotcel veranderde dit beeld. De geautomatiseerde cel vertegenwoordigt in wezen een grote hoeveelheid potentiële capaciteit geconcentreerd in één compact systeem. Deze geconcentreerde en vereenvoudigde capaciteit kan veel werk opnemen, waardoor veel insourcing mogelijk is.

3. IP-bescherming van de klant . Stabiltec verkoopt niet rechtstreeks aan de olievelden; het produceert onderdelen voor OEM's. Dat betekent dat de winkel toegang heeft tot de ontwerpen van OEM's voordat de rest van de markt dat doet. Door deze ontwerpen dichtbij te houden door outsourcing te beperken, kan de winkel het vertrouwen van de klant winnen. De insourcingcapaciteit die de robot biedt, is dus niet alleen een efficiëntievoordeel, maar ook een marketingvoordeel.

4. Gemakkelijker toegang tot extra zaken . De bewerkingsbehoeften van de transmissiecomponenten maakten ze tot logische doelen voor automatisering, maar Stabiltec ontdekte al snel dat hun plaats op de markt ze ook ideaal maakte voor productie in de robotcel. Stabiltec staat bekend om gestuurd boren en het bedrijf wordt vaak gezocht door OEM's die transmissiesystemen voor gestuurd boren naar nieuwe ontwerpen willen produceren. De productie van dit kernproduct helpt het bedrijf om relaties op te bouwen, en de relaties leiden vaak tot extra zakelijke kansen. Met andere woorden:gebruik automatisering om het best mogelijke werk te doen voor het onderdeel dat uw voet tussen de deur krijgt.

5. Grotere flexibiliteit . Het lijkt misschien contra-intuïtief, maar het bedrijf zegt dat de met robots geladen machines flexibeler zijn dan die onder toezicht van werknemers. Dit komt omdat de robot in staat is om onmiddellijk een nieuw proces te "leren". Mensen doen dit niet. Een menselijke werknemer moet worden opgeleid en geleidelijk worden overgezet naar een gewijzigde reeks procedures, maar een robot kan binnen een dag opnieuw worden ingezet en opnieuw worden geprogrammeerd, zonder ooit terug te vallen in verouderde gewoonten.

Zo'n verandering staat op het punt te gebeuren, zegt hij. Op dit moment vindt te veel bewerking van de transmissiedelen plaats in de draaibank. Het bewerkingscentrum staat vaak te wachten. Daarom zal Stabiltec een extra draaibank toevoegen om het draaiwerk in deze cel te splitsen. De robot wordt opnieuw geprogrammeerd om werk over te dragen tussen deze drie machines in plaats van de huidige twee. Deze nieuwe draaibank hoeft niet zo groot te zijn als de huidige, omdat al het boren en kotteren met lange gereedschappen bij deze eerste machine blijft. Voor de prijs van een relatief goedkope werktuigmachine zal de werkplaats dus nog meer van de potentiële productiviteit van de geautomatiseerde cel realiseren.

Meer capaciteit komt eraan

Lassen is waarschijnlijk de volgende kandidaat voor robotautomatisering, zegt Boutte. Net als bij machinale bewerking, omvatten bepaalde lasbewerkingen eenvoudige en repetitieve taken die een werknemer wegnemen van hoger geschoold werk. Op het gebied van bewerking heeft de robot de waarde aangetoond van het automatiseren van deze eenvoudige taken. De enige plek waar de robot zich als een menselijke medewerker bevindt, is inderdaad in het Global Shop Solutions ERP-systeem van de winkel. De winkel heeft de robot een werknemerscode binnen deze software gegeven, zodat hij de prestaties van de robot kan volgen als vervanging voor handmatig laden en lossen. Op basis van deze tracking kan het bedrijf zeggen dat de robot de arbeidskosten voor het bewerken van transmissieonderdelen met 76 procent heeft verlaagd, terwijl de bewerkingscapaciteit van de transmissieonderdelen met 49 procent is verhoogd.

Er is nog meer capaciteit te winnen. Nadat de tweede draaibank is toegevoegd, zegt de heer Boutte dat de belangrijkste resterende beperking het vloeroppervlak zal zijn. Dat een zo eenvoudige factor zo belangrijk kan zijn, lijkt misschien verrassend, maar in het geval van Stabiltec is deze beperking inderdaad beperkend gebleken. Simpel gezegd, er is maar zoveel ruimte om voorraad binnen het bereik van de robot te plaatsen. Deze ruimte bepaalt dus hoeveel productie de cel kan leveren. In feite is het vanwege deze beperking dat de cel nog 24 uur moet draaien - in plaats daarvan draait hij meestal 16 tot 20 uur per dag. Om dit eenvoudige obstakel te overwinnen, onderzoekt het bedrijf een eenvoudige oplossing:een verticaal reksysteem dat de output van de cel drastisch zal verhogen.