Digitalisering verhoogt de productie van auto-onderdelencellen met 20%

Door de toename van de omvang en hoeveelheid van zijn bestellingen, heeft de in Wisconsin gevestigde fabrikant van auto-onderdelen Felss Rotaform LLC (New Berlin, WI) zijn activiteiten uitgebreid met een nieuwe machine voor het verzorgen van machines met twee robots. Het bedrijf is een leverancier van precisieonderdelen met behulp van zijn roterende smeed-, axiale vormings- en buisuiteinde-vormingsprocessen. Om te voldoen aan de doelstellingen van het bedrijf voor continue procesverbetering, moest de nieuwe cel veiliger, sneller en flexibeler zijn dan de vorige productiecellen.

Om de complexe aard van de automatisering aan te pakken, nam het bedrijf contact op met Siemens en systeemintegrator IAS Inc. (New Berlin, WI) vanwege hun staat van dienst op het gebied van innovatie en expertise in geïntegreerde robotica en besturingstechnologieën. Zes maanden later merkte Felss Rotaform dat ze een gedigitaliseerde, geïntegreerde productiecel had die de productiviteits- en winstgevendheidsrecords van het bedrijf verbrak.

Bij het beoordelen van de vereisten voor hun robotcel van de volgende generatie, had Felss Rotaform verschillende doelen. Ten eerste wilde het de productiviteit verhogen door nieuwe high-speed PLC's in te zetten om kortere doorlooptijden voor de volledige cyclus voor elk afzonderlijk onderdeel te realiseren.

Ten tweede wilde het een meer geavanceerde veiligheidsoplossing onderzoeken die een betere controle zou garanderen over wie de cel binnenging. In de oudere cellen kon een machine per ongeluk worden aangezet wanneer een onderhoudspersoon in de cel aanwezig was, waardoor die persoon risico liep op letsel. Om dit te voorkomen, wilde Felss Rotaform een ​​geautomatiseerd proces om te garanderen dat de cel na herstart leeg was.

Ten derde wilde het meer flexibiliteit voor celwisselingen, waardoor het bedrijf een meer divers productassortiment zou kunnen testen en aanbieden aan zijn klanten. Bij de oudere cellen moest de hele cel opnieuw worden geprogrammeerd telkens wanneer een nieuw proces werd uitgevoerd, wat dagen kon duren om uit te voeren.

Het oorspronkelijke doel van Felss Rotaform was een doorlooptijd van 48 seconden voor elk onderdeel in de nieuwe cel (veel sneller dan alle oudere cellen). Het ontwerp en de implementatie van de oplossing versnelde het volledige productieproces van onderdelen tot 38 seconden, een efficiëntieverbetering van 20%. Nadat de nieuwe cel was geïmplementeerd, ging de uitvaltijd van dagen naar uren voor complexe omschakelingen en, voor typische geplande omschakelingen, duurt het uitvoeren van wat vroeger acht uur duurde, nu slechts 15 minuten, volgens Chad Due, Felss Rotaform ingenieur elektrische besturingen.

“Deze nieuwe cel kan in twee ploegen produceren wat voorheen in drie ploegen zou gebeuren. Dit stelt ons in staat om 600 extra onderdelen te produceren over een periode van 24 uur. Bovendien is de winstgevendheid voor de cel met 13% gestegen”, zegt Due.

Richard Parkhurst, accountmanager bij Siemens, wist dat IAS sterk gepositioneerd zou zijn om de doelstellingen van Felss Rotaform te verwezenlijken. “Sommige integrators doen uitsluitend aan softwareontwikkeling en anderen zijn meer bedreven in het bouwen en assembleren van de hardware. IAS bracht een combinatie van alle benodigde vaardigheden en expertise, inclusief robotica en veiligheidstechnische capaciteiten,” zei hij.

IAS erkende dat Siemens-producten van cruciaal belang zouden zijn om Felss Rotaform te helpen zijn doelen te bereiken door de vereiste snelheid, betrouwbaarheid, flexibiliteit en veiligheid te bieden. Er werd bijvoorbeeld een op Ethernet gebaseerde Siemens PROFIsafe gedigitaliseerde communicatiebackbone in de cel ontworpen om de machine- en perimeterveiligheid te regelen. Er wordt gezorgd voor veilige communicatie tussen de verschillende PLC's en robots. PROFIsafe geeft statusinformatie door van de apparaten in de cel naar de hoofd-PLC en biedt
een groot voordeel ten opzichte van oudere technologie omdat zowel standaard als veilige communicatie plaatsvindt via een enkel bussysteem.

Alle sensoren en actoren binnen de PROFIsafe-oplossing kunnen binnen het gedistribueerde veiligheidsconcept vrij worden geprogrammeerd, ongeacht hun I/O-station. Deze flexibiliteit stelt operators in staat om actuatoren selectief uit te schakelen. Andere voordelen zijn onder meer faalveilige communicatie, geavanceerde diagnostiek en hot swapping-mogelijkheden, die de uitvaltijd helpen verminderen.

Siemens Simatic S7-1500 PLC's met ingebouwde Profinet-interface speelden ook een belangrijke rol bij het verhogen van de operationele snelheden. De snelle backplane-bus, met zijn hoge baudrate en efficiënt transmissieprotocol, levert een cruciaal prestatievoordeel op voor snelle signaalverwerking.

Volgens Simon Vancina, de IAS-toepassingsingenieur en belangrijkste robotica- en PLC-programmeur, "was de S7-1513F PLC een uitstekende keuze voor dit project vanwege zijn snelheid, reeks beschikbare
I/O-uitbreidingskaarten, programmeerbare veiligheidscontroller functionaliteit, relatief compacte vormfactor en lage kosten.”

De TIA Portal van Siemens speelde een cruciale rol bij het besparen van tijd en technische middelen bij het programmeren van alle PLC's en HMI's. Het gebruik van de TIA Portal verkort de time-to-market door middel van simulatietools, productiviteitstools voor programmeurs en aanvullende diagnostiek.

"Met TIA Portal kan ik code schrijven zoals ik het wil schrijven en kan ik van de ene programmeertaal naar de andere overschakelen wanneer dat nodig is", zegt Vancina. “Met TIA Portal kon ik bijvoorbeeld Ladder Logic kiezen om eenvoudige logische secties leesbaarder te maken, en dan in de volgende regel code overschakelen naar iets als Structured Text om complexere procescontroles of berekeningen te implementeren. Bijna alle PLC's maken het gebruik van de verschillende IEC 61131-3 programmeertalen mogelijk, maar met TIA Portal kunt u ze op een unieke en effectieve manier combineren. Dit is een erg handige functie die ons in staat stelt de ontwikkeltijd van onze code te verkorten en ons in staat stelde dit systeem veel sneller online te krijgen.”

Toen het project werd geïmplementeerd, zag Felss Rotaform onmiddellijk voordelen die verder gingen dan de kerndoelen. Grote autofabrikanten zijn altijd op zoek naar nieuwe producten. Ze rekenen op hun leveranciers om hen bij te staan ​​in het testproces. De meest responsieve leveranciers in de testfase worden vaak beloond met nieuwe opdrachten.

De nieuwe productiecel bij Felss Rotaform is ontworpen met het oog op producttesten. Het kan zes verschillende nieuwe onderdeelnummers in een week draaien, wat een hele maand duurt op een andere cel.

De nieuwe cel is ook veel geavanceerder in zijn vermogen om defecte onderdelen te detecteren. Voor fabrikanten zoals Felss Rotaform speelt traceerbaarheid een sleutelrol bij het verlagen van de bedrijfskosten. De cel kan helpen voorkomen dat defecte onderdelen worden verzonden door defecte onderdelen te detecteren en ze in een aparte bak te plaatsen, zelfs de cel te stoppen en de operator te waarschuwen als defecten te vaak voorkomen. Als een defect onderdeel wordt verzonden en door de klant wordt gevonden, kan dit betekenen dat een hele zending moet worden geretourneerd, wat de leverancier honderdduizenden dollars kost.

IAS en Siemens testen momenteel twee vergelijkbare robotcellen die in 2018 zullen worden geïmplementeerd en betere onderhoudstracking bevatten voor meer geavanceerde digitale productie. Het nieuwe systeem houdt bij hoe lang een machine heeft gedraaid en geeft aan wanneer belangrijke kritieke onderdelen hun verwachte cyclustijddrempels naderen.

Een oplossing die wordt onderzocht, is MindSphere, een cloudgebaseerd open Internet of Things (IoT)-besturingssysteem dat dient als een verbonden platform met apps die een scala aan functies bieden, zoals het verminderen van beveiligingsrisico's en het verbeteren van de beschikbaarheid van verbonden machines en fabrieken.

Bovendien zal het nieuwe systeem voorspellende analyses bevatten om een ​​waarschuwing over mogelijke problemen naar de hoofdcontrole van een cel te sturen. “Het nieuwe systeem vertelt je wat er vervangen moet worden en welk type onderdeel het systeem nodig heeft. Je scant het onderdeel voordat je het installeert en het vertelt je of het het juiste onderdeel is voor die machine”, zegt Vancina.

Ga voor meer informatie van Siemens naar www.siemens.com of bel 847-640-1595; van IAS, ga naar www.iasworldwide.com of bel 866-243-2402.