Automobielindustrie verbetert automatisering, adopteert geavanceerde technologie

De auto-industrie voegt meer geavanceerde robots toe, kijkt naar 3D-printen en integreert andere geavanceerde technologieën.

De Amerikaanse auto-industrie is al tientallen jaren geautomatiseerd. De productie van auto's en vrachtwagens wordt geassocieerd met grote, kolossale robots die zijn afgeschermd van menselijke werknemers. Binnen die omheinde gebieden worden taken zoals lassen uitgevoerd.

De industrie maakt echter vorderingen op het gebied van automatisering. Autofabrikanten en leveranciers stappen over naar het gebruik van collaboratieve robots, ook wel cobots genoemd. Dergelijke apparaten zijn vaak kleiner, hebben meer behendigheid en kunnen veilig worden ingezet naast menselijke operators.

Bovendien wil de industrie het gebruik van 3D-printers uitbreiden. Autofabrikanten zoals Ford Motor Co. en BMW AG werken rechtstreeks samen met fabrikanten van additieven met betrekking tot de inzet van de technologie. Bedrijven gebruiken ook virtual en augmented reality om productieproblemen aan te pakken. En, zoals het geval is met veel andere fabrikanten, wil de auto-industrie het meeste halen uit Industrie 4.0, waar 'verbonden' machines met elkaar en met menselijke operators communiceren.

"Er zijn veel manieren waarop de nieuwe automatisering verschilt van hoe automatisering er in de jaren tachtig uitzag", zegt Kristin Dziczek, vice-president industrie, arbeid en economie bij het in Ann Arbor, Michigan gevestigde Center for Automotive Research (CAR).

"Tegenwoordig repliceert automatisering niet alleen menselijke fysieke inspanning, maar verbindt het deze ook met andere cyber- en fysieke systemen, zowel binnen als buiten de fabriek", zei Dziczek. "Dat betekent dat fabrikanten meer gegevens uit de automatisering halen en meer controle krijgen over het totale productiesysteem - niet alleen controle over individuele geautomatiseerde stations."

Een symbool van trends op het gebied van auto-automatisering is Fords nieuwe Advanced Manufacturing Center in Redford, Michigan, een voorstad van Detroit. Binnen wordt onderzocht hoe 3D-printers en cobots op de fabrieksvloer kunnen worden gebruikt. De virtual en augmented reality-faciliteiten van het centrum zijn een manier voor Ford-fabrieken over de hele wereld om problemen op te lossen, zoals het stationeren van productieapparatuur op de fabrieksvloer.

Ford richtte in 2017 een geavanceerde productieorganisatie op, waarin medewerkers uit alle productieactiviteiten van de autofabrikant samenkwamen. De groep identificeerde zijn locatie vorig jaar nadat een industrieel bedrijf naar een andere locatie in de omgeving van Detroit was verhuisd.

"Ford Motor Co. heeft een zeer volwassen relatie met automatisering", zegt Mike Mikula, hoofdingenieur van de wereldwijde geavanceerde productieorganisatie voor Ford. Het bedrijf wilde zijn productietechnologie versnellen, zei hij.

Wat volgt zijn enkele van de manieren waarop automatisering en nieuwe technologieën in de auto-industrie zich ontwikkelen.

3D-printen wordt opgestart

3D-printen, of additive manufacturing, houdt in dat een onderdeel laag voor laag wordt geprint vanuit een digitaal ontwerp. De technologie verschuift naar het printen van grotere delen en meer gaan printen met verschillende soorten metalen. Aerospace investeert al jaren in additieven omdat 3D-printen nieuwe ontwerpen mogelijk maakt en een efficiënter gebruik van metalen zoals titanium belooft.

De auto-industrie heeft echter grotere productievolumes. Tot nu toe is de acceptatie van 3D-printen door autofabrikanten en leveranciers achtergebleven bij hun tegenhangers in de lucht- en ruimtevaart.

"De huidige toepassingen van 3D-printen zijn beperkt tot gereedschappen, matrijzen, mallen, mallen, armaturen en sommige onderdelen met een klein volume", zegt Dziczek van CAR. "De echte hindernissen voor een bredere acceptatie van 3D-printen in in massa geproduceerde auto's en onderdelen zijn cyclustijd, kosten en verzonken kosten van de huidige op stempelen, gieten en machinale bewerking gebaseerde onderdeelvormingsprocessen. 3D-printen moet sneller worden en de kosten moeten aanzienlijk omlaag voordat we grootschalige toepassingen in de auto-industrie gaan zien.”

Desalniettemin is de ontwikkeling van additive manufacturing in de auto-industrie aan de gang.

"Vooruitgang in de technologie van 3D-printen op zichzelf creëert een reeks oplossingen die in het verleden niet beschikbaar waren", zegt Mikula van Ford. De verbeteringen zijn onder meer “de snelheid waarmee we kunnen printen en met de materialen waarmee we kunnen printen. De introductie van koolstofvezelversterkte polymeren (CFRP), geavanceerde kunststoffen en zeker metaal heeft de potentiële toepassingen drastisch veranderd vanuit het oogpunt van wat de 'kunst van het mogelijke' is.

“Als je dat combineert met” verhoogde rekencapaciteit, vervolgt hij, “laat je de software je helpen bij het ontwerpen van het onderdeel. Het vereist niet hetzelfde niveau van technische inspanning en doorlooptijd om u een hoofdoplossing te bieden die aan al uw vereisten voldoet. Dus zowel wat betreft wat we kunnen printen als hoe snel we ze kunnen printen... maakt 3D-printen een zeer intrigerende technologie. Ons doel hier is zeker om het te benutten vanuit het standpunt dat we onze productieprocessen voorzien van de gereedschappen en assemblagehulpmiddelen die ze nodig hebben om robuuster te zijn en mogelijk een aantal van de technologische uitdagingen die gepaard gaan met 3D-printen te overwinnen."

Voorheen werkte Ford samen met Stratasys Ltd. aan prototype 3D-printers om grote onderdelen te produceren. De autofabrikant, gevestigd in Dearborn, Michigan, is ook een investeerder, samen met BMW, in Desktop Metal, een additief productiebedrijf gevestigd in Burlington, Massachusetts. Ken Washington, Chief Technology Officer van Ford, zit in de raad van bestuur van Desktop Metal.

Ford en BMW "weten dat dit eraan komt", zegt Jonah Myerberg, Chief Technology Officer en medeoprichter van Desktop Metal. "Ze zijn gehaast. Het duurt nog een paar jaar voordat het door een voertuig wordt gezien.'

Myerberg zei dat 3D-printen waarschijnlijk verder zal gaan dan mallen en mallen, maar er is veel onzekerheid.

"Je kunt niet alleen naar één deel van het voertuig kijken", zei hij. “Je moet naar het hele voertuig kijken. Wat we proberen te doen, is hun ogen openen voor wat wij zien als de belangrijkste voordelen van 3D-printen.” De directeur van Desktop Metal zei dat autofabrikanten de technologie naar hun topleveranciers kunnen pushen.

"Er gebeurt veel achter de schermen waar deze ingenieurs niet over praten", zei Myerberg. "We hebben maar een klein beeld van hoe onze klanten deze printers gaan gebruiken."

In september introduceerde HP Inc. een nieuwe 3D-printtechnologie onder de naam HP Metal Jet, bedoeld voor massaproductie van stalen onderdelen. Volkswagen AG is volgens HP van plan om in de jaren 2020 HP Metal Jet-technologie te gebruiken om elektrische voertuigen te produceren. Elektrische voertuigen hebben minder bewegende delen dan conventionele verbrandingsmotoren. Als gevolg hiervan kunnen elektrische voertuigen een kans zijn om additieve productie in de auto-industrie uit te breiden.

Samenwerkende robots

Robots waren een van de vroegste voorbeelden van automatisering op de fabrieksvloer van de auto-industrie.

De vroege stadia van robotadoptie bestonden uit het uitvoeren van gevaarlijke, repetitieve taken, zegt Lou Finazzo, algemeen directeur, automobiel- en componentenmarkten voor FANUC America Corp., Rochester Hills, Michigan. Veel robots werden gebruikt om carrosserieën van auto's en vrachtwagens te lassen.

"Mensen waren beperkend in wat de auto-industrie echt kon ontwikkelen aan de carrosseriezijde", zei hij. Het was een uitdaging voor menselijke operators om "die gigantische, grote laspistolen" te manipuleren en blindelings over het voertuig te reiken en talloze laspunten aan te brengen "waarvan je niet wist of ze goed of slecht waren.

"Toen de robottechnologie van start ging, konden ze voertuigen een beetje anders ontwerpen, [met] complexere assemblage", vervolgde hij. “Ook door een betere controle op de kwaliteit, waardoor ze de hoeveelheid laswerk en structurele componenten daadwerkelijk konden verminderen, evolueerde de assemblage van voertuigen naar waar we nu zijn. Dat waren de eerste fasen.”

Tegenwoordig subsidiëren robots en automatisering arbeid en zijn er arbeidstekorten voor fabrikanten en leveranciers, aldus Finazzo.

"Dus nu kun je een persoon nemen en die persoon kan verantwoordelijk zijn voor vier, vijf collaboratieve [robots] en je hebt hun efficiëntie zelfs verhoogd ... Als we praten met traditionele autobouwers, is de vereiste flexibiliteit veel meer dan vroeger in het verleden,” zei hij.

Collaboratieve robots worden opgemerkt in de auto-industrie. "Twee belangrijke factoren die de interesse van de auto-industrie in collaboratieve robots stimuleren, zijn snelheid en kosten", zegt Darrell Paul, marketingmanager voor robotica en motion control bij Omron Automation Americas, Hoffman Estates, Illinois. “Samenwerkende robots kunnen sneller en in bestaande productieomgevingen worden geïmplementeerd. Deze robots kunnen ook samenwerken met bestaande productiecellen en operators, waardoor er geen extra structurele of infrastructuurkosten nodig zijn.”

Het bedrijf introduceerde zijn nieuwe cobot uit de TM-serie op de CES van dit jaar in Las Vegas. Volgens Omron maakt de robot, die een vision-systeem heeft, snelle startups en omschakelingen mogelijk. Omron beweert ook dat de software van de robot het mogelijk maakt om voor verschillende taken te worden getraind.

In het Advanced Manufacturing Center van Ford zijn robots gemaakt door FANUC, ABB, Universal Robots en KUKA Robotics.

"Veel van het werk dat in onze fabrieken wordt gedaan, vereist geen industriële robot met het bereik en het laadvermogen dat industriële robots in principe aankunnen", zegt Mikula van Ford. "Samenwerkende robots bieden een kleine productievoetafdruk en kunnen veilig worden ingebouwd in en tussen onze technici en onze faciliteiten zonder dat er een aanzienlijke beschermingsinfrastructuur hoeft te worden gebouwd.

“Met een collaboratieve robot heb je een veel eenvoudigere oplossing; [u kunt] het werk naar de robot brengen, zodat de robot het werk veilig en op een betrouwbare manier kan uitvoeren”, vervolgt Mikula.

"Onze productiefaciliteiten zijn erg duur om aan te passen," zei hij. “De inhoud in onze voertuigen blijft toenemen. De inspanning [vereist] om motoren, transmissies, batterijpakketten en voertuigen te assembleren blijft in de loop van de tijd toenemen. Dus waar we die extra inhoud kunnen accommoderen en automatisering kunnen introduceren om het te doen ... om ervoor te zorgen dat we onze consumenten het best mogelijke product leveren tegen een betaalbare prijs, daar passen collaboratieve robots echt in de vergelijking."

Vanuit het standpunt van robotleveranciers is er veel druk om te presteren.

"Bij automotive is speed-to-market erg belangrijk", zegt Finazzo. “Tien jaar geleden zou [het] een enorm succes zijn geweest om binnen 18 maanden een nieuwe truck te lanceren. Nu zeggen ze:'wauw, we moeten het in 12 maanden doen.' Dus, speed-to-market is een groot probleem."

Autoverkopers passen zich aan

Sommige autofabrikanten hebben zich aangepast aan het toegenomen gebruik van cobots en het hogere tempo.

Inficon, gevestigd in Bad Ragaz, Zwitserland, maakt auto-inspectieapparatuur voor autosystemen. Het bedrijf heeft zijn apparatuur ingezet met kleinere, collaboratieve robots. Inficon-apparaten worden gebruikt om lekken van vocht of gassen te detecteren. Met collaboratieve robots heeft Inficon meer mogelijkheden om zijn apparaten aan robots te koppelen. Infincon-producten worden nu gebruikt om vocht in elektrische voertuigsystemen te detecteren.

"Dit is iets waar we vijf tot zeven jaar aan hebben gewerkt", zegt Thomas Parker, Inficon's Noord-Amerikaanse autoverkoopmanager.

Collaboratieve robots maken het eenvoudiger om Inficon-apparaten in te zetten. “We geven klanten veel voorlichting over wat mogelijk is met een collaboratieve robot, wat mogelijk is met een robot met zes assen. Er is veel educatie van mijn team."

Hydromat Inc., een maker van werktuigmachines die klanten in de automobielsector tot klanten rekent, heeft zich aangepast aan de trends in de sector.

Met Hydromat is "automatisering interactiever geworden", zegt Kevin Shults, marketingdirecteur van het in Maryland Heights, Mo. gevestigde bedrijf. “Voor werknemers zijn de systemen interactiever geworden tussen operators en de werktuigmachines die ze gebruiken. Programmeren op de machine is gebruikelijker.”

Veranderingen in de auto-industrie betekenen "vaker overstappen", zei Shults. “Overstappen moet sneller.”

Shults voegde toe:"Automatisering is essentieel in de zoektocht om onze automobielklanten de meerdelige families te bieden die hen diversiteit en productwinsten opleveren."

Werknemers passen zich aan

Er worden inspanningen geleverd om de vaardigheden van werknemers te verbeteren naarmate de auto-industrie geavanceerder wordt.

AIDT, het trainingsprogramma voor personeel van Alabama, probeert zijn inspanningen voor de opleiding van werknemers op te voeren naarmate de werkgelegenheid in de auto-industrie geavanceerder wordt. Werknemers van fabrieken komen voor trainingssessies naar AIDT-faciliteiten in Tanner, Ala., in de buurt van Huntsville.

Alabama is de thuisbasis van verschillende autoassemblagefabrieken. De staat heeft ook ruimtevaartfabrieken. Als gevolg hiervan probeert Alabama zijn productietraining te verbeteren. In januari bezocht een delegatie uit Alabama het hoofdkwartier van Lightweight Innovations For Tomorrow (LIFT) in Detroit,
het Manufacturing USA-instituut dat bedrijven en academici samenbrengt om lichtgewichttechnologie voor productie te verbeteren.

"Alabama [evolueert] in de productie", zegt Kristi Bain, adjunct-directeur van AIDT.

"We moeten werken in een geavanceerd productiescenario", zegt Ed Castle, plaatsvervangend secretaris van handel in Alabama in de commissie voor personeelsontwikkeling van dat bureau. “Voor ons is het een simpele vergelijking. Wat is de behoefte en hoe definieer je die behoefte?”

Ford's Mikula zei dat deze trends weerspiegelen hoe autoproductie aantrekkelijker is dan het ooit was.

"Het is echt een opwindende plek om te zijn", zei hij. "Het is echt een leuke plek om te zijn."