Hey, Job Shops:tijd om te automatiseren!

Denk je dat automatisering te moeilijk is in een high-mix, low-volume omgeving? Denk nog eens na

Over robots en jobshops wordt doorgaans niet samen gesproken. Iedereen weet tenslotte dat automatisering alleen geschikt is voor productie in grote volumes, en de typische moeder-en-pop-operatie is dat allesbehalve:het schema staat vol met orders voor high-mix, low-volume en vaak zeer complex werk. Wie heeft er een robot nodig in deze omgeving, waar meerdere keren per week of zelfs elke dag setups worden uitgevoerd?

Voordat u naar het volgende artikel gaat, wilt u misschien een paar dingen overwegen. Om te beginnen suggereren veel experts dat, ongeacht wat de eigenaren tegen zichzelf zeggen, werkplaatsen het laagste machinegebruik in de branche hebben. Overall Equipment Effectiveness (OEE)-waarden van 50 procent of lager zijn niet ongebruikelijk. Automatisering is een duidelijke oplossing om dit aantal te verbeteren.

En omdat machinewissels vaker voorkomen in werkplaatsen, zijn er meer bekwame machinisten en programmeurs nodig om setup-gerelateerde activiteiten uit te voeren - mensen met hogere salarissen en die moeilijk te vinden zijn. Dit drijft de bedrijfskosten op, vermindert de mogelijkheden voor extra werk en maakt 24-uurs productie uiterst uitdagend. Gezien het tekort aan geschoolde werknemers zou automatisering daarom de heilige graal moeten zijn voor elke jobshop, ook al is de implementatie misschien geen gemakkelijke weg.

Mogelijkheden voor Plug en Play

De vraag is:waar begin je? Zach Spencer heeft een paar ideeën. Als ingenieur op maat voor Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Massachusetts, merkte hij op dat automatisering bijna een plug-and-play-aangelegenheid kan zijn, vooral wanneer het wordt opgenomen als onderdeel van de aankoop van een nieuwe bewerkingsmachine.

"We hebben onze JobShop Cell bijna 15 jaar geleden ontwikkeld en sindsdien is het een van onze meest populaire automatiseringsoplossingen voor de FANUC RoboDrill geworden", zei hij. "Het is ontworpen voor winkels die elke dag minstens een omschakeling hebben, een beperkt vloeroppervlak hebben en de flexibiliteit nodig hebben om gemakkelijk van het ene onderdeel naar het andere over te schakelen."

De JobShop Cell is beschikbaar in twee configuraties, legde hij uit. De ene gebruikt een boven-/onderbandopstelling om ruw materiaal naar de robot te brengen en afgewerkte onderdelen weg te nemen, terwijl de andere een kast gebruikt met een reeks laden voor werkstuk- en materiaalopslag. Beide gebruiken een FANUC-robot om de machine te laden en te lossen (of een paar machines, in het geval van de Twin RoboDrill JobShop Cell van Methods), en beide bieden een manier om een ​​CNC urenlang of zelfs een volledige dienst onbeheerd achter te laten, afhankelijk van de werkstuk.

Voor grotere volumes biedt Methods zijn Plus-E, een automatiseringssysteem in de vorm van een lift met meerdere pallets voor middelgrote tot grote volumes, evenals de Plus-K voor winkels die zowel de installatie als de bediening van de machine willen automatiseren, met de mogelijkheid om gereedschapshouders, voorgeladen bankschroeven en armaturen uit te wisselen. "Je kunt het systeem vertellen dat deze vijf bankschroeven deel A zijn, de volgende twee bankschroeven deel B, de volgende is deel C en de volgende tien zullen deel D zijn," zei Spencer. “Daarna laad je het gewoon met materiaal en ga je naar huis. Beide machines uit de Plus-serie zijn op zichzelf staande eenheden die naast een RoboDrill zitten, en zijn perfect voor winkels die op zoek zijn naar een gemakkelijke manier om over te stappen op automatisering.”

Neem de trolley

Methoden is niet de enige provider die deze aanpak hanteert. Eric Nekich, verantwoordelijk voor operations, technologie en inside sales bij Lang Technovation Co., Hartland, Wisconsin, zei dat de RoboTrex-automatiseringssystemen van het bedrijf een FANUC-robot en maximaal vier verplaatsbare trolleys gebruiken, elk met een aantal vooraf geladen bankschroeven. De RoboTrex 52 kan bijvoorbeeld tot 42 bankschroeven per trolley opslaan (gebaseerd op onderdeelgrootte en trolleyconfiguratie), waardoor mogelijk onbemande bewerking van 168 werkstukken mogelijk is.

Net als de JobShop Cell is de RoboTrex autonoom en volledig beveiligd, maar kan ook worden geïntegreerd met een verscheidenheid aan merken en modellen van bewerkingscentra. De enige hindernis is de noodzaak om te investeren in een paar Makro-Grip vijfassige bankschroeven van Lang, die nodig zijn voor gebruik met het systeem (en toevallig gemaakt op 50 met RoboTrex uitgeruste bewerkingscentra in de fabriek van Lang in Duitsland) . "Het is echter een investering met een zeer snelle ROI, omdat de uptime van uw spindel drastisch zal toenemen met het RoboTrex USA-systeem", aldus Nekich.

Michael Gamache is de business development manager bij het in New Berlin, Wisconsin gevestigde Gamache Systems, een divisie van Metalcraft of Mayville en de exclusieve integrator voor RoboTrex-systemen in de Verenigde Staten. Hij erkent dat sommige klanten misschien aarzelen om te investeren in een nieuw systeem voor het vasthouden van werk, maar gaf een aantal uitstekende redenen om precies dat te doen.

"Als bedrijfseigenaar begrijp ik het feit dat bankschroeven niet goedkoop zijn, maar vanuit een automatiseringsperspectief is hoogwaardige werkstukopspanning het halve werk", zei hij. “Je moet de grondstof op een repetitieve, nauwkeurige manier bij de robot krijgen en het Makro-Grip-systeem is een van de beste manieren om dit te bereiken. Bovendien is het systeem zeer eenvoudig in te stellen en te bedienen omdat de robot de bankschroeven hanteert en niet een grote verscheidenheid aan grondstofformaten; hierdoor werkt één programma voor elk onderdeel.”

Houd er grip op

Tyler Mardaus, een ontwerpingenieur bij de in Minneapolis gevestigde Kurt Manufacturing - Industrial Products Division, was het eens over de noodzaak van hoogwaardige werkstukken, ook al is de aanpak van zijn bedrijf aanzienlijk anders dan die voorgesteld door Lang. "Ons Custom Engineered Workholding (CEW)-team ontwerpt veel solenoïdegestuurde, dubbelwerkende hydraulische systemen", zei hij. "Hydraulica biedt een hogere psi en dus een grotere klemkracht dan handmatig werkstukopspanning, terwijl de solenoïde de elektronische activering van de bankschroef door de robot of machinebesturing ondersteunt, waardoor een echt geautomatiseerd systeem ontstaat."

Hij voegde eraan toe dat winkels hun automatiseringsreis moeten beginnen door zich te richten op de banen met het grootste volume. En als er onderdelen zijn die een bankschroef (of meerdere bankschroeven) met bewerkbare kaken kunnen gebruiken, kunnen deze tijdens het wisselen worden verwisseld, waardoor de insteltijd wordt verkort. Wat betreft investeringen, er is geen noodzaak voor een hydraulische pomp en leidingen, maar het is misschien mogelijk om de bestaande handmatige bankschroeven van een winkel uit te rusten met hydraulisch vriendelijke moer-en-schroefmontages.

"Je moet ernaar streven een gesloten controlesysteem te creëren", zei Mardaus. “Dit begint met het installeren van een soort bevestigingssysteem voor de gedeeltelijke zitting, maar je moet ook controleren of de bankschroef met de juiste kracht is vastgeklemd voordat de cyclus kan starten, en dat de bankschroef is losgeklemd voordat de robot probeert de bankschroef te verwijderen. werkstuk. Al deze stappen zijn cruciaal voor elke geautomatiseerde bewerkingsoplossing.”

De uitwisseling van werkstukken versnellen

De opmerking van Mardaus over het verkorten van de insteltijd is perfect. Waarom zou u tenslotte moeite doen om de arbeidskosten te verlagen door middel van automatisering als u elke keer dat u van baan verandert, uren dure uitvaltijd gaat oplopen? De snelwisselbekken die hij noemde, zijn een uitstekende plek om te beginnen, maar als het budget het toelaat, maakt een nulpuntpositioneringssysteem, zoals dat van Lang's Makro-Grip (en anderen), het wisselen van werkstuk in een oefening van één minuut. Er moeten ook robuuste CAM-mogelijkheden zijn, met simulatiesoftware die de nabewerkte gereedschapspaden, gereedschapshouders, snijgereedschappen, werkstukken, werkstukopspanning en de bewerkingsmachine zelf evalueert.

En zoals Dietmar Moll, directeur bedrijfsontwikkeling bij Zoller Inc., Ann Arbor, Michigan, uitlegde, moeten winkels een hoge prioriteit geven aan gereedschapsbeheer, te beginnen met een offline voorinstellingssysteem en bijbehorende software. "Een van de grootste voordelen van elke automatiseringsstrategie is dat het onderhoud van machines en ander werk dat geen waarde toevoegt, wordt overgenomen door een robot of cobot, waardoor gekwalificeerd personeel wordt vrijgemaakt om belangrijkere taken uit te voeren", zegt Moll.

Offline gereedschapsvoorinstelling is een van deze taken, maar er is ook een grondige taakplanning, onderhoud en organisatie van gereedschapshouders, inspectie van snijgereedschappen en analyse van gegevens op de werkvloer. Hiertoe biedt Zoller een verscheidenheid aan oplossingen die veel verder gaan dan het instellen van gereedschap. Met de brons-, zilver- en goudniveau-toolbeheeroplossingen (TMS) kan een winkel zijn capaciteiten naar behoefte uitbreiden, waardoor een aanzienlijk beter inzicht wordt verkregen in productieprocessen en gereedschapgerelateerde activa. En omdat deze kunnen communiceren met de collaboratieve robot »cora« van Zoller, voegde Moll eraan toe, dienen ze om "de cirkel te sluiten" door gereedschapsruimtetaken zoals het schoonmaken en opbergen van gereedschap te automatiseren.

Evenzo helpen de geïntegreerde oplossingen voor gereedschapsopslag van het bedrijf om deze activa te organiseren, waardoor uitvaltijd en inefficiëntie verder worden verminderd. En wanneer de klus is geklaard, kunnen dezelfde systemen worden gebruikt om gereedschappen weer in de wieg te plaatsen, hun prestaties te beoordelen en de resterende standtijd van het gereedschap vast te leggen. "Dit helpt winkels om beter te begrijpen welke snijgereedschappen goed werken en welke niet, waardoor ze de mogelijkheid hebben om processen verder te verbeteren en gereedschapskosten te verlagen," zei hij.

Planningssuggesties

Robuust gereedschapsbeheer is ook een essentieel onderdeel van de taakplanning, iets dat essentieel is voor zowel het gebruik van werktuigmachines als robots. Voor Moll betekent dit weten welke taken de volgende zijn en welke tools nodig zijn om ze uit te voeren. Voor Daniel Carranco betekent het meer dan dat, vooral in de context van automatisering. De directeur van continue verbetering bij Global Shop Solutions Inc., The Woodlands, Texas, merkte op dat alle winkels, al dan niet geautomatiseerd, een goed ERP- en planningssysteem zouden moeten hebben, een systeem dat ook de winkelvloer kan bewaken en informatie kan verzamelen over het bewerkingsproces.

Om het onderdeel monitoring en gegevensverzameling van die vergelijking te bereiken, is echter integratievriendelijke ERP-software, werktuigmachines en robotica nodig. "We hebben situaties gehad waarin de klant zijn apparatuur met ons systeem wilde integreren, maar ontdekte dat het door die apparatuur gebruikte softwareplatform bijna onmogelijk voor ons was om mee te werken", zei hij. "Dus het eerste advies voor iedereen die een geïntegreerde productieomgeving nastreeft, is ervoor te zorgen dat alles effectief kan communiceren en dat het voor iedereen duidelijk is welke soorten en hoeveelheden gegevens er worden uitgewisseld."

Communicatie, zo lijkt het, betekent meer dan het ooit deed. Waar ERP-systemen lange tijd uitblonken in het verzamelen van gegevens van de mensen op de werkvloer, moeten ze die nu ook van robots en machinecontrollers verzamelen. Verder bevatten deze gegevens niet alleen het alomtegenwoordige taaknummer, de productietijd en de voltooide (of gesloopte) hoeveelheid die gebruikers zijn gaan verwachten, maar kunnen ze ook realtime materiaalverbruik, inspectie- en onderdeelkwaliteitsinformatie, machine- en robotstatus weergeven, enzovoort.

"Er is tegenwoordig zeker veel meer informatie beschikbaar dan er ooit was, en met de juiste ERP-software, apparatuur en integratie kan alles naadloos en automatisch worden verzameld", zei hij. “Dit biedt volledig nieuwe mogelijkheden voor continue verbetering, maar wat nog belangrijker is, het geeft medewerkers de vrijheid om zich op belangrijkere zaken te concentreren. Er wordt geen tijd meer verspild aan handmatige gegevensverzameling, die hoe dan ook vaak vlekkerig is, en mensen kunnen werken aan procesplanning en -analyse.”

Best practices een boost geven

Zoals Carranco suggereerde, moeten deze technologieën worden nagestreefd, ongeacht de plannen van een winkel om te automatiseren, omdat ze allemaal dienen om de operaties efficiënter te maken en de OEE-niveaus veel hoger. En als de volgende stap wordt gezet - het implementeren van een robot of material handling-systeem - zal de investering zich veel sneller terugbetalen. Ervan uitgaande dat u geen van de reeds besproken vooraf geconfigureerde systemen wilt of kunt gebruiken, wordt de vraag:"welke robot moeten we kopen en hoe moeten we deze implementeren?"

Dean Elkins kan er een aanbevelen. Elkins, een segmentleider voor material handling bij de Motoman Robotics Division van Yaskawa America Inc., Miamisburg, Ohio, zei dat jobshops vaak een reeks geschikte robottoepassingen bieden, of het nu gaat om het verzorgen van machines, het ontbramen van onderdelen, geautomatiseerde assemblage of robotlassen. Het vinden van de juiste apparatuur voor deze toepassingen vereist echter veel evaluatie en praten met deskundige mensen.

"Het rechtvaardigen van een investering in automatisering hangt af van verschillende factoren", zegt Elkins. “Het is duidelijk dat hoe groter de productiehoeveelheid, hoe logischer het is om deze te automatiseren. Maar zelfs een lager volume, herhalingswerk kan winstgevend zijn, op voorwaarde dat de winkel de nodige stappen neemt om de insteltijd zo veel mogelijk te verminderen. Onderdelen met een langere looptijd zijn ook goede kandidaten, net als onderdelen met eenvoudige hanteringsvereisten.”

Elkins merkte op dat de meeste werkplaatsen een kleine tot middelgrote op de vloer gemonteerde robot vinden - met een laadvermogen van 5-25 kg - is alles wat nodig is om een ​​partij onderdelen te ontbramen, een krat vol beugels te lassen of een CNC-draaibank te onderhouden. iedereen is vannacht naar huis gegaan. Daarbij is echter een zekere mate van veiligheidsafscherming vereist, evenals grijpers, een interface naar de werktuigmachine en mogelijk programmeer- en simulatiesoftware.

Morgen, vandaag

En vergeet de training niet, waarschuwde hij. Automatisering is veel eenvoudiger dan het ooit was, maar de slimmere eigenaar van een jobshop zal nog steeds een extra investering doen in training en een toegewijde persoon in dienst hebben om de robotica van de winkel te beheren. Dat gezegd hebbende, collaboratieve en krachtbeperkende robots worden behoorlijk populair, vooral waar vloeroppervlak een probleem is. Robots kunnen worden uitgerust met zelfwisselende of snelwisselende grijpers, wat de flexibiliteit vergroot. Vision-systemen kunnen onderdeeltransportsystemen vaak elimineren of op zijn minst vereenvoudigen, en de mogelijkheid om een ​​robot zijn taken te leren, helpt de behoefte aan offline programmeersystemen te verminderen. "Er is veel om over na te denken", zei Elkins. "Daarom moedig ik iedereen die geïnteresseerd is in automatisering aan om hun huiswerk te maken, vragen te stellen en samen te werken met een gerenommeerde integrator."

Acieta LLC, Waukesha, Wisconsin, is zo'n bedrijf. Steve Alexander, vice-president operations, waarschuwt dat niet alle integrators gelijk zijn. "Zorg ervoor dat je samenwerkt met iemand die ervaring heeft met jouw soort werk en het vaardigheidsniveau om je robotautomatiseringsproject te implementeren," zei hij. “Krijg referenties, ga naar hun vorige installaties en begrijp de kwaliteit van hun werk. Industriële robots zijn ontworpen om meer dan 10 jaar mee te gaan, dus je wilt er zeker van zijn dat al het andere in de cel is ontworpen voor een geautomatiseerde omgeving en net zo betrouwbaar is als de robot zelf.”

Dit kan leiden tot een return on investment (ROI) van slechts een paar maanden, hoewel een jaar of twee waarschijnlijk een meer realistische verwachting is. Veel hangt natuurlijk af van de toepassing, maar ook het type robot speelt een rol. Zoals Elkins opmerkte, zijn collaboratieve robots - of cobots - de afgelopen jaren een ware rage geworden, voornamelijk vanwege hun gebruiksgemak en schijnbaar veiligere bediening in de buurt van mensen. Toch kan schijn bedriegen. Cobots kunnen langzamer en minder nauwkeurig zijn dan zogenaamde 'industriële robots', waardoor de ROI mogelijk wordt vertraagd, en zelfs de vriendelijkste cobot kan een mens schaden als de vastgestelde veiligheidsprocedures niet worden gevolgd.

Dit is de reden waarom Elkins en anderen een risicobeoordeling bij elke robotinstallatie sterk aanbevelen. Hij suggereerde ook dat de beste aanpak voor nieuwelingen op het gebied van automatisering is om klein en gemakkelijk te beginnen. "Zoek een enkel pijnpunt en overwin dat eerst voordat je gaat kijken naar het toevoegen van extra processen of complexiteit," zei hij. “Je wilt direct succes hebben, zodat iedereen – de winkeleigenaar, de machinebedieners en de mensen die de integratie uitvoeren – comfortabel kan doorstromen naar grotere of complexere projecten. Soms is de grootste uitdaging het verkrijgen van de buy-in van medewerkers. Er is altijd de angst dat robots mensen zullen vervangen, dus het is belangrijk om ze onderdeel te maken van de implementatie. Leid ze op, betrek ze bij de uitrol en als ze ontdekken dat de robot hun werk daadwerkelijk gemakkelijker en interessanter maakt, worden ze uiteindelijk je grootste cheerleaders.”