Verborgen voordelen van robotautomatisering in de productie ontgrendelen

Om te zien waarom Stabiltec een robot kocht, hoef je niet eens het pand binnen te gaan. Buiten het productiefaciliteit van het bedrijf in Parks, Louisiana, staat een opvallend “Nu aan het werven” bord met “CNC-frezen” bovenaan de lijst met vacatures. Het bord zal er bijna zeker zolang blijven zolang sterke business in de olie- en gasindustrie, de markt die Stabiltec bedient, aanhoudt. Het bedrijf installeerde een robot als manier om de machine tools gevoed te houden terwijl de beperkte arbeidsmiddelen zo efficiënt mogelijk benut werden, omdat de werkgever niet alle gespecialiseerde productieposities kon invullen die gerechtvaardigd zouden worden door de huidige zakelijke activiteit.

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

Te simpel voor gespecialiseerd personeel

Stabiltec produceert een reeks downhole-tools voor olie- en gasboringen. Die reeks aan zich is onderdeel van wat de fabrikant onderscheidend maakt. Het bedrijf dat Stabiltec zou worden, werd 25 jaar geleden opgericht, maar een reeks overnames in slechts de laatste 3 jaar heeft het getransformeerd in een single-source fabrikant van niet alleen componenten voor het boren van het gat, maar ook diagnostische hardware voor het meten en evalueren van het gat.

Richtingsboring is een specialiteit. Stabiltec levert de bewerkte onderdelen voor olie- en gasboorinstallaties die verticaal in de grond gaan, maar de ondergrondse reserves horizontaal bereiken door geleidelijke bocht van de boor. Meneer Bouwt ingenieursrichtingsboor-systeemcomponenten volgens de diverse behoeften van verschillende OEM's die richtingsboorproducten aanbieden.

De uitdaging bij het fabriceren van deze componenten is dat sommige onderdelen gespecialiseerde bewerking vereisen. Ondergangshuissecties die tot 3 graden buigen, worden bewerkt door draaioperaties die ongewone opstellingen op de toebank vereisen. Specifiek, na het ene einde van het onderdeel recht gedraaid is, wordt het andere einde bewust “scheef” gedraaid door middel van een opstelling die van de centrumlijn afwijkt. Dus een mate van uitloopp en afwijking van parallelisme die op de meeste gedraaide onderdelen een extreme fout zou worden geacht, wordt bewust in deze componenten aangebracht. Gespecialiseerde operators moeten dergelijke onderdelen draaien.

Stabiltec's probleem was dat deze gespecialiseerde werknemers schaars zijn, en ander bewerkingswerk te veel van hun tijd in beslag nam. Transmissie-onderdelen waren het voornaamste voorbeeld. Deze onderdelen zijn componenten van wat in essentie een kardangewricht is dat de ondergrondse boer laat draaien terwijl hij geleidelijk buigt. De transmissie-onderdelen zijn niet minder kritiek en niet minder waardevol dan de huissecties, maar de transmissie-onderde opstellingen zijn veel eenvoudiger. Stabiltec verloor te veel arbeidscapaciteit aan het relatief ongespecialiseerde werk van het manouvreren van deze onderdelen in de machine tools met een loopkraan. Zodra bedrijfsleiders realiseerden dat ze hun gespecialiseerde arbeidscapaciteitsbehoefte niet door werven konden vullen, 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 overwogen werd.

Redenen voor een robotcel

Hoewel de transmissie-onderdelen aanzienlijk variëren van klant tot klant, wat ze allemaal gemeen hebben is een combinatie van draaien, frezen en boren. Daarom dachten bedrijfsleiders initieel dat multitasking de juiste manier was om meer arbeidsefficiënte bewerking te bereiken. Vroeger betrof het bewerken van elk onderdeel operaties op zowel een toebank als een bewerkingscentrum. Overschakelen naar een machine die draaien, frezen en boren in één cyclus kan doen, zou slechts één machine tool achterlaten waar het onderdeel in geladen hoeft te worden. De rol van de operator zou daardoor worden verminderd.

Nauwkeurigere analyse onthulde echter dat multitasking niet de ideale oplossing was voor deze applicatie. Een tekortkoming was kosten. Vanwege doorboor- en booroperaties, zou de machine lange verplaatsingen nodig hebben om lange tools te accommoderen. Een multitasking-machine groot genoeg voor de klus zou evenveel kosten als de gecombineerde prijs die Stabiltec uiteindelijk betaalde voor de robot, toebank en bewerkingscentrum die nu dit werk doen.

Een andere tekortkoming was doorvoer. De multitasking-machine kon een werkstuk ofwel draaien ofwel frezen, maar niet beide operaties tegelijk. Het laten splitsen van het werk tussen een toebank en een bewerkingscentrum zou productiever zijn, omdat de machines deze operaties simultaan op verschillende stukken kunnen uitvoeren. Herhaalbare robotlading zou het risico op handelings- of opstellingsfouten typisch voor processen met meerdere machines wegnemen.

Het laatste argument ten gunste van een robotcel kwam terug op arbeidscapaciteit. Een multitasking-machine zou de behoefte aan arbeid verminderen, maar de machine zou nog steeds een operator hebben die het laadt. Daarentegen zou de robotcel de shop in staat stellen om arbeid voor lange periodes te elimineren bij het bewerken van de transmissie-componenten.

Nu worden deze onderdelen gedraaid in een cel waarin een FANUC Robotics R-2000iB robot met een capaciteit van 165 kilogrammen laadt en lost zowel een Mighty USA Viper VT36CL-2000 CNC-toebank als een Haas VF-5XT verticale bewerkingscentrum. Het bedrijf rechtvaardigde de hele cel op basis van het vrijmaken van operators overdag en het voortzetten van productie in de nacht. Eenmaal de cel operationeel was, begon het bedrijf echter andere, zeer echte bronnen van terugverdiening van geautomatiseerde productie te zien.

Onverwachte voordelen

Die extra voordelen omvatten het volgende:

1. Betere prijsstelling voor contracten. Stabiltec gebruikt de robot in een high-mix, low-volume modus. Ordervolumes zijn vaak zo klein als 10 stukken. Toch, wanneer de shop de luxe heeft om een constante hoeveelheid te draaien, stelt de consistente productie van de robot de shop in staat om timing en kosten betrouwbaar te voorspellen. Die voorspelbaarheid stelt een strakkere marge toe. Als resultaat is het prijsverschil tussen korte-termijn bewerking en contractproductie groter voor de robotcel dan voor elke andere productiebron. Op basis van de prijsbesparing hebben sommige klanten die nooit eerder jaarlijkse productiecontracten aangingen, dit nu wel gedaan met Stabiltec.

2. Makkelijkere insourcing. Door de capaciteit voor transmissie-onderdelen uit te breiden, heeft de robotcel het bedrijf in staat gesteld diverse andere onderdelen die uitgebesteed waren aan leveranciers, terug te brengen naar in-house. Vroeger outsource het bedrijf zoveel bewerking dat het binnenshalen van dit werk schijnbaar zes nieuwe machines en zes nieuwe medewerkers zou vereisen om ze te bedienen. De robotcel veranderde dit plaatje. De geautomatiseerde cel vertegenwoordigt essentieel een grote hoeveelheid potentiële geconcentreerd in één compact systeem. Deze geconcentreerde en vereenvoudigde capaciteit kan veel werk absorberen, waardoor veel insourcing mogelijk wordt.

3. Klant IP-bescherming. Stabiltec verkoopt niet direct aan de olievelden; het produceert onderdelen voor OEM's. Dat betekent dat de shop toegang heeft tot OEM-ontwerpen vóór de rest van de markt. Het dichtbijhouden van deze ontwerpen door uitbesteding te beperken, helpt de shop klantvertrouwen te winnen. Dus de insourcing-capaciteit die de robot biedt, is niet alleen een efficiëntievoordeel, maar ook een marketingvoordeel.

4. Makkelijkere toegang tot additioneel business. De bewerkingsbehoeftes van de transmissie-componenten maakten hen logische doelen voor automatisering, maar Stabiltec ontdekte snel dat hun plaats in de markt ze ook ideaal maakte voor productie in de robotcel. Stabiltec is bekend om richtingsboring, en het bedrijf wordt vaak benaderd door OEM's die richtingsboor-transmissiesystemen naar nieuwe ontwerpen willen produceren. Dit kernproduct effectief produceren helpt het bedrijf relaties opbouwen, en die relaties leiden vaak tot extra zakelijke kansen. Met andere woorden: gebruik automatisering om de best mogelijke klus te leveren op het onderdeel dat je de deur open zet.

5. Grotere flexibiliteit. Het kan tegenstrijdig lijken, maar het bedrijf zegt dat de robot-geladen machines flexibeler zijn dan die beheerd door werknemers. Dit komt doordat de robot in staat is om een nieuw proces “instant” te “leren”. Mensen doen dit niet. Een menselijke werknemer moet getraind en geleidelijk overgegaan worden in een gewijzigde set procedures, maar een robot kan binnen een dag herprogrammeerd en heringeset worden, zonder ooit terug te vallen in verouderde gewoontes.

Zo'n verandering staat op het punt te gebeuren, zegt hij. Op dit moment vindt te veel van de bewerking van de transmissie-onderdelen plaats in de toebank. Het bewerkingscentrum wacht vaak. Daarom zal Stabiltec een extra toebank toevoegen om het draaiwerk in deze cel te splitsen. De robot wordt herprogrammeerd om werk over te dragen tussen deze drie machines in plaats van de huidige twee. Deze nieuwe toebank hoeft niet zo groot te zijn als de huidige omdat al het lang-werkzeug boor- en boorwerk bij deze eerste machine blijft. Dus, voor de prijs van een relatief goedkope machine tool, zal de shop nog meer van de geautomatiseerde cel's potentiële productiviteit realiseren.

Meer capaciteit aankomend

Lassen is waarschijnlijk de volgende kandidaat voor robotautomatisering, zegt meneer Boutte. Vergelijkbaar met bewerking, betreffen bepaalde lasoperaties eenvoudige en herhalende taken die een werknemer wegnemen van hoger-gespecialiseerd werk. In het bewerkingsgebied heeft de robot de waarde van het automatiseren van deze eenvoudige taken gedemonstreerd. In feite, de ene plek waar de robot lijkt op een menselijke werknemer is in het Global Shop Solutions ERP-systeem van de shop. De shop heeft de robot een werknemercode gegeven in deze software zodat het 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 verbonden aan transmissie-onderdeelbewerking met 76 procent heeft verminderd, terwijl de transmissie-onderdeelbewerkingscapaciteit met 49 procent is toegenomen.

Er is nog meer capaciteit te winnen. Na de tweede toebank toegevoegd, zegt meneer Boutte dat de meest significante resterende beperking vloerruimte zal zijn. Dat een factor zo simpel zo belangrijk kan zijn, kan verrassend lijken, maar in Stabiltec's geval heeft deze beperking zich als beperkend bewezen. Simpel gezegd: er is maar zoveel ruimte om voorraad binnen bereik van de robot te plaatsen. Als resultaat dicteert deze ruimte hoeveel productie de cel kan leveren. Feitelijk, het is om deze beperking dat de cel nog niet een volle 24 uur heeft gedraaid – doorgaans 16 tot 20 uur per dag. Om dit simpele obstakel te overwinnen, verkent het bedrijf een simpele oplossing: een verticaal rek-systeem dat de output van de cel dramatisch zal verhogen.