Productiviteit maximaliseren in lasruimtes met Lean Robotische Werkcellen

Ontworpen op de principes van lean manufacturing om afval te reduceren en workflow te verbeteren, kunnen robotische booglaswerkcellen nauwkeurigheid, betrouwbaarheid, veelzijdigheid en snelheid bieden voor veel industriële toepassingen over diverse sectoren. Terwijl sommige fabrikanten zouden stellen dat de meest efficiënte robotische werkcel op de markt de is met de kleinste voetafdruk, zijn er andere factoren te overwegen. Wat leidt ons tot de vraag: wat is het meest efficiënte gebruik van waardevolle vloerruimte?

Om fabricanten maximale return on investment (ROI) over een gegeven terugverdientijd te garanderen, is het imperatief om de meest efficiënte werkcel te gebruiken voor het hanteren van een gegeven toepassing en onderdeeltype. Recente aankooptrends suggereren dat de aankoop van een grotere robotische werkcel met extra robots een productievere oplossing kan zijn voor een bedrijf om doorvoersnelheid te verhogen en productkwaliteit te verbeteren, tekortkomingen in arbeid op te vullen en klanteneisen te voldoen.

Terwijl veel Aziatische fabrikanten benadrukken dat een robotische werkcel met een kleine voetafdruk het beste is, zijn bedrijven in de VS over het algemeen minder bezorgd over vloerruimte. Deze mentaliteit verandert echter, naarmate fabrikanten initiatieven voor verhoogde productiviteit nastreven. Yaskawa produceert een verscheidenheid aan standaard laswerkcellen, die onderdeel zijn van de ArcWorld^®serie. Deze cellen kunnen worden gebruikt om zes factoren te illustreren die bijdragen aan vloerruimteproductiviteit. Deze factoren kunnen ook helpen recente aankooptrends te verklaren en de drijvende motivator te evalueren voor meer productiviteit uit fabrieksvloerruimte.

Zes Sleutelfactoren om te Overwegen:

Het antwoord op werkcelefficiëntie kan rusten in het vergelijken van bepaalde factoren en het bekijken van eenvoudige ratio's. Om robotische werkcelproductiviteit te evalueren, moeten fabricanten het volgende overwegen:

1. Onderdeeloppervlak
   Het onderdeeloppervlak is simpelweg de ruimte die nodig is om een product te ondersteunen. Bijvoorbeeld, een automotive zitleverancier heeft een duidelijke grootteverschil tussen kantelbrackets, voorzitjes en 60/40 gesplitste achterzitframes voor sub-montage. Voldoende onderdeeloppervlak om kwaliteit onderdelen efficiënt en effectief te produceren met tooling is cruciaal. Het positioneren van de onderdelen is ook een factor. Als het onderdeel gereorienteerd moet worden, heeft het een groter driedimensionaal volume nodig.
    
2. Werkceloppervlak
   Dit verwijst naar de grootte van de volledige werkcel voetafdruk, of hoeveel vloerruimte op de fabrieksvloer het robotische systeem omvat. Fabrikanten kunnen kleinere cellen zien als een efficiënter gebruik van vloerruimte. Hoewel de voetafdruk van de cel een geldige zorg is om te overwegen, is het kiezen van een robotisch systeem op basis van voetafdruk alleen niet ideaal. Evenzo moeten single station werkcellen als een paar geëvalueerd worden bij het vergelijken met een two station cel.
    
3. Veiligheidsoppervlak
   Een open ruimte, waar een operator tijdens positioner indexering moet ontruimen om veiligheidsregelgeving te voldoen, wordt de veiligheidsoppervlak genoemd. Sommige fabrikanten zullen een robotische werkcel aanpassen met roldeuren om de veiligheidsoppervlak ruimte te minimaliseren. Het ophangen van onderdeelbakken voor kleinere onderdelen binnen dit gebied helpt deze ruimte te benutten en ergonomie te verbeteren.
    
4. Operator / Onderdelenopslag Oppervlak
   Het operatoroppervlak verwijst naar de ruimte waar de operator onderdelen pakt of plaatst in de cel tooling. Cellen met veiligheidsruimte kunnen een operator potentiëel beklemmen met onderdeelopslag, wat een single station werkcel zou vereisen om uitgerust te zijn met een bredere gang. Single station werkcellen worden soms tegenover elkaar geplaatst, zodat de operator de ene laadt en vervolgens de cel aan de andere kant van de gang bedient.
    
5. Robot Aantal
   Het aantal booglasrobots – of “bogen” verwijzend naar werkende branderhoofden – in een werkcel is ook van vitaal belang bij het kiezen van een robotische oplossing. Het toevoegen van een tweede of derde robot kan de lasproductie bijna verdubbelen of verdrievoudigen met weinig tot geen impact op vloerruimte. Dit verhoogt de “boogdichtheid” van een gegeven werkcel.
6. Kosten
   Prijs van de werkcel wordt op elk stadium van ontwerp en implementatie overwogen. Vaak is de robot een kleiner percentage van de kosten wanneer positioners, celbesturingen en tooling zijn meegerekend. Andere items, zoals lasersensoren, kunnen ook de kosten verhogen maar cyclus tijd verbeteren. De onderdeel- en doorvoereisen van een klant zullen dicteren hoeveel ze deze kostenverhogende features waarderen bij het creëren van een uiterst efficiënte cel.

Toepassing

Bij het kiezen van de meest productieve werkcel voor een gegeven toepassing en onderdeeltype, moeten fabricanten sleutelfactoren die werkcelefficiëntie beïnvloeden als vergelijkingen evalueren. Bijvoorbeeld:

• Onderdeeloppervlak / Werkceloppervlak = Onderdeel-naar-Werkcel Oppervlak Ratio
• Onderdeel / Werkcel X Boog Robot Aantal = Boogdichtheid of Werkcel Productiviteit Ratio
• Verhouding van $ tot Vloerruimte en # Bogen = Waarde Ratio
• Integratiekosten (1x per werkcel): PLC + HMI + Stroomafnames + Tooling + Etc.

  Voorbeeld 1: Een job shop of automotive bedrijf kan de ArcWorld C-52 (AWC-52) overwegen, een compacte werkcel voor laag- tot middelvolume fabricatie met twee platte tafelstations (een AWC-52S heeft kopstoks voor het draaien van onderdelen). Deze cel levert een krachtige prestatie in een compact pakket, met:

• Gereduceerde vloerruimte
• Eén zes-as Motoman^® robot
• Roldeur
• Geïntegreerd laspakket
• Max onderdeelgrootte (mm) 760 x 700 capaciteit

Het selecteren van een kleinere werkcel gebaseerd op onderdeelgrootte kan lijken op het beste gebruik van vloerruimte, maar na overweging van de kleinere onderdeelgrootte in combinatie met de totale voetafdruk van de werkcel, is de algehele oppervlakte-efficiëntie van deze cel slechts 12%.

Bij het beoordelen van de productiecapaciteit van de cel, werd het aantal booglasrobots ook geëvalueerd. Na berekening van de onderdeeloppervlak-naar-robot verhouding en vergelijking met het aantal bogen, werd bepaald dat de AWC-52 werkcelproductiviteitsratio nog steeds 12% efficiënt was vanwege de enkele robot. Ondanks lage instapkost, snelle opstarttijd, compacte voetafdruk en eenvoudige beveiligingsmogelijkheden, kan deze werkcel tekortschieten voor sommige fabrikanten bij vergelijkingen.

Evenzo moeten compacte single station werkcellen als een paar geëvalueerd worden, vergeleken met een two station cel. Dit type configuratie voegt een extra booglasrobot toe aan het proces, maar voegt ook meer ruimte toe aan het operatoroppervlak. Hoewel deze werkcel de sweep-tijd van de positioner elimineert, dwingt het de operator te lopen, wat slechte ergonomie biedt en potentiëel cyclus tijd verhoogt.

Sommige fabrikanten plaatsen deze cellen tegenover elkaar, waar de operatorruimte door één operator wordt bediend. Dit kan de productiviteitsratio drijven tot 30% gebaseerd op twee robots en het onderdeel/werkcel oppervlak. Het gebruik van twee cellen resulteert in 2x de integratiekosten, wat significant kan zijn voor automotive fabrikanten met geautomatiseerde tooling.

Voorbeeld 2: Fabrikanten die een werkcel zoeken om kleinere onderdelen te lassen die geen positionering vereisen, kunnen de grotere ArcWorld 1000 (enkele robot configuratie) of ArcWorld 1200 (duale robot configuratie) overwegen. Voorge-engineerd voor kleine- tot middelgrootte onderdeelproductie voor middel- tot hoogvolume lasapplicaties, hebben deze ArcWorlds de kenmerken:

• Hoge-snelheid servo draaitafel (60 in of 72 in tafelbovenkant)
• Eén of twee zes-as Motoman robots
• Functional Safety Unit (FSU)
• Geïntegreerd laspakket
• Max onderdeelgrootte (mm) 1.000 x 474 capaciteit

Met dezelfde sub-montage vergelijking (zie Voorbeeld 1), werd de AW1000 cel 10% efficiënt bevonden met de onderdeeloppervlak-naar-werkceloppervlak ratio. Ondanks de introductie van een hoge-snelheid servo draaitafel, creëerde de aanwezigheid van het veiligheidsoppervlak “dode ruimte” die onbruikbaar was tijdens operatie. Aan de positieve kant, vereiste het operatoroppervlak minimale beweging van de operator, wat betere ergonomie creëerde.

Wanneer de boogdichtheid werd berekend in relatie tot de onderdeeloppervlak-naar-werkceloppervlak ratio, onthulde het dat de toevoeging van een extra booglasrobot in deze configuratie (AW1200) de algehele werkcelproductiviteit verhoogde tot 19%. Bij het vergelijken van lijstprijzen tussen andere ArcWorld werkcellen, vertegenwoordigt de AW1200 de laagste prijs/boog van alle werkcellen, wat het een goede waarde maakt. Er is slechts 1x integratiekost voor deze cel.

Voorbeeld 3: Onze meest populaire werkcel, de AWIV-6000 serie met ferris wiel positioner, biedt het meest efficiënte gebruik van vloerruimte. Voorge-engineerd voor middel- tot hoogvolume onderdeelproductie, hebben deze de kenmerken:

• Hoge-snelheid capaciteit, ruimtebesparende slim-line positioner
• Eén, twee, drie of vier zes-as Motoman robots
• Functional Safety Unit (FSU)
• Geïntegreerd laspakket
• Max onderdeelgrootte (mm) 4.000 en 1.525 capaciteit

Met dezelfde vloerruimte-efficiëntie vergelijking (zie Voorbeeld 1 en Voorbeeld 2), werden de ArcWorld IV-6000 serie cellen 30-34% efficiënt bevonden met de onderdeeloppervlak-naar-werkceloppervlak ratio. Hoewel de toevoeging van een hoge-snelheid, slim-line positioner in relatie tot het onderdeeloppervlak en werkceloppervlak de efficiëntie van de cel verhoogde, creëerde de aanwezigheid van het veiligheidsoppervlak nog steeds “dode ruimte” die onbruikbaar was tijdens operatie. Sommige fabrikanten hebben rolgordijnen gebruikt om het veiligheidsoppervlak te overspannen om de afstand te reduceren die wordt gebruikt door lichtgordijnen.

Zoals in de ArcWorld C-serie en ArcWorld 1000 serie werkcelvoorbeelden, verhoogde de aanwezigheid van booglasrobots de productiviteitsfactor van elke cel. Toen de boogdichtheid werd berekend in relatie tot de onderdeeloppervlak-naar-werkceloppervlak ratio voor elke cel in de ArcWorld IV-6000 serie, waren de bevindingen als volgt:
 

• AWIV-6000SL onderdeeloppervlak / werkcel X 1 boog robot = 60% productiviteitsratio
• AWIV-6200SL onderdeeloppervlak / werkcel X 2 boog robots = 67% productiviteitsratio
• AWIV-6300SL onderdeeloppervlak / werkcel X 3 boog robots = 100% productiviteitsratio

De boogdichtheid in relatie tot de onderdeeloppervlak-naar-werkcel ratio gaf de ArcWorld IV-6300SL een hoger percentage, wat het de meest flexibele en productieve werkcel in onze standaardconfiguraties maakt.

Conclusie:

Compacte robotische werkcellen bieden een gereduceerde voetafdruk, maar zijn niet noodzakelijkerwijs het meest efficiënte gebruik van vloerruimte. Job shops willen misschien de onderdeelgroottecapaciteit in relatie tot de werkcel voetafdruk evalueren om het meest FLEXIBELE gebruik van vloerruimte te bepalen. Bovendien, in een poging de PRODUCTIVITEIT van vloerruimte te verhogen, willen automotive bedrijven misschien overwegen de werkruimte iets uit te breiden om meer robots toe te voegen. Het evalueren van de kosten van een paar verschillende werkcelconfiguraties, inclusief integratiekosten, kan fabricanten helpen ervoor te zorgen dat ze de WAARDE van hun vloerruimte maximaliseren.