De opkomst van geavanceerde robotica in de industriële productie

Rahav Madvil en Noam Ribon, Siemens onderzoeken de opkomst van geavanceerde robotica in industriële productie...

Maatwerk en flexibiliteit zijn momenteel twee van de meest populaire woorden in de industriële productie. Klanten willen iets dat speciaal voor hen is gemaakt, of het nu gaat om een ​​gepersonaliseerde aftershave met hun naam op de fles, een voertuig met alle functies die ze nodig hebben en geen enkele die ze niet nodig hebben, of een nieuwe telefoon met de nieuwste radioantenne voor 5G-connectiviteit. Al dit maatwerk leidt tot één conclusie:de productie evolueert naar een high-mixproductie en het maken van miljoenen verschillende producten in zeer kleine partijen.

Tegelijkertijd zijn veel producten die tegenwoordig worden gemaakt veel te ingewikkeld voor alleen gevestigde automatiseringstechnologieën, waardoor fabrikanten gedwongen worden traditionele robotica uit te breiden met handmatige assemblage door menselijke arbeiders. Mensen worden gewaardeerd om hun vermogen om veranderingen in een proces zeer snel te begrijpen en te verklaren. Maar wat als deze flexibiliteit zou worden opgenomen in geautomatiseerde processen?

Een flexibel en geautomatiseerd (zelfs autonoom) productiesysteem is de heilige graal voor veel fabrikanten die de uitdaging van toenemende productcomplexiteit willen overwinnen en tegelijkertijd willen voldoen aan de vraag naar meer maatwerk. De mogelijkheid om snel van het ene product naar het andere over te schakelen, zal een bepalend kenmerk zijn van bedrijven die op weg zijn naar partijgroottes van het ene en de sterk aanpasbare producten van morgen.

Kleine partijgroottes zijn niet per se een probleem, maar de huidige productieprocessen kunnen dit niet eenvoudig opvangen zonder grote investeringen in een steeds complexere infrastructuur. Om dit probleem van exponentiële investeringen, die het probleem al dan niet kunnen oplossen, te voorkomen, zoeken veel bedrijven naar een flexibelere productieaanpak. Hoe kunnen fabrikanten efficiënt meerdere producten maken met minimale wijzigingen in de productievloer tussen producten?

Geavanceerde robotica is het antwoord en veel bedrijven zijn al op weg naar adoptie.

De geavanceerde robotica-reis

Veel fabrieksvloeren vertrouwen op transportbandnetwerken om alles van grondstof tot eindproduct te transporteren. Maar deze netwerken zijn niet ontworpen om duizenden verschillende producten te verwerken die naar de voortdurend veranderende locaties gaan die nodig zijn in een productieproces met meerdere producten. Wat als een transportsysteem zou kunnen veranderen? Misschien van pad veranderen om drukke gebieden in een fabriek te vermijden? Of bestemmingen wijzigen om een ​​werkstuk bij het optimale bewerkingsstation af te leveren?

Dit zijn het soort problemen dat geavanceerde robotica oplost met behulp van automatisch geleide voertuigen (AGV's) en autonome mobiele robots (AMR's) in combinatie met een geavanceerd software-, oplossingen- en applicatie-ontwikkelingsplatform.

Doorgaans is het doel van het gebruik van de robots om materiaal relatief gemakkelijk van punt A naar punt B te brengen. Maar het is niet zo eenvoudig als het introduceren van AGV's of AMR's in een faciliteit. Een groot deel van de investeringswaarde komt van de optimalisatie en coördinatie van de geavanceerde robottechnologieën. Onze ervaring is dat het helpen van bedrijven om geavanceerde robotica toe te passen in hun productieprocessen, een traject van vier fasen is.

Fase één, of de Deelnemer fase, wordt gedefinieerd door het gebruik van vaste automatiseringsrobotica of vergelijkbare technologieën waarbij de meeste bewerkingen handmatig worden geprogrammeerd. Alle procesplanning wordt gedaan door een mens, eventueel met behulp van software, en de taken worden vervolgens toegewezen aan specifieke robots om op specifieke locaties en tijden te functioneren. Deze aanpak werkt goed bij het produceren van grote volumes, wanneer wijzigingen of aanpassingen aan een productielijn tot een minimum worden beperkt. Aangezien elke actie van een robot in dit stadium expliciet wordt gespecificeerd, moet de robot offline worden gehaald wanneer er wijzigingen nodig zijn en handmatig opnieuw worden geprogrammeerd. Dit heeft een negatief effect op de productietijden.

De tweede fase is voor Veteranen en is tegenwoordig het meest voorkomende podium voor industriële fabrikanten. Het wordt gekenmerkt door het gebruik van de digitale tweeling voor volledige systeemvalidatie en voor gebouwbesturingsalgoritmen voor de hele productielijn. Het gebruik van een digitale tweeling van productie biedt diepgaande inzichten over hoe verder te gaan in latere stadia van de reis door de simulatie van de hele faciliteit mogelijk te maken. In dit stadium kunnen aanzienlijke productiviteitsverbeteringen worden bereikt door gelijktijdig meerdere robots te updaten die op dezelfde programmeerbare logische controllers werken, waardoor de uitvaltijd op de productievloer wordt verminderd.

Vordert naar de derde of Pionier stadium kunnen fabrikanten meer van het productieproces gaan automatiseren. Gebouwd op de inzichten die zijn opgedaan met de digitale tweeling en aangevuld met feedback van IoT-sensoren, kan taakgebaseerde programmering worden geïmplementeerd voor robots in de hele faciliteit. Dit vermindert aanzienlijk de tijd die nodig is om robots te programmeren om een ​​ontwerp- of proceswijziging op te vangen. Eenvoudige opdrachten kunnen worden gebruikt om de robot automatisch aan te passen op basis van een closed-loop-kalibratie tussen de fysieke omgeving en de digitale tweeling.

De laatste fase, genaamd de Visionair stadium, is waar geavanceerde robotica-initiatieven zeer autonoom worden, waardoor de robots bijna volledig autonoom zijn. Dit is ook waar AGV's en AMR's zeer effectief worden en statische transportbanden en een lineair procespad vervangen door geavanceerde, mobiele robotica. Nu kunnen productiewijzigingen bijna net zo eenvoudig zijn als het invoeren van het aantal benodigde producten en het aantal variaties dat nodig is. Op basis van die informatie zal het systeem het optimale pad bepalen om de gewenste partij te produceren.

Software bepaalt nu hoeveel onderdelen er nodig zijn uit bijvoorbeeld opslagruimte B, of welk bewerkingsstation het snelst kan opvoeren om de partij te produceren. En, als de primaire keuze niet geschikt is voor onderhoud, wat is dan de volgende beste optie. De grenzen hiervan eindigen niet bij de fabrieksmuren. De voordelen reiken verder dan alleen leveranciers en distributeurs, wat helpt om de meest efficiënte werklast voor de fabriek te produceren.

De visionaire fase is het optimale punt voor het implementeren van AGV's en AMR's, vanwege volledige fabriekssimulaties. Maar geavanceerde robotica kan in eerdere stadia worden gebracht om taken uit te voeren die eenvoudiger zijn dan productieplanning. Sommige bedrijven hebben AGV's en AMRS gebruikt als semi-autonome orderverzamelkarren voor magazijnen, waar de robot een menselijke arbeider volgt en assisteert.

Afhankelijk van hoe de fabriek wordt gerund, zijn er bijna oneindig veel manieren om de faciliteit te optimaliseren. Daarom is de investering in de uitgebreide digitale tweeling zo belangrijk voor deze reis. Het geeft diepere inzichten in hoe een fabriek draait en helpt om vol vertrouwen te investeren in de toekomst van het bedrijf. Geavanceerde robotica maakt deel uit van Siemens' Xcelerator-portfolio van software, oplossingen en applicatie-ontwikkelingsplatforms waar vandaag en morgen samenkomen voor industriële productie.

Door:Rahav Madvil, Simulation Product Manager voor Siemens Digital Industries Software, en Noam Ribon, Senior Business Consultant bij Siemens Digital Industries Software.