Geavanceerde Robotica: Industriële Productie Transformeren voor Meer Flexibiliteit

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

Customisatie en flexibiliteit zijn twee van de hetste woorden in industriële productie op dit moment. Klanten willen iets gemaakt dat net voor hen is, of het nu een gepersonaliseerde aftershave met hun naam op de fles is, een voertuig met alle functies die ze nodig hebben en geen die ze niet nodig hebben, of een nieuwe telefoon met de nieuwste radio-antenne voor 5G-connectiviteit. Al deze customisatie leidt tot één conclusie – productie beweegt naar high-mix productie en het maken van miljoenen verschillende producten in heel kleine series.

Tegelijkertijd zijn veel producten die vandaag gemaakt zijn veel te gecompliceerd voor gevestigde automatiseringstechnologieën alleen, wat fabrikanten dwingt om traditionele robotica aan te vullen met handmatige assemblage door menselijke arbeiders. Mensen worden gewaardeerd voor hun vermogen om veranderingen in een proces snel te begrijpen en te verantwoorden. Maar wat als deze flexibiliteit in geautomatiseerde processen zou zitten?

Een flexibel en geautomatiseerd (zelfs autonoom) productiesysteem is de Heilige Graal voor veel fabrikanten die de uitdaging willen overwinnen van groeiende productcomplexiteit en tegelijkertijd voldoen aan eisen voor grotere customisatie. Het vermogen om snel productie te switchen van het ene product naar het andere zal een definerende kenmerk zijn van bedrijven op de weg naar lotgroottes van één en de hoogst aanpasbare producten van morgen.

Kleine series zijn niet inherent een probleem, maar huidige productieprocessen kunnen dit niet gemakkelijk accommoderen zonder grote investeringen in een steeds complexere infrastructuur. Om dit probleem van exponentiële investeringen te vermijden, wat wel of niet het probleem oplost, zoeken veel bedrijven naar een flexibele benadering van productie. Hoe kunnen fabrikanten meerdere producten efficiënt maken met minimale veranderingen aan de productievloer tussen producten?

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

De Geavanceerde Robotica Reis

Veel fabrieksvloeren vertrouwen op transportbandnetwerken om alles te transporteren van grondstoffen tot eindproducten. Maar deze netwerken zijn niet ontworpen om duizenden verschillende producten te hanteren die naar constant veranderende locaties nodig zijn in een multi-product productieproces. Wat als een transportsysteem kon veranderen? Misschien paden veranderen om drukke gebieden in een fabriek te vermijden? Of bestemmingen veranderen om een werkstuk te leveren aan de optimale bewerkingsstation?

Dit zijn de soorten problemen die geavanceerde robotica oplost met het gebruik van automated guided vehicles (AGVs) en autonomous mobile robots (AMRs) in tandem met een geavanceerd software-, oplossings- en applicatieontwikkelplatform.

Typisch is het doel van het gebruik van de robots om materiaal van punt A naar punt B te leveren met relatieve gemak. Maar het is niet zo simpel als alleen AGVs of AMRs aan een faciliteit toe te voegen. Veel van de investeringswaarde komt van de optimalisatie en coördinatie van de geavanceerde robotische technologieën. In onze ervaring is het helpen van bedrijven om geavanceerde robotica in hun productieprocessen te adopteren een reis van vier stadia.

Stadium één, of de Entrant fase, wordt gedefinieerd door het gebruik van vaste automatiseringsrobotica of vergelijkbare technologieën waar de meeste operaties handmatig geprogrammeerd zijn. Alle procesplanning wordt gedaan door een mens, mogelijk met de hulp van software, en de taken worden dan toegewezen aan specifieke robots om te functioneren op specifieke locaties en tijden. Deze benadering werkt goed bij het produceren van hoge volumes, wanneer veranderingen of wijzigingen aan een productielijn tot een minimum worden gehouden. Aangezien elke actie van een robot op dit stadium expliciet gespecificeerd is, moet de robot offline gehaald worden wanneer veranderingen vereist zijn en handmatig herprogrammeerd. Dit beïnvloedt productietijden negatief.

Het tweede stadium is voor Veterans en is het meest voorkomende stadium vandaag voor industriële fabrikanten. Het wordt gekenmerkt door het gebruik van de digitale tweeling voor complete systeemvalidatie en voor het bouwen van controle-algoritmes voor de gehele productielijn. Het benutten van een digitale tweeling van productie biedt diepe inzichten over hoe te proceeden in latere stadia van de reis door de simulatie van de gehele faciliteit te mogelijk maken. Significante productiviteitsverbeteringen op dit stadium kunnen bereikt worden door gelijktijdig meerdere robots die van dezelfde programmeerbare logische controllers lopen te updaten, downtime op de productievloer reducerend.

Voortschrijdend naar het derde of Pioneer stadium, kunnen fabrikanten beginnen met het automatiseren van meer van het productieproces. Gebouwd op de inzichten geleerd van de digitale tweeling en aangevuld met feedback van IoT-sensoren, kan taak-gebaseerde programmering geïmplementeerd worden voor robots doorheen de faciliteit. Dit vermindert de tijd die nodig is om robots te programmeren om een ontwerp- of procesverandering te accommoderen aanzienlijk. Eenvoudige commando's kunnen gebruikt worden om de robot automatisch aan te passen gebaseerd op een gesloten-lus calibratie tussen de fysieke omgeving en de digitale tweeling.

Het laatste stadium, genaamd het Visionary stadium, is waar geavanceerde robotica-initiatieven hoogst autonoom worden, levering van bijna volledige autonomie van de robots. Dit is ook waar AGVs en AMRs hoogst effectief worden, vervangende statische transportbanden en een lineair procespad met geavanceerde, mobiele robotica. Nu kunnen productieveranderingen bijna zo simpel zijn als het invoeren van het aantal benodigde producten en hoeveel variaties er nodig zijn. Van die informatie zal het systeem de optimale route bepalen van hoe de gewenste lot geproduceerd moet worden.

Software bepaalt nu hoeveel onderdelen er nodig zijn uit opslagruimte B, bijvoorbeeld, of welk bewerkingsstation het snelst kan opkrikken om de lot te produceren. En, als de primaire keuze down is voor onderhoud, wat is de volgende beste optie. De grenzen van dit eindigen niet bij de fabrieksmuren. De voordelen strekken zich uit naar leveranciers en distributeurs, helpen het produceren van de meest efficiënte werkbelasting voor de fabriek.

Het Visionary stadium is het optimale punt voor het implementeren van AGVs en AMRs, vanwege complete fabrieksimulaties. Maar geavanceerde robotica kan in eerdere stadia gebracht worden om taken uit te voeren die simpeler zijn dan productiescheduling. Sommige bedrijven hebben AGVs en AMRs geadopteerd als semi-autonome pik-karretjes voor magazijnen, waar de robot een menselijke werknemer volgt en assisteert.

Afhankelijk van hoe de fabriek gedraaid wordt, zijn er bijna oneindige manieren om de faciliteit te optimaliseren. Dat is waarom de investering in de uitgebreide digitale tweeling zo belangrijk is voor deze reis. Het stelt diepere inzichten toe van hoe een fabriek draait, helpend om met vertrouwen te investeren in de toekomst van het bedrijf. Geavanceerde robotica is onderdeel van Siemens' Xcelerator portfolio van software, oplossingen en applicatieontwikkelplatform waar vandaag morgen ontmoet 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.