Shopfloor-automatisering verhogen: Precisie, Flexibiliteit & Betrouwbaarheid

Op de machine, bij de machine, tussen machines – de IIoT is nooit ver weg

Flexibiliteit is gekomen in automatisering, misschien als nooit tevoren. En voor industrieën die precisie bewerking, montage en meting vereisen, zijn automatiseringstechnologieën nooit beschikbaarder geweest.

Automatiseringsoplossingen varieren van de hoogste precisie tot productie-geteste betrouwbaarheid en snelheid. Bijna nooit worden technologieën voorgesteld als alles voor iedereen, of proper all solutions to all problems. Het is geen kwestie van je gift kiezen, het is meer het selecteren van de meest geschikte technologie en de ROI kunnen verantwoorden. Getrouwde automatisering als staafvoeders, gantry-loaders, vereenvoudigde pick-and-place opties zijn nooit ver van de voorgrond, maar worden bijgevoegd en in veel gevallen overstegen door nieuwe, snellere robotische technologieën die het voordeel hebben van de veelzijdigheid die IIoT-digitale communicatie aan productie kan brengen.

Precisie in horlogefabrikage leidde tot talloze robots

Volgens Rick Brookshire, groepsproductmanager robots voor Epson America Inc. (Carson City, CA), toen het moederbedrijf, Seiko Epson Corp., 35 jaar geleden robots ontwikkelde voor de productie van eigen horloges, was precisie alles. Vandaag combineert Epson snelheid met precisie in zijn aanbod van meer dan 300 robots in formaten van 175 tot 1000 mm bereik, met payloads tot 20 kg, en herhaalbaarheid tot 5 µm. Typische eerste toepassingen omvatten delen die in je hand passen voor automotive, medisch, elektronica en functies zoals montage, machine-tending, kitting, inspectie en test, en palletiseren in praktisch elke industrie.

De nieuwste toevoeging aan het Epson-robotportfolio, de entry-level Synthis T3 All-in-One SCARA (selective compliance articulated robot arm), werd geïntroduceerd op een prijspunt en met capaciteiten van snelheid en precisie bedoeld om Epson's toepassingen in automotive, elektronica, medische apparaten en consumentenproducten verder uit te breiden.

„Sinds de introductie eind 2017, heeft de T3 acceptatie door de marktplaats gevonden verder dan onze wildste verwachtingen,” zei Brookshire. „De T3 heeft een controller in de arm, verbinding met een PC voor programmeren – allemaal voor een prijs van $7495. Het heeft dezelfde software die we in onze high-end G-serie zes-as robots gebruiken.”

Als Epson's andere SCARA-robots, is de T3 een vier-as robot die van een vlak naar een vlak zal stagen en is gepositioneerd als alternatief voor lineaire glijbanen in de shop. „Lineaire glijbanen moeten continu aangepast worden voor changeovers,” zei Brookshire. De T3, met een 400 mm arm en maximale payload van 3 kg, voldoet aan deze behoefte aan flexibiliteit met snelheid voor efficiënte operatie, integratie in een compact ontwerp, en Epson's RC+ programmeringssoftware.

Robotefficiëntie in compacte verpakkingen

Erowa Technology Inc. (Arlington Heights, IL) heeft een historie in het ontwikkelen van palletisatiesystemen en robots om gereedschappen en werkstukken voor EDM-verwerking aan te kunnen, alsook machine-tending toepassingen voor chipmaking in tandem of in combinatie met EDM-machines. „Een jobshop doet elke dag iets anders. Dat is ons forté: een werkstuk op een pallet zetten en in een magazijn, en een robot het in de machine laten bewegen voor verwerking – of het nu voor één, twee of vijf delen is,” zei Chris Norman, president en COO. „We zitten in een nichemarkt en onze automatisering is ontworpen voor jobshops, vormshops, en korte-looptijd luchtvaartproductieshops, om er een paar te noemen.”

Vraag naar Erowa's automatiseringsproducten is sterk. „Er is grotere acceptatie door shops voor automatiseringsoplossingen vandaag. We hebben groei in automatiseringsverkoop van 10 tot 20% over 2017 ervaren, wat zelf 30% boven 2016 was,” zei Norman. „We zijn niet meer alleen de EDM-liedjes, hoewel we nog steeds veel doen in elektrodeproductie en -handling. Onze tooling wordt in veel verschillende facetten van productie gebruikt. Ons quick-change systeem tussen onze pallets en onze klemmen en toolwisselaars voor snijgereedschappen en elektrodewisselaars op een EDM zijn een vorm van automatisering waar veel bedrijven niet aan denken.”

Programmeren voor zijn robots is vereenvoudigd, volgens Norman. „Onze robots zijn niet moeilijk te programmeren. Er zijn verschillende integratieniveaus. Het meest basale is dat de robot de slaaf is van de machine. We hebben al het interface-werk gedaan en hebben interfaces met alle grote OEMs. Wanneer we komen installeren, roepen we de pallet in de machine op dezelfde manier als je een spindel in de machine roept. Het is eigenlijk één regel code. We hebben een celbesturingssoftware die de machine en robot beheert in plaats van de machinecontroler. Typisch hebben we slechts ongeveer een dag training met de klanten nodig,” zei Norman.

De shopfloor is een drukke plek

De nieuwste EDMs van Makino Inc. (Mason, OH) hebben automatisering voor onbevochten operatie. Ondersteuning komt van HyperConnect, Makino's suite van Industrial Internet of Things (IIoT) applicaties voor EDMs die gebruikerservaring en efficiëntie verbeteren, en machine-downtime verminderen. Beschikbaar op alle Makino EDMs uitgerust met Hyper-i controlsystemen, stelt HyperConnect shopmanagers en operators in staat EDM-processen van elke PC, slim apparaat, of andere Hyper-i controlsystemen op het netwerk te monitoren en besturen.

EDM-operators zitten al met genoeg op de shopfloor. Het laatste wat iemand wil is dat ze heen en weer rennen tussen machines en kantoorruimtes. HyperConnect biedt deze operators toegang tot wat ze nodig hebben om efficiëntie te maximaliseren, of ze nu aan de machine zijn, in hun kantoor of op afstand werken.

De HyperConnect-suite heeft vier primaire connectiviteitsfuncties voor shoppersoneel om EDM-operaties te monitoren, plannen en troubleshooten. Van de vier functies zijn EDM Mail en PC Viewer functies het meest gebruikt. EDM Mail stuurt machinestatusinformatie naar operators via e-mail tijdens onbevochten operatie om downtime te verminderen en multitasking-vaardigheden te ondersteunen. Het kan periodieke, tijdsinterval-updates van de operationele toestand van een machine leveren, of operators waarschuwen bij een machinestop op elk uur.

Processen koppelen is maar een idee ver

Wanneer technologie die door een werktuigmachinebouwer aangeboden wordt, overstijgt in anders ongerelateerde processen, kan automatisering de onverwachte productieve link bieden. Methods Machine Tools Inc. (Sudbury, MA), een leverancier van werktuigmachines, 3D-printtechnologie, en automatisering, maakte een „kwantumsprong” door de processen te combineren om productie in 3D-productie te verhogen. De automatiseringscel combineert additieve productie met robotica en aftrekkende processen met het doel post-processing te bieden voor snelle, hoog-efficiënte afgeronde 3D-deelproductie.

De 20-ft (6 m) Methods-cel bevat een 3D-geprint product in-voerstation, dat 3D-delen op bouwplaten in een FANUC C600 EDM shuttelt dat een snede maakt om de delen deels van de bouwplaten te scheiden. In het volgende station snapt een FANUC-robot de platen van de geprinten delen, en overbrengt de delen naar een FANUC RoboDrill voor een finale bewerkingsoperaties. Robodrills zijn vooral gewaardeerd in shopfloor-omgevingen voor hun zelfstandige en compacte automatiseringsvoetafdruk. Ontworpen voor lights-out productie, vermindert de cel de totale tijd om delen van 3D-printen tot finale post-processing, naar verluidt viervoudigende totale deeldoorvoer terwijl handmatige arbeid wordt geëlimineerd. Methods Machine's 3D-printpartner is 3D Systems Corp. (Rock Hill, SC), de oorsprong van 3D-printen.

Slimme productie betekent IIoT-connectiviteit

Twee werktuigmachinebouwers, Mazak Corp. (Florence, KY) en Murata Machinery USA Inc. (Charlotte, NC), hebben samengewerkt om een slim productiesysteem te ontwikkelen door Mazak's bewerking, automatisering en slimme technologieën te combineren met het Muratec geautomatiseerde hoog-dichtheid opslag- en ophaalsysteem. Het resulterende Mazatec SMS (smart manufacturing system) biedt onbevochten, lights-out productie en hoge output alsook IIoT-connectiviteit.

Het Mazatec SMS koppelt meerdere Mazak horizontale bewerkingscentra en/of multitasking-machines met een Muratec verticaal-georiënteerde voorraadtype-systeem dat pallets, een materiaalemmer en een hoge-snelheid voorraadkraan heeft. Om aan elke fabrikant's specifieke productie- en vloerruimtebehoeftes te voldoen, kan het modulaire systeem tot 150 voorraden (in verschillende formaten) in een zes-niveaus configuratie hebben die de ruimte-efficiëntie aanzienlijk vergroot.

Mazak's SmartBox IIoT-technologie en Smooth PMC productiebeheersoftware zijn kerncomponenten van de SMS. Muratec's geautomatiseerde systeem regelt alle interconnect en synchroniseert met een fabrikant's ERP/MRP-host en MES. Als resultaat is de Mazatec SMS ontworpen om een slimme fabrieksoplossing te worden voor procescontrole, monitoring en optimalisatie om een verscheidenheid aan werkstukken – zelfs in kleine lotgroottes – met hoge efficiëntie te produceren. De Mazatec SMS kan diverse formaten en typen werktuigmachines in hetzelfde geautomatiseerde productiesysteem integreren. Periferieapparatuur voor de Mazatec SMS omvat individuele stations voor laden en centreren, kantel-laden, optillen en dalen laden, werkopstelling en deelafwerking. Naast het voorzien van de werktuigmachines met werk, behandelt de voorraadkraan van het systeem de algehele input van ruwe delen en de output van afgeronde delen.

Automatisering hangt af van software, IIoT-focus

Shop Floor Automations (SFA; La Mesa, CA) gespecialiseerd in productie-automatiseringssoftware die shops voorziet van machinemonitoring, CNC-netwerken (DNC-software), tooltracking, en productiedatamanagement. „Onze geavanceerde technologieën werken met protocollen als MTConnect, OPC UA, Okuma Thinc, Modbus, en FANUC FOCAS,” zei Guy Barrow, account executive. „Onze oplossingen zijn succesvol voor CNC-machineshops, fabricageshops, vormshops, en elke shop die te maken heeft met het productieproces. Shops omvatten die [hoge volumes van luchtvaartonderdelen, medische onderdelen, vuurwapens, en auto-onderdelen produceren, alsook gecombineerde productie/jobshops.”

Volgens Barrow willen SFA's klanten oude media op de shopfloor elimineren zonder hun machines te vervangen. Ze gaan draadloos en vervangen diskettestaties. „Terwijl programma-overdrachten en CNC-revisiebeheer nodig zijn, zou ik zeggen dat machinemonitoring nu populair is voor ons. Machine-efficiëntie is erg belangrijk voor klanten. We hebben ingenieurs ter beschikking om oplossingen te customiseren die passen bij de behoeften van de klant's productiebezorgdheden. Shops willen investeren in Industrie 4.0 en IIoT-standaarden, dus dat heeft een positief effect op ons productmix. We testen altijd nieuwe oplossingen om de issues voor klanten op te lossen van alternatieve programma-overdracht communicatie/beheermethoden, machine-utilisatie verhogen, revisiebeheer, papierloos worden, en betere audit-voorbereiding. Het helpt ze ook andere doelen te bereiken, zoals ISO-certificering, lights-out productie, en integreren met andere oplossingen, zoals ERP-software.”

Klein-schalige automatisering met grote capaciteit

Een combinatie van bewerkingscentra met pallethandelingssystemen heeft zich bewijzen als goed voor een automatiseringssysteem voor kleine-schalige series tot batchgrootte van één. Om die reden heeft Liebherr Automation Systems Co. (Kempten, Duitsland; en Saline, MI) zijn automatiseringsproductaanbod uitgebreid met de PHS Allround. Doelstellingen van het intelligente automatiseringssysteem zijn hogere efficiëntie en eenvoudige bediening onafhankelijk van de grootte en het gewicht van het deel. Het systeem verplaatst de opstelling van de werkstukken van de machine naar een aparte opstelstation en slaat de voorbereide werkstukken op in een intermediaire opslagruimte. De voorbereide werkstukken die in het systeem opgeslagen zijn, compenseren voor korte en lange machinelooptijden, en staan shifts toe met heel weinig of zelfs geen bemanning, wat weer eenheidsprijzen optimaliseert tot 20%.

Liebherr ontwikkelde de compacte klasse PHS Allround voor universele gebruikers. Volgens het bedrijf sluit de PHS Allround de kloof tussen Liebherr's entry-level RLS rotatieladingssysteemoplossing en de individueel configureerbare PHS Pro pallethandelingssysteem. Het PHS Allround pallethandelingssysteem stelt een grote groep gebruikers in staat om in flexibele productie te gaan in combinatie met vier- en vijf-as bewerkingscentra. Het nieuwe modulaire concept in drie gewichtsklassen voor belasting tot drie ton is flexibel en kan individueel geconfigureerd en uitgebreid worden. Dit correspondeert met palletformaten van 500 x 500 mm tot 1000 x 1000 mm.

Custom automatisering richt zich op secundaire operaties voor AR-15 loopverlengingsdeel productiecel

Hydromat, een naam die synonym is met hoge-volume productie op de shopfloor, heeft een custom in-process cel ontworpen en gebouwd om extra handling en secundaire operaties te elimineren voor een loopverlengingsdeel voor de populaire AR-15 stijl geweer. Vroeger zou dit deel op meerdere machines geproduceerd zijn.

De oplossing werd geleverd met Hydromat's EPIC machine technologie met toegevoegde automatisering en bewerkingsprocessen. Het engineering-team van Hydromat bedacht een proces dat het werk zou doen zonder enige operaties buiten de cel – van ruwe staaf tot voltooide deel.

Hydromat-ingenieurs stelden een Barrel Extension OP 10 / 20 / 30 productiecelproces voor. Deze oplossing omvat een uitgang van de Hydromat EPIC machine naar een custom-geïntegreerde Op 20 broach/coin/deburr vier-station transferprocescel voordat teruggekeerd wordt naar de Hydromat machine voor Op 30 deelafwerking. Tijdens het bewerkingsproces wordt het deel uit de machine gehaald, in een aparte cel gebroacht, en vervolgens teruggekeerd naar het draaiende transferproces om af te werken. De EPIC 32/45-16 draaiende transfermachine omvat volledige integratie met robotautomatisering en een Op 20 cel.

OP 10 start met een bundel staafvoeder die de staaf in een klem voedt en afsnijdt op station één. Het deeblank wordt van station twee tot acht bewogen met specifieke bewerkingsprocessen op elk voor de features op de eerste kant van het deel. Op station negen van de EPIC-machine wordt het deel geëxtraheerd met de eerste FANUC-robot uit de klem en in een open positie op het voertablet in de Op 20-procescel geplaatst. De tweede robot pakt het deel met een van de Schunk-dubbele klemmen en plaatst het in de klem op positie één van de tafel in de cel.

Na laserverificatie van de positie, wordt het deel overgebracht naar het tweede station. Het deel wordt uit de klem gehaald door een pneumatisch transfersysteem en in de broach-procespositie geplaatst waar de broachmachine zijn werk doet.

Ty Miles Inc. (Westchester, IL) leverde de broachmachine en tooling voor de operatie. Eenmaal de broaching voltooid, verplaatst het pneumatische transfersysteem het deel in de klem voordat het naar de derde positie voor coining wordt geweid.

Het deel wordt vervolgens overgebracht naar de vierde positie voor een finale deburr-broach-stap voordat het terugkeert naar positie één om gelost te worden en in een open positie in het lossentablet geplaatst te worden. Vanuit deze positie wordt het deel teruggekeerd naar de Hydromat EPIC machine voor Op 30 in stations 9H tot 16H voor bewerking van features op de tweede kant van het deel. Eenmaal compleet, extraheert nog een FANUC-robot het voltooide loopverlengingsdeel uit de klem en plaatst het op een transportband voor verwijdering. Met een cyclus tijd van 15,0 seconden, levert het proces 240 delen-per-uur productie van staafmateriaal tot voltooiing van de vereiste bewerking van het deel. Na warmtebehandeling, maakt een slijpproces het deel marktklaar.