Digitalisering Drijft 20% Toename in Auto-Onderdelen Celproductie

Toename in grootte en hoeveelheid van zijn orders leidde tot uitbreiding van de operaties van de in Wisconsin gevestigde autonderdelenfabrikant Felss Rotaform LLC (New Berlin, WI) door een nieuwe dual-robot machine-tending cel. Het bedrijf is een leverancier van precisie-onderdelen met behulp van zijn rotatoire swaging, axiale vorming en buis-eindvormingsprocessen. Om de continue procesverbeteringsdoelen van het bedrijf te halen, moest de nieuwe cel veiliger, sneller en flexibeler zijn dan de vorige productiecellen.

Om de complexe aard van de automatisering aan te pakken, nam het bedrijf contact op met Siemens en systeemintegrator IAS Inc. (New Berlin, WI) vanwege hun track record in innovatie en expertise in geïntegreerde robotica- en besturingstechnologieën. Zes maanden later vond Felss Rotaform zich een gedigitaliseerde, geïntegreerde productiecel aan het bedienen die de productiviteits- en winstgevendheidsrecords van het bedrijf brak.

Terwijl ze de eisen voor hun next-generation robotics-cel bekeken, had Felss Rotaform verschillende doelen. Ten eerste, wilde het de productiviteit verhogen door nieuwe high-speed PLC's in te zetten om kortere volledige-cyclus omlooptijden voor elk individueel onderdeel te bereiken.

Ten tweede, wilde het een geavanceerdere veiligheidssolutie verkennen die betere controle verzekerde over wie de cel binnenkwam. In de oudere cellen kon een machine per ongeluk aangezet worden toen een onderhoudspersoon in de cel was, wat die individu in gevaar bracht voor letsel. Om dit te vermijden, wilde Felss Rotaform een geautomatiseerd proces om te garanderen dat de cel leeg was na herstart.

Ten derde, wilde het meer flexibiliteit voor cel-omstellingen, wat het bedrijf in staat zou stellen om een meer divers productaanbod voor klanten te testen en te leveren. De oudere cellen vereisten dat de hele cel herprogrammeerd werd elke keer dat een nieuw proces uitgevoerd werd, wat dagen kon duren.

Felss Rotaform's initiële doel was een 48-seconden volledige-cyclus omlooptijd voor elk onderdeel in de nieuwe cel (verreweg sneller dan enige van de oudere cellen). Het ontwerp en de implementatie van de oplossing versnelde het complete onderdeelproductieproces tot 38 seconden, een efficiëntieverbetering van 20%. Eenmaal de nieuwe cel geïmplementeerd, daalde downtime van dagen naar uren voor complexe omstellingen en, voor typische geplande omstellingen, wat er acht uur deed, duurt nu slechts 15 minuten, volgens Chad Due, Felss Rotaform elektrisch controls engineer.

"Deze nieuwe cel kan in twee shifts produceren wat voorheen drie nodig had. Hierdoor kunnen we 600 extra onderdelen over een 24-uurs periode produceren. Bovendien is de winstgevendheid van de cel met 13% gestegen," zei Due.

Richard Parkhurst, Siemens account manager, wist dat IAS sterk gepositioneerd zou zijn om Felss Rotaform's doelen te bereiken. "Sommige integrators doen strikt softwareontwikkeling en anderen zijn bekwamer in het bouwen en assembleren van hardware. IAS bracht een combinatie van alle benodigde vaardigheden en expertise, inclusief robotica- en veiligheidstechnische mogelijkheden," zei hij.

IAS erkende dat Siemens-producten cruciaal zouden zijn om Felss Rotaform haar doelen te helpen bereiken door de vereiste snelheid, betrouwbaarheid, flexibiliteit en veiligheid te bieden. Bijvoorbeeld, een Ethernet-gebaseerde Siemens PROFIsafe gedigitaliseerde communicatie-backbone was in de cel ontworpen om machine- en perimeterveiligheid te controleren. Veilige communicatie wordt geboden tussen de diverse PLC's en robots. PROFIsafe relais statusinformatie van de apparaten binnen de cel naar de hoofdd PLC en biedt een groot voordeel ten opzichte van oudere technologie omdat zowel standaard- als veilige communicatie plaatsvinden via een enkel bussysteem.

Alle sensoren en actuatoren binnen de PROFIsafe-oplossing kunnen vrij geprogrammeerd worden binnen het gedistribueerde veiligheidsconcept, ongeacht hun I/O-station. Deze flexibiliteit stelt operators in staat om actuatoren selectief uit te schakelen. Andere voordelen omvatten fail-safe communicatie, geavanceerde diagnostiek en hot-swapping mogelijkheden, die helpen downtime te verminderen.

Siemens Simatic S7-1500 PLC's met ingebouwde Profinet-interface speelden ook een grote rol in het verhogen van operationele snelheden. De high-speed backplane bus, met zijn hoge baudrate en efficiënt transmissieprotocol, levert een cruciale prestatievoordeel voor snelle signaalverwerking.

Volgens Simon Vancina, de IAS-applicatie-engineer en hoofd robotica- en PLC-programmeur, "was de S7-1513F PLC een geweldige keuze voor dit project vanwege zijn snelheid, bereik van beschikbare I/O-uitbreidingskaarten, programmeerbare veiligheidscontroller-functionaliteit, relatief compacte vormfactor en lage kosten."

Siemens' TIA Portal speelde een cruciale rol in het besparen van tijd en engineering-bronnen bij het programmeren van alle PLC's en HMI's. Het gebruik van de TIA Portal verkort de time-to-market door middel van simulatietools, programmeerproductiviteitstools en additionele diagnostiek.

"TIA Portal laat me code schrijven zoals ik het wil schrijven en van de ene programmeertaal naar de andere schakelen wanneer ik dat nodig heb," zei Vancina. "Bijvoorbeeld, met TIA Portal kon ik Ladder Logic kiezen om simpele logische secties makkelijker leesbaar te maken, en dan in de volgende regel code overschakelen naar iets als Structured Text om complexere procescontroles of berekeningen te implementeren. Bijna alle PLC's staan het gebruik van de diverse IEC 61131-3 programmeertalen toe, maar TIA Portal laat je ze op een unieke en effectieve manier combineren. Dit is een erg handige functie die ons in staat stelt onze code-ontwikkelingstijd te verminderen en ons in staat stelde om dit systeem veel sneller online te krijgen."

Met het geïmplementeerde project zag Felss Rotaform direct voordelen buiten de kern doelen. Grote autofabrikanten zijn altijd op zoek om nieuwe producten te testen. Ze rekenen op hun leveranciers om hen in het testproces te assisteren. De meest responsieve leveranciers in de testfase worden vaak beloond met nieuwe business.

De nieuwe productiecel bij Felss Rotaform was ontworpen met producttesten in gedachten. Het kan zes verschillende nieuwe onderdeelnummers in een week draaien, wat een hele maand op een andere cel kost.

De nieuwe cel is ook veel geavanceerder in haar vermogen om defecte onderdelen te detecteren. Voor fabrikanten als Felss Rotaform speelt traceerbaarheid een sleutelrol in het verminderen van operationele kosten. De cel kan helpen defecte onderdelen te voorkomen dat ze worden verzonden door defecte onderdelen te detecteren en ze in een aparte bak te plaatsen, zelfs de cel te stoppen en de operator te waarschuwen als defecten te frequent voorkomen. Als een defect onderdeel wordt verzonden en door de klant gevonden, kan dat de terugkeer van een gehele zending betekenen, wat de leverancier honderdduizenden dollars kan kosten.

IAS en Siemens testen momenteel twee vergelijkbare robotcellen die in 2018 geïmplementeerd zullen worden en betere onderhoudsbijhouding voor meer geavanceerde digitale productie zullen omvatten. Het nieuwe systeem volgt hoe lang een machine al draait en geeft aan wanneer cruciale onderdelen hun geprojecteerde cyclus-tijd drempels benaderen.

Een oplossing die verkend wordt, is MindSphere, een cloud-gebaseerd open Internet of Things (IoT) besturingssysteem dat fungeert als een verbonden platform met apps die een reeks functies bieden, zoals het verminderen van beveiligingsrisico's en het verbeteren van de beschikbaarheid van verbonden machines en installaties.

Daarnaast zal het nieuwe systeem voorspellende analyse incorporeren om een waarschuwing over potentiële problemen naar de master control van een cel te sturen. "Het nieuwe systeem vertelt je wat vervangen moet worden en wat voor type onderdeel het systeem nodig heeft. Je scant het onderdeel voordat je het installeert en het vertelt je of het het juiste onderdeel is voor die machine," zei Vancina.

Voor meer informatie van Siemens, ga naar www.siemens.com, of bel 847-640-1595; van IAS, ga naar www.iasworldwide.com, of bel 866-243-2402.