Non-Automotieve Productie Neemt Robotica Aan om Efficiëntie en Flexibiliteit te Boosten

Maar robots zullen productie misschien nooit volledig laten draaien.

Goedkopere robots met meer functies, samen met meer flexibele werkcellen en installaties die robotica faciliteren, versnellen de groei van geautomatiseerde productiefaciliteiten in de non-automotieve sector. Ideeën over of robotica en automatisering leiden tot lights-out productie op de shopfloor, zijn gemengd.

Terwijl het totale aantal verkochte units en omzet voor robotica in 2018 daalde, groeiden industriële robotorders daadwerkelijk 24% ten opzichte van het vorige jaar in de life sciences, voedsel en consumentengoederen, kunststof en rubber en elektronica industrieën, volgens de Robotics Industries Association.

Er zijn veel redenen voor de groei — onder andere zijn robotische systemen eenvoudiger te installeren, in een automatiseringssysteem te integreren en te programmeren.

Bijvoorbeeld, de benadering van Zwitserland-gebaseerde ABB is om een reeks gestandaardiseerde, modulaire automatiseringsoplossingen te produceren vs. het ontwerpen en engineeren van maatwerk werkcellen voor elk van haar klanten.

"Al dat snijden de tijd terug omdat we niet weken of maanden besteden aan ontwerpen en engineeren," zei Dwight Morgan, vicepresident verkoop en marketing voor ABB USA Robotics, Auburn Hills, Mich. "Dus, binnen alle applicaties waarin we ons bezighouden, zoals machine tool tending of verpakken, hebben we een familie van standaardoplossingen die ons in staat stellen om echt snel te bewegen en korte levertijden te vestigen."

FANUC America Corp., Rochester Hills, Mich., biedt mobiele robots die op wielen gezet of met een heftruck opgepikt en geplaatst kunnen worden.

"En, typisch, zijn ze een beetje meer zelf-bevattend, dus er zijn minder verbindingen op ze," zei Rick Maxwell, engineering-directeur voor het general industry en automotive segment.

Maxwell's collega John Tuohy, executive director van globale accounts, zei dat FANUC ook een aantal klanten heeft die geïnteresseerd zijn in semi-autonome lift-ondersteuning.

"In een vorm van samenwerking, heeft FANUC de mogelijkheid om elk van onze robots aan te passen aan een lift-ondersteuningsapparaat vergelijkbaar met wat men zou zien met een tegengewicht of lift-ondersteuningsapparaat in een fabriek vandaag," zei Tuohy. "Een operator manipuleert de robot handmatig in de gewenste positie, voltooit de taak, en stuurt de robot terug om een ander onderdeel autonoom op te pikken."

Tom Fischer, operatiesdirecteur voor RobotWorx, Marion, Ohio, een bedrijf dat ABB, FANUC, Kuka en Motoman robots verkoopt en in werkcellen integreert, zei dat vooruitgang in Ethernet-communicatie vs. analoge opstellingen het veel gemakkelijker heeft gemaakt om meerdere functies (zoals interacteren met andere robots, human-machine interfaces en drukknop-operatiestations) van de robot tegelijkertijd te gebruiken.

"Je kunt meerdere signalen tegelijk doorgeven in plaats van elk signaal individueel op te draaien," zei hij. "Het is gewoon een simpele plug en dan je Ethernet I/O instellen."

Er is ook een menselijk factor die het installeren van robots gemakkelijker maakt, zei Fischer. "Ik denk dat we aan een generatie komen die elektronica beter begrijpt, en door hun ervaring met videogames meer handig zijn in het controleren van dingen met een toetsenbord (of een robotische teach pendant) vs. direct," zei Fischer. "Ze kunnen die ervaring toepassen op robotica."

Bij MC Machinery Systems Inc., is downstream robotica het volgende grote ding. De Mitsubishi Corp. dochter is gevestigd in Elk Grove Village, Illinois, en verkoopt wire EDMs, freesmachines en lasersnijders, en integreert ze in geautomatiseerde lijnen.

"Je pakt een onderdeel, je pikt het op, je stapelt het correct en het beweegt naar een plek waar robotica het naar een aparte locatie kan verplaatsen," zei Jason LeGrand, automatiseringsspecialist. "Misschien beweegt het door een time saver machine of een flattener of een persbrem. Dat is het volgende grote ding en we hebben letterlijk vergaderingen met integrators om te achterhalen wat hun vereisten zijn om dit te laten gebeuren."

Downstream robotica faciliteren is Mitsubishi's acquisitie in 2018 van Astes4, een Zweeds bedrijf dat de Astes4Sort maakt, een flexibel productiesysteem ontworpen voor sorteren.

"Ze zijn absoluut, zonder twijfel, op de snijvlak van geautomatiseerde onderdeel-sortering van een industriële laser," zei LeGrand. "Hun functie is de volgende stap waar we onze laserautomatisering naartoe moeten nemen. De Astes4Sort neemt de afgeronde onderdelen die eruitkomen en stapelt ze hoe het ook verteld wordt om te doen; dat, en in zichzelf, wordt erg aantrekkelijk voor eindgebruikers."

De onderdelen worden gestapeld en gepallettiseerd, klaar voor de volgende stap in het productieproces. "Dat maakt het veel gemakkelijker om een robotische operatie op de back-end te integreren omdat we weten dat er een stapel van gelijke onderdelen is, één op de ander, in dezelfde oriëntatie," zei LeGrand. "Dat is de eerste stap om een robot toe te staan om het daarvandaan te nemen en naar de volgende operatie te gaan zonder een duurder visiesysteem of zoiets te hoeven hebben."

Zijn Robotprijzen Aan Het Vlakken?

Historisch zijn robots goedkoper geworden, maar volgens anekdotische informatie zijn prijzen gevlatteerd terwijl waarde is gestegen.

Over de afgelopen 30 jaar is de gemiddelde prijs van een industriële robot gehalveerd, volgens globale managementconsultant McKinsey & Co. De gemiddelde verkoopprijs van industriële robots daalde van $63.000 in 2009 tot $45.000 in 2018, volgens statista.com.

De website van RobotWorx, die nieuwe en gereconditioneerde robots verkoopt, rapporteert dat nieuwe industriële robotica, compleet met controllers en teach pendants, kosten van $50.000-$80.000. Typisch kosten gereconditioneerde robots half zoveel als nieuwe robots, volgens RobotWorx.

In het recent verleden is de prijs van robots echt niet gedaald maar robotica-bedrijven hebben meer functionaliteit toegevoegd, zei RobotWorx's Fischer.

Een voorbeeld van verbeterde functionaliteit is in de human-machine interface, zei hij. "In het verleden moest je een secundair accessoire opdraaien om als HMI te gebruiken," zei hij. "Nu voegen bedrijven zoals FANUC dat toe in hun software zodat het vanaf hun pendant gedraaid kan worden."

Een ander voorbeeld van toegevoegde functionaliteit is te zien in collaboratieve robots, zei hij. "Hun grootste gebruik is in machine tending, dat is de hit op dit moment," zei hij. "Je kunt een operator in de werkcel hebben met de robot die zij-aan-zij werkt."

FANUC's Maxwell was het eens met het functionaliteitaspect. Net als in de computerindustrie, waar je niet per se minder betaalt voor een laptop maar meer voor je geld krijgt, als je dezelfde prijs betaalt voor een robot krijg je significant meer functionaliteit eruit. Robots vandaag zijn sneller, hebben meer rekenkapaciteit, meer verwerkingskracht, en/of een hogere payload, zei hij.

MC Machinery's LeGrand was ook het ermee eens. "[Robots zijn] beter geschikt voor een bredere verscheidenheid aan applicaties," zei hij. "Als resultaat gebruiken fabrikanten ze voor meer. Wat er gebeurt is dat fabrikanten een stapel onderdelen nemen die goed gesneden zijn en ze worden geleverd aan een plek waar robots ze kunnen bereiken.

"Nu zeggen fabrikanten 'Wat kan ik vanaf dit punt met een robot doen om de operatie te stroomlijnen en het een herhaalbare cyclus tijd te geven zodat we effectief productie kunnen plannen,' en zo voort," vervolgde hij.

Gebruik Je Handen

Eenmaal fabrikanten hebben geïdentificeerd wat robots kunnen doen om operaties efficiënter te maken en ze op hun plantvloer geïnstalleerd, kunnen die fabrikaten profiteren van meer intuïtieve en gebruiksvriendelijke software om ze te programmeren.

"Er is een enorme inspanning geweest doorheen ons bedrijf alsook doorheen de gehele industrie om het gebruik en programmeren van automatisering intuïtiever te maken met dingen als handgeleiding, menu-programma's, dat soort dingen," zei Maxwell. "Wat je zult vinden is dat veel van de fabrikanten, en FANUC in het bijzonder, basis, gemakkelijk-te-gebruiken, menu-gedreven opties hebben. Onze iHMI zal je lopen door hoe programma's te genereren. Het is grafisch, en echt vrij simpel."

Eenmaal de robot geprogrammeerd en werkend, hebben robotica-bedrijven het gemakkelijker gemaakt om te migreren van basisprogrammering naar meer ingewikkelde taken om de verhoogde functionaliteit van de robot te integreren, afhankelijk van de taak, zei Maxwell.

Robotfabrikanten zoals FANUC en ABB hebben ook handgeleiding voor programmeren toegevoegd. Voor een pick-and-place operatie, leert de operator de robot een positie door een handvat te grijpen en het end-of-arm tooling (EOAT) te slepen naar waar een onderdeel is, dan het EOAT naar een vrije positie slepen, dan het over een doos slepen. De oude manier om dezelfde taak te leren zou zijn om de teach pendant van de robot te gebruiken en verschillende knoppen voor de X, Y, en Z-assen in te drukken om de robot in positie te krijgen.

"Nu ben je klaar om te draaien," zei Maxwell. "In die drie of vier stappen heb je de robot geleerd wat te doen. Dus, het is veel intuïtiever, en veel gemakkelijker te gebruiken."

ABB's YuMi, een tweearmige robot volledig geïntegreerd met visie, vacuüm-grepen, twee typen mechanische grepen, en krachtcontrole, kan ook met handgeleiding geprogrammeerd worden. "Het is als je kind leren hoe te fietsen," zei Morgan.

Gemeenschappelijke toepassingen voor YuMi zijn materiaalhantering, assemblage, verpakken, en voedselproductie. "Als je een YuMi uit de doos haalt, is het klaar om te gaan," zei Morgan. "Het heeft twee armen, dus de ene kan een fixture zijn om een onderdeel vast te houden en de andere een werkende hand. Je hebt geen band nodig, je hebt geen pallet nodig, je hebt geen fixture nodig."

Geen Echte Lights-Out Situaties?

Het gebruik van lights-out productie is belemmerd door onderdeelhantering en logistiek-kwesties, maar gedetailleerde planning, het Industrial Internet of Things (IIoT), en functies nog in ontwikkeling, zoals kunstmatige intelligentie (AI), beloven ze te overwinnen. Dan weer, complete lights out is misschien niet het antwoord, zei één fabrikant.

Voor iedereen die enige automatisering heeft, is lights out het doel, zei LeGrand. In zijn bedrijfs werkcellen is het idee om de laser zoveel mogelijk aan te houden.

"Iedereen beweegt ernaartoe," zei hij. "In jaren verleden, met automatiseringssystemen en, nog belangrijker, de programmeringstechnieken en machineconfiguraties, waren ze niet helemaal ingesteld voor echte lights out. Er waren veel onderdeel-opstootjes en dingen die de machine zouden stoppen met draaien. We hebben allemaal geleerd van onze fouten."

LeGrand zei dat lights out afwegingen kan vereisen, vooral als operators dynamische nesting doen waar elke nest uniek is. Dit is gemeen vooral in contractwinkels.

"En in veel job shop situaties geloven ze dat lights out niet op hen van toepassing is," zei hij. "Ze kunnen het doen, echter — ze moeten de nesting, de programmering, alles een beetje anders benaderen. Ze moeten een andere set parameters gebruiken om te snijden."

Het is misschien niet de snelste manier om te snijden, maar langzaam en constant wint de race in lights out, zei LeGrand.

"Het moet consistent bewegen zonder te stoppen. Dus misschien wordt de onderdelafstand een beetje groter, misschien wordt het tikken om de onderdelen van opstooten te weerhouden een beetje agressiever."

Als resultaat kunnen zijn klanten eindigen met twee verschillende programma's voor machines van MC Machinery; één voor lights out, en één voor bemande operaties.

FANUC's Maxwell was het ermee eens dat lights out de toekomst is en een doel blijft voor verschillende van zijn klanten. "We hebben redelijk goed succes gezien voor het draaien van heel lange perioden," zei hij. "Misschien een shift, misschien een shift en een half, maar doorheen het productieproces zijn er nog gebieden waar ze moeten binnenkomen en bepaalde dingen doen. Waar het succesvol is geweest is meestal derde shift, tweede tot derde shift."

Dat is omdat lights-out operaties niet alleen afhankelijk zijn van de automatisering, maar ook van andere machines en processen, zoals materiaalhantering. Logistiek is belangrijk, zei hij, en als ze niet goed gepland zijn, kunnen tekorten aan materiaal opduiken.

Maxwell's advies aan iedereen die op onbemande operaties uit is, is om eerst hun operaties te analyseren en ze op te breken in discrete stappen. Dan, overwegen wat er mis kan gaan binnen elke stap en bepalen hoe dat probleem opgelost kan worden zonder een operator.

Enkele werknemers aan de hand hebben zal altijd noodzakelijk zijn, zei RobotWorx's Fischer. "Lights out is een soort van misnomer voor productie," zei hij. "Er is echt geen echte lights-out productiesituatie. Je hebt altijd enige ondersteuning. Maar bedrijven gaan naar skeleton crew automatisering."

Op dit moment is het nog steeds noodzakelijk om essentiële mensen te houden om de lijn te ondersteunen, zei hij; niet noodzakelijk operators maar onderhoudstechnici en robot-technici voor ondersteuning in geval iets kaptaat of reparatie nodig heeft.

"Wat de trend naar lights-out operaties mogelijk maakt is het gebruik van robots voor machine tending en materiaalhantering," zei Fischer. "De toekomst is AI en het IIoT."

Het IIoT stelt alerts in om naar een remote locatie te sturen voor een werker om te monitoren en in te grijpen in het geval van een probleem door onderhoud te plannen en zou hem in staat stellen om productiecijfers bij te houden. AI is meer voorspellend en stelt een robot in staat om op eigen initiatief aanpassingen te maken.

Robotica AI is in ontwikkeling, en nog niet beschikbaar in enige robot, zei Fischer. "Alle OEMs werken eraan als R&D-projecten, maar geen van het bestaat nog," zei hij. "Misschien zien we het in de volgende vijf tot tien jaar."

Een ander groot probleem dat echte lights out tegenhoudt is onderdelenkwaliteit, zei Fischer.

"Als je een assemblageproces doet, een letselproces, tenzij je onderdelenkwaliteit spot-on is, loop je in kwesties die alleen een persoon kan identificeren vanuit een kwaliteitsoutput of een reparatie- en onderhoudsperspectief," zei hij. Automotive fabrikanten moeten visuele inspectie van veiligheidslassen hebben om te garanderen dat de lassen correct geplaatst zijn en vrij van defecten. Een camera is te beperkt om de inspectie te doen, voegde hij toe.

ABB's Morgan heeft zijn focus verlegd van lights out naar Industrie 4.0. "Je weet, we zijn al decennialang in het robotbusiness, en ik zou zeggen de term 'lights-out productie' werd bijna gezien als de Heilige Graal van geautomatiseerde productie," zei hij. "Mensen dachten over eenmaal je je proces en je business op dat niveau krijgt, heb je het gehaald."

Terwijl anderen zich richten op lights out, heeft ABB zijn zichten gericht op de fabriek van de toekomst en Industrie 4.0, met een flexibele, ademhalende productiefaciliteit die kan opereren in low-mix, high-volume alsook high-mix, low-volume werk.

"Als je kijkt naar traditionele high-volume producten zoals cellulaire telefoons, kijk gewoon naar hoeveel kleuren en geheugenconfiguraties je kunt kopen, bijvoorbeeld, een Samsung Android telefoon vandaag," zei Morgan. "Dat is wat we vandaag in productie zien."

Ganz nieuw is het geïntegreerde ecosysteem waar de gehele automatiseringsconfiguratie geïntegreerd is in klantbehoeften zoals snelle levering. Bijvoorbeeld, zei Morgan, een contactlenzenfabrikant kan miljarden zachte contactlenzen produceren, maar nu heeft het een e-fulfillment operatie in de plant met geïntegreerde levering en logistiek bedrijven zoals FedEx on-site.

"We zien een grote focus naar wat je ook je geld uitgeeft als fabrikant, het moet betrouwbaar en beschikbaar zijn met een enorme focus op overall equipment efficiency," zei Morgan. "Het wereldklasse OEE-nummer van vroeger van 80-85% is nu een zeer lage drempel en om wereldklasse te zijn vandaag, beginnen ze met 90%. Het gaat om efficiëntie op elk niveau. Dat betekent een collaboratieve robot die naast een operator werkt in een productieomgeving, en het is allemaal digitaal verbonden."