Geavanceerde robotica revolutie in de industriële productie

Customisatie en flexibiliteit zijn twee van de het meest gebruikte termen in de industriële productie op dit moment. Klanten willen iets gemaakt dat specifiek 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 zeer kleine series.

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

Een flexibel en geautomatiseerd (zelfs autonom) productiesysteem is de Heilige Graal voor veel fabrikanten die de uitdaging van groeiende productcomplexiteit willen overwinnen en tegelijkertijd voldoen aan eisen voor meer customisatie. De mogelijkheid om productie snel van het ene product naar het andere te schakelen, zal een kennmerkende eigenschap zijn van bedrijven op de weg naar lotgrootte 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 misschien wel of niet het probleem oplost, zoeken veel bedrijven naar een flexibele aanpak van productie. Hoe kunnen fabrikanten meerdere producten efficiënt maken met minimale veranderingen op de shopfloor tussen producten?

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

De Reis Naar Geavanceerde Robotica

Veel shopfloors vertrouwen op bandtransportnetwerken om alles van rauwmateriaal tot eindproducten te transporteren. Maar deze netwerken zijn niet ontworpen om duizenden verschillende producten te hanteren die naar constant veranderende locaties moeten in een multi-product productieproces. Wat als een bandtransportssysteem 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 (AGV's) en autonomous mobile robots (AMR's) in combinatie met een geavanceerd software, oplossingen en applicatie-ontwikkelplatform.

Doel van het gebruik van de robots is meestal om materiaal van punt A naar punt B te leveren met relatieve gemak. Maar het is niet zo simpel als alleen AGV's of AMR's in een faciliteit introduceren. Veel van de investeringswaarde komt uit de optimalisatie en coördinatie van de geavanceerde robotische technologieën. In onze ervaring is het helpen van bedrijven bij het adopteren van geavanceerde robotica in hun productieprocessen een reis van vier stadia.

Stadium één, of de Beginner-fase, wordt gekenmerkt door het gebruik van vaste automatiseringsrobotica of soortgelijke technologieën waarbij de meeste operaties handmatig geprogrammeerd zijn. Alle procesplanning wordt gedaan door een mens, mogelijk met behulp van software, en de taken worden dan toegewezen aan specifieke robots om op specifieke locaties en tijden te functioneren. Deze aanpak werkt goed bij hoge volumes, wanneer wijzigingen of aanpassingen aan een productielijn tot een minimum worden beperkt. Omdat elke actie van een robot op dit stadium expliciet gespecificeerd is, moet de robot offline gehaald worden wanneer wijzigingen vereist zijn en handmatig herprogrammeerd. Dit beïnvloedt productietijden negatief.

Het tweede stadium is voor Ervaren en is vandaag de dag het meest voorkomende stadium voor industriële fabrikanten. Het wordt gekenmerkt door het gebruik van de digitale tweeling voor complete systeemvalidatie en voor het bouwen van besturingsalgoritmen voor de gehele productielijn. Het benutten van een digitale tweeling van de productie biedt diepe inzichten in hoe men in latere stadia van de reis moet voortgaan door de simulatie van de hele faciliteit. Significante productiviteitsverbeteringen op dit stadium kunnen bereikt worden door gelijktijdig meerdere robots bij te werken die van dezelfde programmeerbare logische controllers afgaan, wat downtime op de shopfloor vermindert.

Voortschrijdend naar het derde of Pionier-stadium, kunnen fabrikanten meer van het productieproces automatiseren. 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 proceswijziging te accommoderen aanzienlijk. Eenvoudige commando's kunnen gebruikt worden om de robot automatisch aan te passen op basis van een gesloten-lus kalibratie tussen de fysieke omgeving en de digitale tweeling.

Het eindstadium, genaamd het Visionair-stadium, is waar geavanceerde robotica-initiatieven hoogst autonoom worden, met bijna complete autonomie van de robots. Dit is ook waar AGV's en AMR's hoogst effectief worden, statische bandtransporten en een lineair procespad vervangend door geavanceerde, mobiele robotica. Nu kunnen productiewijzigingen bijna zo simpel zijn als het invoeren van het aantal benodigde producten en hoeveel variaties er nodig zijn. Op basis van die informatie zal het systeem het optimale pad bepalen om de gewenste lot te produceren.

Software bepaalt nu hoeveel onderdelen er nodig zijn uit opslagruimte B, of welk bewerkingsstation het snelst kan opstarten om de lot te produceren. En, als de primaire keuze uitvalt voor onderhoud, wat is de volgende beste optie. De grenzen hiervan stoppen niet bij de fabrieksmuren. De voordelen strekken zich uit tot leveranciers en distributeurs, helpen om de meest efficiënte werklast voor de fabriek te produceren.

Het Visionair-stadium is het optimale punt voor het implementeren van AGV's en AMR's, vanwege complete fabrieksimulaties. Maar geavanceerde robotica kan in eerdere stadia worden ingevoerd om taken uit te voeren die simpeler zijn dan productieplanning. Sommige bedrijven hebben AGV's en AMR's al geadopteerd als semi-autonome pick-wagentjes voor magazijnen, waar de robot een menselijke werker volgt en assisteert.

Afhankelijk van hoe de fabriek draait, zijn er bijna oneindig manieren om de faciliteit te optimaliseren. Daarom is de investering in de uitgebreide digitale tweeling zo belangrijk voor deze reis. Het stelt diepere inzichten in hoe een fabriek draait, helpen om met vertrouwen te investeren in de toekomst van het bedrijf. Geavanceerde robotica is onderdeel van Siemens' Xcelerator portfolio van software, oplossingen en applicatie-ontwikkelplatform waar vandaag morgen ontmoet voor industriële productie.