Automatisering voor iedereen

Automatisering was ooit alleen voor grote fabrieken, maar nu kunnen ook kleine werkplaatsen hiervan profiteren

Het automatiseren van banenwinkels gaat steeds sneller, gedreven door de gecombineerde invloed van Industrie 4.0, het aanhoudende tekort aan geschoolde productiearbeiders en de COVID-pandemie.

De beschikbaarheid van meer op maat gemaakte robot- en materiaaltransportopties dan ooit helpt kleinere fabrikanten om meer te produceren, terwijl operators worden verplaatst naar taken met meer toegevoegde waarde. De stijgende vraag naar persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM), in combinatie met de noodzaak om werknemers te beschermen, heeft ook de automatiseringsinspanningen van winkels opgevoerd.

De voordelen van automatisering, duidelijk versterkt tijdens de pandemie, werden netjes samengevat door Courtney Ortner, chief marketing officer voor het in Lorain, Ohio gevestigde Absolute Machine Tools:"Met het gebruik van cobots (collaboratieve robots) heb je een werkpartner en hoef je niet geen zorgen hoeven te maken over social distancing. Ook verliezen veel winkels werknemers door quarantaine, zodat een winkel kan blijven draaien, zelfs met het verlies van personeel. En we mogen niet vergeten dat de fabricagemogelijkheden met verlichting vaker voorkomen vanwege het gebruik van automatisering; zelfs met een cobot kun je op vrijdagavond een klus regelen en op maandagochtend is het klaar, waardoor je vaak een voorsprong hebt op je productiecyclus.”

Mars van de Cobots

Robots zijn vaak het eerste waar mensen aan denken als het onderwerp geautomatiseerde productie betreft. Hun mensveilige variant, cobots, blijft verbeteren wat betreft installatiegemak, flexibiliteit en laadvermogen.

Sinds hun introductie 15 jaar geleden zijn units van Universal Robots (UR), Boston, een steunpilaar geworden in jobshops, met name in high-mix, low-volume omgevingen. Met een versie van 16 kg payload (UR16) die in 2019 werd geïntroduceerd, blijft UR de grenzen verleggen van waar robots kunnen passen in een productieworkflow.

2020 was een bijzonder druk jaar, merkte Joe Campbell op, hoofd marketing van UR voor Noord-Amerika. Er zijn twee thema's naar voren gekomen:pandemiegedreven reorganisatie en de omarming van nieuwe productiemodellen.

Vooral kleine winkels - die onder druk staan ​​om elke centimeter van het beperkte onroerend goed efficiënt te gebruiken - zetten cobots in om werknemers op sociale afstand te houden, merkte hij op. "Als je een cluster van drie gereedschappen hebt, zet je een of twee cobots in om de operators ademruimte te geven."

Bovendien worden winkels zich bewust van hoe cobots de winst kunnen verhogen. "Winkels kijken anders" naar het schema dat alleen doordeweeks is "en het vinden van het productieteam staat open voor meer flexibiliteit." Een UR-klant creëerde een weekenddienst en ontdekte dat veel teamleden de nieuwe kans omarmden. In andere gevallen hebben winkels waar voorheen één bekwame machinist aanwezig was die de installatie en het laden van de machine uitvoerde, cobots toegevoegd voor de laadfunctie, terwijl de machinist toezicht houdt op meerdere machines.

UR-units besparen winkeluren in opstarttijd. Ze kunnen worden ingesteld om te functioneren op een vloer, muur of plafond via het touchscreen; andere robots zijn vaak speciaal gebouwd voor een bepaalde oriëntatie. Cyclustijden worden ook verkort, vooral omdat UR-cobots kunnen worden geconfigureerd met een dubbele grijper om tegelijkertijd een voltooid onderdeel te lossen en een nieuwe blanco in te voegen.

Cruciaal voor de flexibiliteit van UR is de mogelijkheid om zijn cobots te combineren met een reeks apparatuur en software van derden. Deze zijn toegankelijk via het UR+-programma, "een soort app store" voor UR, zei Campbell. Mechanische, elektrische en software-interfaces voor UR-robots worden gepubliceerd en derden ontwikkelen producten om aan die specificaties te voldoen. “Belangrijker is dat ze ze bij ons indienen voor testen en valideren. Als we zeggen dat een grijper plug-and-play is, dan is dat ook zo, omdat we hem hebben getest.”

Inbegrepen in UR's ecosysteem van 288 randapparatuur zijn deelmagazines, vision-systemen, sensoren, montage-opties, robotcovers en apps. Met Beacon van Hirebotics kunnen operators bijvoorbeeld cobots via de cloud volgen. "Je kunt productiestatistieken bekijken en direct aanpassingen maken", zegt Campbell.

In maart werd het UR+ programma uitgebreid met applicatiekits die componenten zoals grijpers combineren met software “om een ​​bepaald applicatieprobleem op te lossen”. Eén kit, van Robotiq, bevat een vlakschuurmachine, bevestigingsmateriaal, vacuümslangen en software waarmee gebruikers een schuurprotocol kunnen programmeren voor een product zoals meubels of kasten. "Je kunt complexe contouren in minuten programmeren, niet in dagen", zegt Campbell. Ondertussen is de ActiNav-kit van UR een flexibele laadkit voor machines waarmee gebruikers onderdelen uit een bak kunnen halen en deze met een precieze oriëntatie in verschillende machines kunnen laden. "Je kunt in minder dan een uur een nieuw onderdeel in het systeem introduceren."

Een andere sleutel om winkels over te halen tot automatisering is de mogelijkheid van virtuele training. UR heeft onlangs een mijlpaal bereikt door meer dan 100.000 operators online te trainen via de UR Academy, die gratis trainingsmodules biedt voor het programmeren en inzetten van UR-cobots.

"Als je je drie hoofdmachinisten het grootste deel van een week naar een andere locatie moet sturen om getraind te worden, wordt je productie verpletterd", zei Campbell. Kleine winkels voelen zich "echt aangetrokken tot de mogelijkheid om 90 procent van hun training online te doen."

Snel laden voor de toekomst

Naast de automatiseringsdruk van de pandemie, is het verplaatsen van de productie naar de VS een andere belangrijke drijfveer voor robots en laadapparatuur voor werkplaatsen.

"Fabrikanten en werkwinkels die van oudsher traag waren met het toepassen van robotica, beginnen robotica meer dan ooit te omarmen", zegt Jake Corning, productmanager en werktuigbouwkundig ingenieur voor Acieta LLC, Waukesha, Wis. "Omdat er meer bekenden dan onbekenden zijn, interesse en bestellingen zijn toegenomen sinds het begin van de pandemie. Ze zien het voordeel dat robotica biedt om hun machines draaiende te houden en onderdelen te maken, zelfs in tijden van sociale afstand, zieke werknemers en/of shutdowns die de productiecapaciteit beïnvloeden."

Bovendien, nu de wereldwijde toeleveringsketen is verstoord, “zien ze ook dat de pandemie een enorme hoeveelheid onhoring terug naar de Verenigde Staten zal brengen. Ze zullen te maken krijgen met een nog groter tekort aan arbeidskrachten dan vóór de pandemie als ze automatisering niet omarmen. Uiteindelijk, ondanks de tragedie die de pandemie in ons land heeft veroorzaakt, omarmen Amerikaanse fabrikanten robottechnologie al comfortabeler en zien ze de voordelen die hun concurrentievermogen zullen verbeteren, de arbeidstevredenheid en loyaliteit van werknemers zullen verbeteren en de Amerikaanse consument concurrerender zullen maken prijzen.”

Acieta biedt een reeks oplossingen die bijzonder geschikt zijn voor routines met een hoge mix en een laag volume, legt Corning uit.

"De FastLOAD CX1000- en CR2000-systemen zijn bedoeld om gebruiksvriendelijk te zijn voor beginnende robotgebruikers", zei hij. “Onze touchscreen-interface voor de CR2000 maakt het heel eenvoudig om de robot met verschillende onderdeelgroottes te laten werken. De operator hoeft alleen de onderdeelparameters in te voeren en het systeem past het programma automatisch aan om de nieuwe onderdelen uit te voeren. De robotgrijpers en onderdeelbevestiging zijn flexibel voor een grote verscheidenheid aan onderdeelgroottes, zodat veel verschillende onderdelen op hetzelfde systeem kunnen draaien.”

Omschakelingen op de CR2000 kunnen in enkele minuten worden gedaan, en de CX1000-, CR2000- en DR2000-systemen zijn zo ontworpen dat de robot kan blijven draaien terwijl de operator onderdelen aan het laden of lossen is. "Hierdoor kunnen de machines non-stop werken tijdens pauzes, lunches en zelfs buiten de shifts, zolang er maar genoeg inkomende onderdelen zijn."

Gemonteerd op wielen is de CX1000 gemakkelijk te manoeuvreren op de werkvloer. Het is ook verkrijgbaar met meerdere snelwisselbare opspanwagenopties en maakt gebruik van FANUC's CRX-10iA/L-robot, "die een zeer gebruiksvriendelijke touchscreeninterface heeft met programmeerpictogrammen voor slepen en neerzetten", aldus Corning. "Als uw uitdagingen complexer of groter zijn, kunnen onze aangepaste oplossingen ook worden ontworpen voor onderdelen met een hoge mix en een klein volume door gebruik te maken van technologieën zoals vision, gereedschapswisselaars aan het uiteinde van de arm en flexibele bevestiging."

Acieta's bijbehorende machineverzorgende cellen zijn populair gebleken, merkte Corning op. “Het zijn standaard robotsystemen die zijn ontworpen om met een grote verscheidenheid aan onderdelen te werken. Omdat het voorgefabriceerde standaardproducten zijn, zijn ze veel goedkoper dan een traditioneel maatwerksysteem en kunnen ze binnen een week worden geleverd. Alle drie de systemen kunnen meerdere bewerkingsmachines tegelijk verzorgen. Bovendien maken onze CX1000- en CR2000-systemen gebruik van collaboratieve robots, die het gebruik van de vloerruimte helpen maximaliseren omdat er geen veiligheidshekken nodig zijn.”

Voor jobshops die voor het eerst automatiseren, is een goed startpunt de collaboratieve CX1000, zei Corning. Door werknemers te bevrijden van repetitieve taken, kunnen ze dankzij automatisering "leren programmeren of onderhoud uitvoeren aan een robotsysteem. Een machinist die voorheen één machine verzorgde, kan nu robotsystemen op meerdere machines beheren.”

Essentiële problemen oplossen

Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass., heeft een grondige kennis van verspaning en de unieke behoeften van jobshops en helpt fabrikanten bij het automatiseren met het oog op het binnenhalen van meer klanten en het creëren van meer geschoolde arbeidskrachten.

"We hebben meer goede machinisten nodig", zegt John Lucier, FANUC-automatiseringsmanager voor Methods. “Daar helpen robots ons bij. Robots helpen winkels aan meer banen, zodat ze meer machinisten aan het werk kunnen zetten.” Een goed opgeleide machinist laadt en lost geen machines, "hij stelt ze in, kiest gereedschappen en schrijft programma's."

Net als andere leveranciers heeft Method een piek gezien in de pandemiegerelateerde automatisering, zei hij, met name voor het produceren van ventilatoronderdelen.

Voorafgaand aan de pandemie herinnerde Lucier zich dat hij tal van winkels met een klein volume bezocht die voor het eerst naar automatisering keken. Bewerkingen met een gemiddeld volume, waarbij twee of drie keer per week van cel wordt gewisseld om ongeveer 5.000 onderdelen te produceren, komen steeds vaker voor, en Methods levert de op transportbanden gebaseerde Job Shop Cell Pro-lijn voor die omgevingen. Verstelbare rijstrookverdelers zorgen voor een snelle omschakeling tussen kleine en grote onderdelen. Een andere populaire optie is een serie lades met een stalen of aluminium plaat met gaten voor 20 tot 40 delen.

Werkhouding is een andere belangrijke overweging, voegde Lucier eraan toe; geautomatiseerde bankschroeven zijn een relatief eenvoudige oplossing. “Het hoeft niet ingewikkeld te zijn, met schommelklemmen en dat soort dingen. Het kan zoiets zijn als een goede oude boorkop of bankschroef met pneumatiek of hydrauliek om te openen en te sluiten, en je maakt je eigen kaken - niet anders dan wat veel winkels doen met series van ongeveer 50 onderdelen.

Voor onderdelen met een lager volume, zelfs zo klein als de batchgroottes van één, biedt Methods de Plus-K en Plus-K 60 gerobotiseerde roterende opslagcarrouselsystemen. “We maken de robot niet onderdeelspecifiek; de robot is ingesteld om generieke werkstukopspanning in en uit de machine te brengen, of het nu een kleine bankschroef of pallet is. De robot is ingesteld om een ​​gemeenschappelijk kenmerk aan de voorkant van het werkstuk vast te pakken.” Onderdelen worden in een handmatige bankschroef geladen en de robot is voorgeprogrammeerd om te werken als een palletlaadsysteem; er is geen programmering door de eindgebruiker nodig. Dit systeem verbetert ook het standaard gereedschapsaanbod op de RoboDrill, gaande van 21 naar een optionele 161 gereedschappen.

Met dergelijke oplossingen zien jobshops hun investering doorgaans terug in minder dan 12 tot 18 maanden. “Ons doel is om u te overtuigen om twee of drie ploegendiensten te draaien:een robotcel nemen, het invoersysteem met onderdelen vullen en om 17.00 uur naar huis gaan en twee tot zes uur draaien. Als ik een geautomatiseerd systeem kan krijgen dat 80 procent van het werk afhandelt dat u van plan bent te doen, doen we het verdomd goed."

De oplossingen van Informing Methods zijn een langdurige connectie met jobshops en kennis van hoe ze werken, merkte Lucier op, zelf een machinist van beroep. Zo herinnert hij winkels er vaak aan dat ze hun eigen stalen of aluminium grijpers kunnen bewerken. En het aanpassen van de programma's die vooraf op robots zijn geleverd, kan eenvoudiger zijn dan CNC-programmering. De automatiseringsintegratiegroep van het bedrijf is zich terdege bewust van de problemen rond gereedschapsmachines, van koelmiddel en spanen tot gereedschapsrotatie, standtijd, ontbramen en meer.

“Als je robots op werktuigmachines gaat zetten, wil je een robotintegrator die dat doet”, besluit Lucier. "De voordelen van robots moeten niet moeilijk te rechtvaardigen zijn."

Behoefte beoordelen, snelheid toevoegen

Het begrijpen van de automatiseringsbehoeften van een jobshop begint met een grondige evaluatie van het volume dat nodig is om de productiviteit te verhogen.

Wanneer ingehuurd door een klant, zei Ortner van Absolute, "doen we een systeemlay-out, beslissen we over de beste werkwijzen om te automatiseren - transportsystemen, robots, verwerking van grondstoffen, afwerking van onderdelen - en ontwerpen het vervolgens in CAD om ervoor te zorgen dat alle stukken in hun vloer passen. plan, terwijl ze binnen hun budget blijven.”

Naast het aanbieden van een reeks standaard automatiseringsapparatuur, van cobots tot onderdeelbehandeling tot monitoring, biedt Absolute "een kant-en-klaar pakket", aldus Ortner. "We zoeken naar wat volgens ons de beste oplossing is en werken samen met die leveranciers om succes te garanderen."

Absolute's ervaring met het vinden van de juiste apparatuur loont duidelijk de moeite, merkte ze op. “Eén klant die een OB7-cobot gebruikt, haalt in een dienst 20 procent meer efficiëntie en veel minder afval. Ze zijn in staat om de levertijden in deze specifieke run met twee weken te verkorten, wat de machine of cel opent voor extra werk voor een hogere ROI. Omdat ze minder vaak repetitieve taken hoeven uit te voeren, zijn er ook minder claims voor compensatie van werknemers voor het bedrijf – en werknemers melden zich ook niet zo vaak ziek, wat [de winkel] veel geld bespaart.”

Zoals andere winkels hebben ontdekt, betekent de toegenomen beschikbaarheid van operators voor andere taken vaak dat ze meer tijd hebben om bij te dragen aan de algemene processen, zoals kwaliteitscontroles. Ze zijn meer betrokken bij procesbeheer in plaats van simpelweg op knoppen te drukken en zijn minder verveeld en vermoeid.”

Het verkrijgen van die voordelen kan verrassend kosteneffectief zijn, voegde Ortner eraan toe. “Onze cobotlijn van Productive Robotics begint bij $34.900 voor het basis CNC-pakket. Je kunt van een basis CNC-pakket gaan en upgraden naar een volledig geïntegreerde cel met behulp van verschillende cobots, transportbanden, in-process meetmethoden en onderdeelpresentatiemethoden.”

Monitoring voor meer output

Om winkels te helpen banen op schema te houden en meer projecten onbeheerd uit te voeren, biedt Mitsubishi Electric Automation Inc., Vernon Hills, Illinois zijn op MTConnect gebaseerde Integrated Machine Analytics (IMA) voor machinebewaking. De IMA Mobile-app biedt een eenvoudig te installeren toegang tot machinebewaking.

Met IMA kunnen winkels "de productie beter begrijpen, wat helpt bij het nauwkeurig plannen van taken om optimaal te profiteren van hun beschikbare machines en werkuren, en om nauwkeuriger te bieden op meer banen", zegt Robert Brodecki, productmanager mobiele service bij IMA. voor Mitsubishi Electric Automation.

De enige vereiste hardware is Ethernet-bekabeling en een hub/switch als meerdere machines worden aangesloten, en het duurt slechts 5-10 minuten om een ​​machine in te stellen, legde hij uit. “Met de lage kosten kunnen gebruikers binnen enkele dagen ROI zien, vooral als ze onbeheerd of zonder productie draaien en productietijd hebben verloren doordat een machine defect raakt en er pas later achter komt. Met de meldingen van IMA Mobile weet je binnen 10 tot 15 seconden of een machine is gestopt met snijden, waar je ook bent.”

Machinemonitoring verbetert de doorvoer aanzienlijk, voegde hij eraan toe. “Alleen al kijkend naar de uitvoeringsstatus, hebben veel werkplaatsen meestal machines die taken uitvoeren tussen 25 en 40 procent van hun beschikbare tijd. Door de huidige status eenvoudig te monitoren via IMA Mobile, kunnen ze dat snel naar 50 procent of meer brengen door onmiddellijk hulp te bieden aan elke machine die om welke reden dan ook de productie heeft stopgezet. Dit zijn ook echte gegevens die rechtstreeks van de machine komen; het verwijdert het raadspel van hoe lang de machine aan het snijden was, inactief was of uit was. Beschikbare machine-uren worden uitgebreid door meer ploegen te draaien met minder werknemers (of onbeheerd) zonder productieverlies door een onverwachte stilstand.

Met IMA Mobile kunnen operators overschakelen naar taken met toegevoegde waarde "in de wetenschap dat de app hen op de hoogte stelt wanneer de taak is voltooid of wordt onderbroken door iets dat aandacht nodig heeft."

Met relatief lage instapkosten, merkte Brodecki op, stelt IMA gebruikers in staat "hun productie te begrijpen en verbeteringen aan te brengen, en om eenvoudigere, onbeheerde bewerkingsprojecten te starten terwijl ze er zeker van zijn dat hun machines blijven draaien. Omdat het allemaal is gebouwd rond de MTConnect-standaard, hoeft een gebruiker, als hij besluit over te stappen naar een meer diepgaand, aanpasbaar monitoringsysteem, niet te betalen om zijn machines weer te laten aansluiten; ze verwijzen de nieuwe software eenvoudig naar de MTConnect Agents en machinegegevens zijn snel toegankelijk.”

Dat gemakkelijke toegang is vooral belangrijk geweest voor automatisering in de tijd van COVID, concludeerde hij. “Dat is logisch, aangezien bedrijven meer willen automatiseren, maar het is moeilijk om precies te weten waar en hoe zonder nauwkeurige productiegegevens om de gebieden te identificeren die moeten worden geautomatiseerd. Aan het begin van de pandemie stonden veel bedrijven waarmee we spraken nog steeds op het hek over machinebewaking. Naarmate de pandemie voortduurde en bedrijven zich realiseerden dat ze automatisering en oplossingen voor werken op afstand niet langer konden vermijden, hebben ze deze projecten bovenaan de lijst geplaatst.”