Automatisering Bereikbaar Gemaakt: Efficiëntie Verhogen Voor Alle Fabrikanten

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

Automatisering van job shops versnelt, gedreven door de gecombineerde invloed van Industry 4.0, het aanhoudende tekort aan geschoold productiepersoneel en de COVID-pandemie.

De beschikbaarheid van meer aangepaste robotische en materiaaltransportopties dan ooit helpt kleinere fabrikanten meer te produceren terwijl operators naar meer waardevolle taken verplaatst worden. De opstootende vraag naar persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM), gecombineerd met de behoefte om werknemers te beschermen, heeft ook de automatiseringsinspanningen van winkels op een hogere til getild.

De voordelen van automatisering, duidelijk versterkt tijdens de pandemie, werden netjes samengevat door Courtney Ortner, chief marketing officer voor Lorain, Ohio-gebaseerd Absolute Machine Tools: “Met het gebruik van cobots (collaboratieve robots), heb je een werkpartner en hoef je je geen zorgen te maken over sociale distancing. Ook verliezen veel winkels werknemers aan quarantaine, dus dit stelt een winkel in staat om door te draaien zelfs met personeelsverlies. En we mogen lights-out productiemogelijkheden niet vergeten die meer voor de hand liggen door het gebruik van automatisering; zelfs met een cobot, kun je een klus opzetten op vrijdagavond en maandagochtend is het klaar—vaak sta je je voor in je productiecyclus.”

De Tocht Der Cobots

Robots zijn vaak het eerste waar mensen aan denken als het onderwerp geautomatiseerde productie is. Hun mens-veilige variant, cobots, verbeteren voortdurend in gemak van installatie, flexibiliteit en payload.

Sinds hun introductie 15 jaar geleden, zijn eenheden van Universal Robots (UR), Boston, een vaste waarde in job shops geworden, met name in high-mix, low-volume omgevingen. Met een 16-kg payload versie (UR16) geïntroduceerd in 2019, blijft UR de grenzen verleggen van waar robots in een productieworkflow passen.

2020 is een bijzonder drukk jaar geweest, merkte Joe Campbell, UR's hoofd marketing voor Noord-Amerika op. Twee thema's zijn naar voren gekomen: pandemie-gedreven herorganisatie en de omarming van nieuwe productiemodellen.

Kleine winkels in het bijzonder—gedwongen om efficiënt elk inch van beperkte vastgoed te gebruiken—zetten cobots in om werknemers sociaal gedistancieerd te houden, merkte hij op. “Als je een cluster van drie tools hebt, zet je één of twee cobots erin om de operators ademruimte te geven.”

Daarnaast ontwaken winkels tot hoe cobots de winst kunnen boosten. “Winkels nemen een andere kijk” op het weekdagen-alleen schema “en ontdekken dat het productieteam openstaat voor meer flexibiliteit.” Een UR-klant creëerde een weekendshift en ontdekte dat veel teamleden de nieuwe kans omarmden. In andere gevallen hebben winkels die voorheen één geschoolde operator hadden die machine-instelling en laden uitvoerde, cobots toegevoegd voor de laadfunctie terwijl de operator meerdere machines bewaakt.

UR eenheden besparen winkels uren aan insteltijd. Ze kunnen ingesteld worden om te functioneren op een vloer, muur of plafond via de touchscreen; andere robots zijn vaak speciaal gebouwd voor een bepaalde oriëntatie. Cyceltijden worden ook verminderd, met name omdat UR cobots geconfigureerd kunnen worden met een dubbele gripper om gelijktijdig een klaar onderdeel te ontladen en een nieuw blanc in te laden.

Kritiek voor UR's flexibiliteit is de mogelijkheid om zijn cobots te combineren met een reeks derde-partij apparatuur en software. Deze zijn toegankelijk via het UR+ programma, “een soort app store” voor UR, zei Campbell. Mechanische, elektrische en software-interfaces voor UR robots zijn gepubliceerd, en derde partijen ontwikkelen producten om aan die specificaties te voldoen. “Belangrijker nog, ze dienen ze bij ons in voor testen en validatie. Als we zeggen dat een gripper plug-and-play is, is het dat—omdat we het getest hebben.”

Inbegrepen in UR's ecosysteem van 288 peripherieën zijn deelmagazijnen, visiesystemen, sensoren, montagemogelijkheden, robotafdekingen en apps. Bijvoorbeeld, Beacon by Hirebotics laat operators cobots via de cloud monitoren. “Je kunt productiestatistieken bekijken en aanpassingen on the fly maken,” zei Campbell.

In maart werd het UR+ programma uitgebreid om applicatiekits op te nemen die componenten zoals grippers combineren met software “om een specifiek applicatieprobleem op te lossen.” Een kit, door Robotiq, bevat een orbitale schuurmachine, montagehardware, vacuümslangen en software die gebruikers in staat stelt een schuurprotocol te programmeren voor een product als meubels of keukenkasten. “Je kunt complexe contouren in minuten programmeren, niet dagen,” zei Campbell. Tegenovergesteld, UR's ActiNav kit is een flexibele machine laadkit die gebruikers in staat stelt onderdelen uit een bak te nemen en ze in diverse machines te laden met een precieze oriëntatie. “Je kunt een nieuw onderdeel in minder dan een uur in het systeem introduceren.”

Een andere sleutel om winkels te krijgen automatisering te adopteren is de optie van virtuele training. UR haalde onlangs een mijlpaal van het trainen van meer dan 100.000 operators online via de UR Academy, die gratis trainingsmodules in programmeren en implementeren van UR cobots bevat.

“Als je je drie lead freesers off-site moet sturen voor het betere deel van een week om getraind te worden, is je productie verbrijzeld,” zei Campbell. Kleine winkels zijn “echt aangesproken tot de mogelijkheid om 90 procent van hun training online te doen.”

Snel Laden Voor De Toekomst

Naast de automatiseringsdruk van de pandemie, is reshoring van productie naar de VS een andere grote drijfveer van robots en laadapparatuur voor job shops.

“Fabrikanten en job shops die historisch traag waren om robotica te adopteren, beginnen robotica meer dan ooit te omarmen,” zei Jake Corning, productmanager en mechanisch ingenieur voor Acieta LLC, Waukesha, Wis. “Aangezien er meer bekenden zijn dan onbekenden, zijn zowel interesse als orders toegenomen sinds de pandemie begon. Ze zien het voordeel dat robotica biedt om hun machines draaiende te houden en onderdelen te produceren zelfs in tijden van sociale distancing, ziekte werknemers, en/of shutdowns die productiemogelijkheden beïnvloeden.”

Daarnaast, met de mondiale toeleveringsketen ontwricht, “zien ze ook dat de pandemie een enorme hoeveelheid onshoring naar de Verenigde Staten gaat brengen. Ze zullen een nog significantere arbeidstegebeurte verwachten dan voor de pandemie als ze niet automatisering omarmen. Uiteindelijk, ondanks de tragedie die de pandemie in ons land heeft aangericht, omarmen VS fabrikanten al comfortabeler robotische technologie en zien de voordelen die hun concurrentiepositie zullen verbeteren, werknemers tevredenheid en loyaliteit, en de Amerikaanse consument meer concurrerende prijzen leveren.”

Acieta biedt een reeks oplossingen die bijzonder geschikt zijn voor high-mix, low-volume routines, legde Corning uit.

“De FastLOAD CX1000 en CR2000 systemen zijn bedoeld om gemakkelijk te zijn voor eerste-keer robotgebruikers,” zei hij. “Onze touchscreen interface voor de CR2000 maakt het erg makkelijk om de robot met verschillende onderdeelsformaten te draaien. De operator hoeft alleen de onderdeelparameters in te voeren, en het systeem past het programma automatisch aan om de nieuwe onderdelen te draaien. De robotgreep en onderdeelbevestiging zijn flexibel voor een breed scala aan onderdeelsformaten zodat veel verschillende onderdelen op hetzelfde systeem kunnen draaien.”

Wissels op de CR2000 kunnen in minuten gedaan worden, en de CX1000, CR2000 en DR2000 systemen zijn ontworpen zodat de robot kan doordraaien terwijl de operator onderdelen laadt of ontlaadt. “Dit stelt de machines in staat om non-stop te werken tijdens pauzes, lunch en zelfs buiten shifts zolang er voldoende inkomende onderdelen zijn.”

Op wielen gemonteerd, is de CX1000 gemakkelijk te manoeuvreren op de shopfloor. Het is ook beschikbaar met meerdere quick-change bevestigingskaropties en gebruikt FANUC's CRX-10iA/L robot, “die een zeer gebruiksvriendelijke touchscreen interface heeft met drag-and-drop programmeringsiconen,” zei Corning. “Wanneer uw uitdagingen complexer of groter van schaal zijn, kunnen onze custom oplossingen ook ontworpen worden voor high-mix, low-volume onderdeellopjes door technologieën zoals visie, end-of-arm tool wisselaars, en flexibele bevestiging te gebruiken.”

Acieta's bijbehorende machine tending cells hebben populariteit bewezen, merkte Corning op. “Ze zijn standaard robotsystemen ontworpen om met een breed scala aan onderdelen te werken. Aangezien ze vooraf-geëngineerde standaardproducten zijn, zijn ze veel goedkoper dan een traditioneel custom systeem en kunnen ze in slechts één week geleverd worden. Alle drie de systemen kunnen meerdere werktuigmachines tegelijk tenderen. Bovendien gebruiken onze CX1000 en CR2000 systemen collaboratieve robots, die helpen vloerruimtegebruik te maximaliseren omdat ze geen veiligheidsomheining vereisen.”

Voor job shops die voor de eerste keer automatiseren, is een geweldig startpunt de collaboratieve CX1000, zei Corning. Door werknemers vrij te maken van herhalende taken, laat automatisering hen “leren hoe te programmeren of onderhoud te doen op een robotisch systeem. Een operator die voorheen één machine tenderde, kan nu robotische systemen op meerdere machines managen.”

Essentiële Problemen Oplossen

Met haar intieme begrip van bewerking en job shops' unieke behoeften, helpt Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass., fabrikanten automatiseren met een oog op meer business binnenhalen terwijl een meer geschoolde werkmacht gecreëerd wordt.

“We hebben meer goede freesers nodig,” stelde John Lucier, FANUC automatiseringsmanager voor Methods. “Dat is wat robots ons helpen met. Robots helpen winkels meer klussen te krijgen zodat ze meer freesers aan het werk kunnen zetten.” Een goed getrainde freeser laadt en ontlaadt geen machines, “hij stelt ze in, kiest tools en schrijft programma's.”

Als andere leveranciers, heeft Methods een piek in pandemie-gerelateerde automatisering gezien, zei hij, met name voor het produceren van ventilatoronderdelen.

Voor de pandemie, herinnerde Lucier veel low-volume winkels bezocht die naar automatisering keken voor de eerste keer. Medium-volume operaties die cellen twee of drie keer per week veranderen om ongeveer 5.000 onderdelen te produceren worden gemeen, en Methods levert de conveyor-gebaseerde Job Shop Cell Pro lijn voor die omgevingen. Instelbare baanverdeelders staan snelle wissel tussen kleine en grote onderdelen toe. Een andere populaire optie is een reeks laden met een staal of aluminium plaat met gaten voor 20 tot 40 onderdelen.

Werkstukspanning is een ander belangrijk overweging, voegde Lucier toe; geautomatiseerde spanen zijn een relatief simpele oplossing. “Het hoeft niet complex te zijn, met swing clamps en zo. Het kan iets zijn als een goede oude span of klem met pneumatica of hydraulica om te openen en sluiten, en je maakt je eigen klembacken—niet ongelijkt wat veel winkels doen met lopjes van ongeveer 50 onderdelen.

Voor lagere-volume onderdelen, zelfs zo laag als lotgrootte van één, biedt Methods de Plus-K en Plus-K 60 robotische rotatie opslag carrousel systemen. “We maken de robot niet onderdeel-specifiek; de robot is ingesteld om generieke werkstukspanning in en uit de machine te brengen, of het nu een kleine span of pallet is. De robot is ingesteld om een gemeenschappelijke feature op de voorkant van de werkstukspanning te grijpen.” Onderdelen worden geladen in een handmatige span, en de robot is vooraf geprogrammeerd om te fungeren als een pallet laadsysteem; geen eindgebruiker programmering is nodig. Dit systeem verbetert ook de standaard tool aanbod op de RoboDrill, gaande van 21 naar een optionele 161 tools.

Met oplossingen zoals deze, zien job shops typisch return on investment in minder dan 12 tot 18 maanden. “Ons doel is om je te overtuigen om het twee of drie shifts te draaien—een robotische cel nemen, het invoersysteem vullen met onderdelen en om 17:00 uur naar huis gaan, en twee tot zes uur draaitijd krijgen. Als ik een geautomatiseerd systeem kan krijgen dat 80 procent van het werk dat je van plan bent te doen aan kan, doen we het prima.”

Methods' oplossingen geïnformeerd door een langdurige connectie met job shops en kennis van hoe ze werken, merkte Lucier op, zelf een freeser van beroep. Bijvoorbeeld, herinnert hij winkels vaak dat ze hun eigen staal of aluminium grippers kunnen frezen. En, het aanpassen van de voorgeprogrammeerde programma's op robots kan makkelijker zijn dan CNC programmeren. Het automatiseringsintegratieteam van het bedrijf is scherpe bewust van de kwesties rondom werktuigmachines, van koelvloeistof en spanen tot tool rotatie, tool leven, afgraten en meer.

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

Behoefte Beoordelen, Snelheid Toevoegen

Een job shop's behoeften voor automatisering begrijpen begint met een grondige evaluatie van het volume dat nodig is om productiviteit te verhogen.

Wanneer ingehuurd door een klant, zei Absolute's Ortner, “doen we een systeemlayout, bepalen best practices om te automatiseren—conveyor systemen, robots, rauwe materiaalhantering, afgeronde onderdeelhantering—dan ontwerpen we het in CAD om te zorgen dat alle stukken in hun vloerplan passen, terwijl we binnen hun budget werken.”

Naast het aanbieden van een reeks standaard automatiseringsapparatuur, van cobots tot onderdeelhantering tot monitoring, “biedt Absolute een turnkey pakket,” zei Ortner. “We sourcen wat we voelen is de beste oplossing en werken met die leveranciers om succes te garanderen.”

Absolute's ervaring in het sourcen van de juiste apparatuur betaalt zich duidelijk uit, merkte ze op. “Eén klant die een OB7 cobot gebruikt, krijgt 20 procent meer efficiëntie en veel minder schroot in een shift. Ze kunnen levertijden met twee weken verminderen op deze specifieke run, wat de machine of cel openstelt voor extra werk voor een hogere ROI. Ook, omdat ze niet zo vaak herhalende taken hoeven te doen, zijn er minder werknemersschadeclaims voor het bedrijf—en werknemers bellen niet zo vaak ziek, wat [de winkel] veel geld bespaart.”

Zoals andere winkels ontdekten, betekent de verhoogde beschikbaarheid van operators voor andere taken vaak “ze hebben meer tijd om bij te dragen aan de algehele processen, zoals kwaliteitscontroles. Ze zijn meer betrokken bij procesbeheer in plaats van simpelweg knoppen indrukken en zijn minder verveeld en vermoeid.”

Die voordelen behalen kan verrassend kosteneffectief zijn, voegde Ortner toe. “Onze cobot lijn van Productive Robotics begint op $34.900 voor het basale CNC pakket. Je kunt gaan van basaal CNC pakket en upgraden naar een volledig geïntegreerde cel met meerdere cobots, conveyors, in-proces afmeting en onderdeelpresentatie methoden.”

Monitoren Voor Meer Output

Om winkels te helpen klussen op schema te houden en meer projecten onbeheerd te draaien, biedt Mitsubishi Electric Automation Inc., Vernon Hills, Illinois haar MTConnect-gebaseerde Integrated Machine Analytics (IMA) voor machine monitoring. De IMA Mobile app biedt een gemakkelijk te installeren instap in machine monitoring.

Met IMA “kunnen winkels de productie beter begrijpen, wat helpt met het nauwkeurig plannen van klussen om vol voordeel te halen van hun beschikbare machines en werkurren, evenals meer nauwkeurig bieden voor meer klussen,” zei Robert Brodecki, IMA mobile service productmanager voor Mitsubishi Electric Automation.

De enige benodigde hardware is Ethernet kabeling en een hub/switch als meerdere machines verbonden worden, en het duurt slechts 5-10 minuten per machine om in te stellen, legde hij uit. “Met het lage kostpunt, kunnen gebruikers ROI binnen dagen zien, met name als ze onbeheerd of lights-out productie draaien en productietijd verloren hebben door een machine die faulted en pas later ontdekt werd. Met IMA Mobile's notificaties weet je binnen 10 tot 15 seconden als een machine heeft gestopt met snijden, waar je ook bent.”

Machine monitoring verbetert doorvoertijd significant, voegde hij toe. “Alleen kijken naar uitvoeringstoestand, hebben veel job shops meestal machines die klussen draaien tussen 25 en 40 procent van hun beschikbare tijd. Door simpele monitoring van huidige status via IMA Mobile, kunnen ze dat snel naar 50 procent of meer verplaatsen door direct te kunnen anticiperen op elke machine die om welke reden dan ook productie heeft gestaakt. Dit zijn echte data rechtstreeks van de machine; het elimineert het gokspel van hoe lang de machine aan het snijden was, in idle, of uit.” Beschikbare machine-uren worden uitgebreid door meer shifts te draaien met minder werknemers—of onbeheerd—zonder verlies van productie door onverwachte stoppage.

Met IMA Mobile kunnen operators naar waardevolle taken verplaatsen “wetende dat de app hen zal notificeren wanneer de klus klaar is of onderbroken door iets dat aandacht vereist.”

Met relatief lage instapkosten, merkte Brodecki op, laat IMA gebruikers “hun productie begrijpen en verbeteren, evenals eenvoudigere onbeheerde bewerkingsprojecten starten terwijl verzekerd is dat hun machines doordraaien. Aangezien het allemaal gebouwd is rond de MTConnect standaard, als een gebruiker besluit over te stappen op een meer diepgang, aanpasbaar monitoring systeem, hoeven ze niet te betalen om hun machines opnieuw te verbinden; ze wijzen de nieuwe software simpelweg naar de MTConnect Agents en machine data is snel toegankelijk.”

Die gemakkelijke toegang is bijzonder belangrijk geweest voor automatiseren in de tijd van COVID, concludeerde hij. “Het maakt zin, aangezien bedrijven naar meer automatisering kijken, maar het is lastig om precies te weten waar en hoe zonder nauwkeurige productiedata om de te automatiseren gebieden te identificeren. Aan het begin van de pandemie waren veel bedrijven waar we mee spraken nog op de fence over machine monitoring. Naarmate de pandemie voortduurde en bedrijven realiseerden dat ze automatisering en remote werkoplossingen niet langer konden vermijden, hebben ze deze projecten naar de top van de lijst verplaatst.”