Automatisering in actie: Hoe fabrikanten robotica benutten voor succes

Verhalen van fabrikanten die automatisering geïmplementeerd hebben: Waarom ze het deden, wat de resultaten waren – en advies voor anderen die een nieuwe droïde overwegen

Op zoek naar een nieuwe pickup? Hoe zit het met een vervanging voor die vermoeide trolmotor, of twijfel je of dat Thais restaurant dat vorige maand geopend is, goed is? In deze en talloze andere aankoopsituaties is het beste advies vaak om te spreken met klanten die die producten gekocht hebben of in dat restaurant gegeten hebben. Wat waren hun ervaringen? Kreegen ze goede service, en voldoid het product aan hun eisen? Misschien het allerbelangrijkst: zouden ze het weer kopen?

Hetzelfde geldt voor robots. Vooral robots. Want, gegeven het voortdurende arbeidstekort en de hoopvolle opmars van reshoring-inspanningen in de VS en elders, is robotautomatisering de sleutel tot de groei en verhoogde efficiëntie van de productie-industrie. Nergens is dit waarer dan bij kleine bedrijven zoals MT Solar Co. uit Charlo, Mont., waar eigenaar en president Travis Jordan snel groei tegenkwam sinds de oprichting. Jordan keerde recentelijk tot collaboratieve robots (cobots) als oplossing. En het bleek een game-changer.

"We begonnen met algemene productie en fabricatie ongeveer 12 jaar geleden, toen schakelden we in eind 2014 over naar de zonne-energie-industrie met de lancering van onze eerste vlaggenschipproductlijn," zei Jordan. "We hadden kort daarvoor geïnvesteerd in een CNC-plasmatafel, dus onze workflow toen bestond uit geautomatiseerd snijden van de individuele stukken en ze daarna met de hand lassen. Die aanpak werkte prima tot een paar jaar geleden, als de zonnemarkt echt begint op te vlammen en we snel moesten opschalen. Maar zoals de meeste werkplaatsen nu, worstelden we om gespecialiseerde arbeid te vinden. We besloten naar robotica te kijken als manier om de doorvoersnelheid van een deel van ons herhalende laswerk te verhogen."

Ondanks de snelle groei en stijgende vraag, wijst Jordan er snel op dat zijn productieteam gericht is op Lean-productieprincipes, en daarom hun aanpasbare montage-systemen in kleine batchformaten op just-in-time basis maakt. Zijn zoektocht naar een schaalbare maar flexibele oplossing leidde hem uiteindelijk naar Ann Arbor, Mich.-gebaseerd Universal Robots USA Inc. (UR), waar hij een systeem vond dat aan de low-volume, high-mix behoeften van het bedrijf kon voldoen. De Cobot Welding Tool van UR-partner Vectis Automation in Loveland, Colo., is uitgerust met een UR10e cobot, een geïntegreerde pendant en "DIY-programmering" software, en bevestigd aan een draagbare modulaire spannings tafel met onboard voeding van Rhino Cart.

Jordan zegt ze hebben een aantal high-quality systemen getest tijdens hun zoektocht, maar de meeste waren gericht op hogere productievolumes, niet de dozijn-stuks en kleinere lotformaten die MT Solar moest verwerken, vaak op uurlijks basis. De meeste vereisten ook veiligheidshekken, een kostenpost die Jordan liever vermijd. "Onze spanningsbehoeftes zijn ook veel eenvoudiger dan ze zouden zijn met een conventionele robot," zei hij. "Als een onderdeel niet past en handlas nodig heeft, kan iemand er gewoon instappen en het op dezelfde tafel doen, en dan de cobot weer aan het werk laten. Dat is niet mogelijk als je te maken hebt met allerlei afscherming en draaiende draaitafels zoals je ziet bij de meeste geautomatiseerde lascellen."

Misschien zijn enige spijt is dat hij er niet twee gekocht heeft. "Later dit jaar plannen we om nog een cobot binnen te halen zodat we er één kunnen dediceren aan instellen en programmeren en een tweede voor productie," zei Jordan. "Dat stelt ons in staat continue flow te bereiken, zoals nodig in een Lean-omgeving."

Krappe ruimte

Steve Dillon deelt een vergelijkbaar cobot-succesverhaal, al met een volledig andere rationaal. De vicepresident van CDP Diamond Products in Livonia, Mich., hij behoort tot de derde generatie gereedschapsmakers in de Dillon-familie. Maar toen hij aan zijn broers voorstelde te investeren in robots om hun acht FANUC wire EDM (WEDM) machines rond de klok te laten draaien, waren ze sceptisch maar stemden toe het een kans te geven.

Zoals de naam doet vermoeden, ontwerpt en produceert CDP Diamond Products een breed scala aan custom diamantsnijgereedschappen. Een stap in het proces omvat het laden van het geloeste gereedschap in een draaitafel en het draadsnijden van het gewenste profiel op elke fluït, een operatie die doorgaans ongeveer drie uur vereist. Om machine-uptime te maximaliseren en doorvoer te verhogen, uitruste Dillon de meeste WEDM's met een paar draaitafels, maar dit gaf hem maar zes uur onbeheerde bewerking. Hij nam contact op met zijn FANUC-distributeur, Methods Machine Tools Inc. in Sudbury, Mass., voor advies.

"In eerste instantie stelden ze meer draaitafels voor, maar die dingen zijn belachelijk duur, en ik wist dat ik waarschijnlijk een robot voor ongeveer dezelfde prijs kon krijgen," zei Dillon. "Het probleem was de vloerruimte. Ik had temperatuurgecontroleerde kamers rond de draadmachines gebouwd om de deelnauwkeurigheid te maximaliseren, en dat betekende dat er geen ruimte was voor afscherming en hokken en al dat. Gelukkig had FANUC net hun collaboratieve robotserie gelanceerd rond die tijd."

Vergelijkbaar met MT Solar's lasoplossing, leverde Methods CDP Diamond Products een bewegbare staander met zakken voor twee dozijn HSK 63 gereedschapshouders. Aan deze bevestigden ze een FANUC CRX collaboratieve robot, die voldoende armbereik heeft om twee machines te bedienen. Afhankelijk van de gereedschapsmix, kunnen Dillon en zijn team nu twee of meer shifts volledig onbeheerd draaien, en als een operator moet instappen en aan een van de machines werken, kan de andere doorgaan zoals het was.

"Het is zo moeilijk om mensen te vinden dat, toen mijn zoon op de middelschool was, hem 's nachts vroeg te komen de machines te voeden," zei Dillon. "Net de andere dag belde hij van college, zich afvragend of we werk voor hem hadden. Ik moest hem vertellen: 'Sorry, zoon. Je bent vervangen door een robot. Nu ga studeren.'"

Hokkenstrijd

Ron Douglas, eigenaar en president van Associated MetalCast LLC uit Oxford, Ala., heeft geen probleem met hokken. Zijn bedrijf installeerde een FANUC-robot op een van zijn Okuma Genos L300 CNC-draaibanken enkele jaren geleden en Douglas is sindsdien een vaste gelovige in automatisering. Het bedrijf heeft nu drie dergelijke cellen en plannen om er twee meer deze zomer te implementeren. Omdat dit zogenaamde "industriële robots" zijn en niet collaboratief, zijn hokken nodig om mensen veilig te houden, hoewel één cel alleen een lichtgardin gebruikt. Ondanks alles zijn ze belast met laden en lossen van onderdelen, ze schoonmaken in de cel-wasstations, en in één geval, 100 procent inspectie uitvoeren op een geïntegreerde CMM.

Associated MetalCast giet of smeedt geen onderdelen. Douglas richtte het bedrijf op in 1998 en koos de naam vanwege een nauwe associatie met gietereien door het hele land. Het biedt precisiebewerking, schilden, warmtebehandeling, montage, en andere waardetoevoegende processen voor een reeks industrieën, waaronder landbouw, zware apparatuur, en infrastructuur. En hoewel veel van hun afgeronde onderdelen beginnen als gietstukken of gesmede stukken, bewerkt Associated MetalCast met zijn 96 werknemers ook veel staafmateriaal en plaat, wat klanten een "one-source" productieoplossing biedt.

Toegepast op de vraag waarom hij begon met automatiseren, was Douglas' antwoord niet verrassend. "Gegeven onze uitdagingen met het vinden van gespecialiseerde arbeid hier in Alabama, zal automatisering een heel groot deel van onze toekomst blijven zijn. Niet alleen verhoogt het efficiëntie, doorvoer en deelnauwkeurigheid, maar het bevrijdt ook onze werknemers om zich te bezighouden met interessantere taken dan machinebediening. Al dit is heel belangrijk in de huidige bewerkingswereld."

Hij wijst nog een belangrijk punt uit: teamleden op een lijn krijgen bij het begin van elk automatiseringsproject. "Verrassend genoeg was dat aanvankelijk best uitdagend," zei Douglas. "Ik worstelde om buy-in te krijgen van de engineering- en productiemensen omdat het iets nieuws was voor hen, en volledig buiten hun bereik. Maar zodra ze de resultaten zagen en beseften dat automatisering de juiste stap voorwaarts was voor het bedrijf, stonden ze erachter. Tussen hun ondersteuning en die van onze robotica-integrator, is de uitrol erg succesvol verlopen."

Breken met traditie

Duane Manth, general manager van Manth Manufacturing Co., Tonawanda, N.Y., heeft een lange geschiedenis met robots. In de afgelopen twee decennia heeft hij geïnvesteerd in verschillende vormen van automatisering, waaronder verschillende Wasino gang-style CNC-draaibanken met geïntegreerde portaalladers die hij voor een deel van de hogere volume componenten van de winkel gebruikte. En hoewel die machines een goed werk voor hem deden, wilde hij een robot die flexibeler is dan die twee- en drie-as portaals, en die in een cellulaire configuratie gebruikt kan worden die menselijke werknemers omvat.

"Doorheen onze 40-jarige geschiedenis hebben we altijd geprobeerd competitiever te worden, en waar passend, heeft automatisering een rol daarin gespeeld," zei Manth. "Toen mijn productiemanager Mike Rex en ik begonnen te praten over het verhogen van de doorvoer op een van onze handmatige productiecellen, gebeurde het net dat de verkoper van Absolute Machine Tools een paar dagen eerder was langsgekomen en een flyer voor de OB7 had achtergelaten. Iemand legde het op mijn bureau, en ik las het steeds en keek naar de prijs en al gauw belde ik hem en zei: 'Vertel me meer over dit ding.'"

De OB7 is een collaboratieve robot van Productive Robotics Inc., een Carpinteria, Calif.-gebaseerde spinoff van ZBE Inc., die robotische camerasystemen bouwt voor de filmindustrie. Manth was niet geïnteresseerd in hoe het 12-jarige bedrijf begon – alles waar hij om gaf was arbeidskosten verlagen in zijn drie-persoon bewerkingscel. Hij kocht twee OB7's en gebruikte ze om de CNC-draaibanken van de cel te bedienen, waardoor één persoon achterbleef om de cilindrische slijpmachine te bedienen en een oog op de cobots te houden.

De oplossing was zo effectief dat Rex snel naar andere OB7-toepassingen keek, en ze uiteindelijk aan het werk zette bij honen- en broachmachines. "We hebben ook een OB7 die een cilindrische slijpmachine voedt in een andere cel, wat een van de operators vrijmaakte om aan andere dingen te werken," zei Manth. "Ze zijn een enorm succes geweest."

Zijn en zijn team's continue duw voor grotere efficiëntie leidde tot de overname van Manth Manufacturing vorig jaar door hun grootste klant, Dynabrade USA van Clarence, N.Y. "We geloven stevig dat automatisering de toekomst van productie is, daarom zullen we blijven investeren in Manth's mogelijkheden terwijl we tegelijkertijd aan onze eigen automatiseringsaanbod werken," zei bedrijfspresident Mike Buffamonti. "Dynabrade ziet veel kansen voor robotische materiaalverwijdering en oppervlaktebehandeling, dus heeft begonnen met verschillende cobotfabrikanten om proof-of-concept oplossingen aan onze klanten te leveren. We zijn heel enthousiast over deze volgende stap in onze evolutie."

Prioriteiten stellen

Geen van dit komt als verrassing voor Douglas Bingham, senior director of manufacturing technology bij Honeywell International Inc.'s Phoenix-faciliteit. Met vijf divisies, meer dan 100.000 werknemers wereldwijd, en $34 miljard in omzet vorig jaar, heeft de Charlotte, N.C.-gebaseerde fabrikant uitgebreide ervaring met automatisering. Of het nu geautomatiseerde rookmeldijnlijnen in Trieste, Italië, of robotische lascellen in Mexicali, Mexico, deze Fortune 100 bedrijf heeft automatiseringstechnologie geïmplementeerd over honderden productielocaties.

Wat er ontbrak, aldus Bingham, is een uitgebreide, corporate-brede strategie. "Elke locatie heeft het op zich genomen de afgelopen jaren om te automatiseren wat ze zagen dat een redelijke return on investment zou opleveren. En hoewel dat in de meeste gevallen goede resultaten opleverde, kan het veel efficiënter en kosteneffectiever zijn. Daarom hebben we het Automation Center of Excellence (COE) team gevormd, wat een toegewezen Automatiseringsleider van elk bedrijf omvat.

In plaats van het wiel telkens opnieuw uit te vinden wanneer een nieuwe fabriek opgericht wordt of een product gelanceerd, zullen Bingham en zijn tegenhangers werken aan het standaardiseren van de automatiseringsoplossingen van het bedrijf. Het zal operaties op sleutellocaties beoordelen, bepalen welke productietechnologieën of processen de juiste zijn om te automatiseren, benchmarks definiëren en modulaire oplossingen ontwikkelen, en die oplossingen dan schalen naar de gebieden waar ze het grootste voordeel brengen.

Toegepast op dit doel, sprak Bingham recentelijk op een bijeenkomst van bijna 200 integratiefirma's. Hij beschreef het project en de automatiseringsprioriteiten van zijn groep – lassen, machinebediening, gratvrije verwerking, en inspectie onder andere – en bood de volgende missiestelling: "Implementeer Intelligente Automatiseringstechnologieën Op Sleutelprocessen In Onze Kernfootprint Om Voorspelbare, Veerkrachtige, En Efficiënte Operaties Te Creëren."

Daarna stelde hij voor dat hun externe expertise nodig zou zijn als Honeywell deze missie wilde voltooien, en nodigde hen uit om eventuele ideeën te delen. "We wisten dat het belangrijk was om vooraf met deze en andere experts te engageren om de juiste oplossingen op de best mogelijke manier te maken, en dan om ze te standaardiseren," zei Bingham.

Deze standaardisering is cruciaal, voegde hij toe, evenals gedetailleerde werkverklaringen en nauwkeurige simulaties van voorgestelde oplossingen. "Dat is niet iets wat we vroeger altijd vroegen bij eerdere automatiseringsprojecten. Nu is het een must. We willen zien hoe de cel werkt voordat we daadwerkelijk een inkooporder plaatsen. Daarbij komt de vereiste om alleen vooraf goedgekeurde hardware te gebruiken – specifieke merken van PLC en robots, bijvoorbeeld – en de ontwikkeling van gestandaardiseerde modules die we dan kunnen kopiëren en plakken over onze verschillende faciliteiten. Dat zal helpen de potpourri van apparatuur die je momenteel in sommige van onze fabrieken ziet, te elimineren, terwijl het ook automatisering makkelijker en kosteneffectiever maakt om te deployen. We zijn dit project vorig jaar gestart, maar ik moet zeggen dat we genoeg kansen voor ons zien."