Werken met interne integratiesystemen

Niemand kent zijn bedrijf beter dan de mensen die er werken. De eigendom, het management en de werknemers hebben dagelijks te maken met de vele plussen en minnen die alle bedrijven hebben, vooral die bedrijven die proberen hun brood te verdienen in de snel evoluerende wereld van de fabricage van precisie-gefreesde onderdelen.

Hoewel er veel bezorgde derde partijen in de coulissen staan ​​om winkels te helpen bij de overgang naar nieuwe en betere manieren van produceren, liggen de beste antwoorden soms binnen de eigen vier muren van de winkel. Dat vat een kernfilosofie samen bij Vanamatic Company, gevestigd in Delphos, Ohio.

Vanamatic is een fabrikant van precisiemachines van de derde generatie met 90 medewerkers en is trots op de zelfredzaamheid en het probleemoplossend vermogen van het bedrijf. Het management zoekt eerst intern naar antwoorden, betrekt medewerkers bij het probleem/oplossingsoefening en kijkt pas daarna naar externe middelen die nodig zijn om eventuele hiaten op te vullen.

Door de jaren heen heeft het gebruik van deze 'meer doen met minder'-benadering aangetoond dat in een omgeving die gericht is op het eerst aanboren van intern talent, antwoorden sneller komen en met het extra voordeel van de buy-in van de werknemers. Het is een succesvolle formule waarmee het bedrijf sinds de oprichting in 1954 vele stormen heeft doorstaan.

De nieuwste grote systeemintegratiestap van het bedrijf omvat het automatiseren van verschillende bewerkingen met behulp van collaboratieve robots (cobots) die onafhankelijk kunnen werken of als hulpje kunnen fungeren in samenwerking met een menselijke werker. Cobots zijn een relatief recente ontwikkeling en een die robots veel praktischere tools op de werkvloer maakt, vooral een die zo druk is als die van Vanamatic.

Een goed begin
Door de jaren heen heeft Adam Wiltsie, fabrieksmanager, arbeidsbesparingen en procesverbeteringen in de hele winkel ontworpen en ontwikkeld. Een dergelijk apparaat begon als een combinatie van een carrousel voor het reinigen van onderdelen en een accumulator.

Het is veranderd in een door een machine toegewezen meetstation, uitgerust met de juiste meters die nodig zijn voor de onderdelen die worden geproduceerd. Het is gekoppeld aan het centrale ERP-systeem van de winkel, waardoor de operator realtime statusinformatie en toegang tot instellingen, metingen en taakuitvoeringsinformatie binnen handbereik heeft. Deze units zijn in eigen beheer ontworpen, gebouwd en geïntegreerd.

De heer Wiltsie heeft ook het voortouw genomen in pick-and-place-automatisering voor het laden en lossen voor zowel draaibanken als fabrieken op de werkvloer. Kortom, deze eenheden waren mechanische shuttle-laders/lossers die waren ontworpen om de eentonigheid van het gebruik van een operator om de taken uit te voeren, te verlichten. Het waren vrijwel vaste automatiseringen met weinig flexibiliteit.

Robots waren een logische stap voorwaarts voor Vanamatic. Na het zien van een cobot (een robot met nabijheidsdetectie die veilig naast een persoon kan werken) die werd gedemonstreerd op een vakbeurs, kon meneer Wiltsie zien dat de technologie de behoefte van zijn winkel had ingehaald. Een scharnierende arm met zes assen, die naast een operator werkte, zonder dat een veiligheidskooi nodig was, was perfect. En het assemblagestation van Rich Lindeman was een perfecte plek om te beginnen.

Vanamatic's eerste cobot was Ethel. Ze werd genoemd door haar begeleider, de heer Lindeman, die onlangs 50 jaar fulltime dienst bij het bedrijf vierde. Voor de montage die Rich en Ethel moesten doen, zag Rich zichzelf misschien in de rol van Lucille Ball en zijn cobot als haar trouwe vriend, Ethel Mertz, die op de chocoladesnoeptransportband werkte.
De montagetaak die de heer Lindeman zou hebben uitgevoerd, is een proces van acht stappen dat begint met een pallet van 144 onderdelen. De heer Lindeman pakt het onderdeel op, controleert een kritische lengtemeting op een meter, monteert een kleine O-ring aan het uiteinde van het onderdeel, blaast de ID eruit, duwt een afstandsstuk over een stel schroefdraden om tegen een zeskant te plaatsen, controleert het geheel en plaatst het in een pakket voor verzending.

Volgens de heer Wiltsie, de fabrieksmanager van Vanamatic:“Rich heeft er geen probleem mee om dit te doen en doet dit werk al een tijdje met succes. Het is geen kwestie van de taak één keer uitvoeren; het is een kwestie van 500.000 keer uitvoeren, wat de bestelhoeveelheid was voor deze montage”, zegt hij. “Het is een line-ready onderdeel voor een brandstofinjectiesysteem en moet kloppen. Ik ben pas 40 jaar oud en heb de montage zelf gedaan. Ik had pijn na een paar duizend en met minder dan perfecte kwaliteit. Dit betekent geen minachting van de heer Lindeman, de vergadering voor deze specifieke bestelling was niet bedoeld voor een mens, en zoals ik ontdekte, was het ook niet humaan.'

Ethel is een UR3-model gebouwd door Universal Robots. Het is de kleinste cobot die UR maakt en heeft een bewegingsbereik dat bijna gelijk is aan dat van een mens. Het laadvermogen is 6,6 pond, het bereik van de straal is 19,7 inch en de voetafdruk voor de eenheid is 5,9 vierkante inch. Voor de brandstofinjectorassemblagetoepassing van Vanamatic was de robot echter nog maar het begin.

Ergonomie is een belangrijke overweging bij het inrichten van een werkplek voor een menselijke werker. Overwegingen zijn onder meer waar het werk de activiteitszone binnenkomt, plaatsing van hulpapparatuur zoals meetinstrumenten voor deze montage, waar de O-ringen en afstandhouders worden geplaatst in relatie tot de montage-activiteit en oriëntatie van de bewerkte onderdelen, evenals de locatie van de uitgaande verpakking.

Hoewel ergonomie belangrijk is voor de heer Lindeman, is het van cruciaal belang voor Ethel. Ze is slim, maar mist het vermogen om subtiele beslissingen te nemen over bewegingsveranderingen en de intelligentie om zich aan te passen buiten haar programmering, ook al heeft ze wel subroutines om ontbrekende O-ringen of afstandhouders op te lossen. Dat wordt in de toekomst opgelost met vision-systemen. Ondertussen is het gebruik van "poka-yoke" voor de inkomende trays een eenvoudige, betrouwbare manier om ervoor te zorgen dat het programma van Ethel elke keer op de juiste plek goed van start gaat.

Vanamatic-ingenieurs gebruiken CAD-modellering om verschillende aspecten van het productieproces te illustreren, zoals de lay-out van de fabrieksvloer, machinesimulaties en andere grafische en virtuele representaties van gebieden binnen het bedrijf. Deze vaardigheden werden toegepast bij het voorbereiden van het werkgebied voor de heer Lindeman en Ethel. De ingenieurs kunnen het zien, uitvoeren en "wat-als" testen voordat er iets wordt gebouwd of gekocht.

"De programmeertools voor de cobot zijn uitgebreid en goed ontworpen voor gebruiksgemak", zegt de heer Wiltsie. “We brachten ons goed ontwikkelde, interne vermogen om de werkomgeving voor de cel te ontwerpen en te bouwen naar het feest. Ons vermogen om de cobot te integreren in een systeem dat de acht handelingen omvatte die nodig waren om het onderdeel van de brandstofinjector te assembleren, heeft het bedrijf een aanzienlijke investering bespaard. Een ander voordeel is dat we met onze interne ontwerp- en bouwmogelijkheden gemakkelijk wijzigingen en verbeteringen kunnen aanbrengen in de loop van de tijd.”

Tegenwoordig bestaat de assemblage van de heer Lindeman uit twee stappen door de heer Lindeman, het laden van de pallet en het verpakken van het voltooide onderdeel. Ethel doet de zes bewerkingen tussendoor. Ze hebben een geweldige relatie.

Toegift
De installatie van Ethel bij Vanamatic is een succes geweest. Het doet zijn montagewerk zonder klachten en het belangrijkste, geen slechte onderdelen verzonden.

Een tweede cobot, ook een UR3, arriveerde minder dan een jaar na Ethel bij Vanamatic. Door haar handler, Gene Dickman, Roxy genoemd, was haar opdracht eenvoudiger dan Ethel. Kortom, ze voldoet aan de behoeften van een Omni-Turn-draaibank, laadt deze met blanks en verwijdert afgewerkte gedraaide onderdelen.

Voor deze operatie is de flexibiliteit van Roxy haar kracht. De Omni voert delen uit met een lager volume en een hogere mix. Het vermogen om snel van programma en end-effectors (grijpers) te wisselen is een sleutel tot haar succes.

Met deze toepassing deed Vanamatic een beroep op zijn eigen engineering om de dubbele grijper te ontwerpen en te integreren, zodat Roxy maar één keer de machine hoeft te betreden om de onderdelen te laden en te lossen. Door de kleine voetafdruk en het relatief lichte gewicht van de robot (24,3 pond) kan deze eenvoudig op de voorkant van de Omni-turn worden gemonteerd. De ingenieurs van Vanamatic hebben de op maat gemaakte montagebeugels opgesteld en gefabriceerd die de machine en Roxy integreren. Ze schreven ook de interfacesoftware waarmee de robot en machine kunnen communiceren.

Leren door te doen
Onderwijs is cumulatief. Over het algemeen leren mensen nieuwe dingen door voort te bouwen op de basis die is ontstaan ​​uit eerdere lessen waaraan ze zijn blootgesteld.

Dat is het geval voor de derde cobotinstallatie van Vanamatic, Rocky. Rocky kwam op de werkvloer ongeveer 196 dagen nadat het bedrijf Roxy had geïntegreerd, en naarmate de leercurve voor het integreren van deze machines en de benodigde ondersteunende apparatuur sneller ging, werd de tijd tussen projecten korter.

Rocky, genoemd door zijn handler, Paul Meiring, is een ander UR3-model van Universal Robots. "We hebben wat we geleerd hebben van de eerste twee cobot-applicaties toegepast toen we Rocky aan de gang kregen", zegt dhr. Wiltsie.

De taak die voor Rocky werd gekozen, was een andere klus voor het verzorgen van machines (dit keer op een VMC) die ingewikkelder is dan die van Roxy. Net als de andere twee toepassingen maakten de ingenieurs van Vanamatic een virtueel model van de operatie, inclusief de oriëntatie van de inkomende en uitgaande transportbanden.
Voor deze laadklus moest de cobot in de werkzone van de machine worden geplaatst om het openen en sluiten van de deur te voorkomen. Vanwege de nauwe begrenzingen in de machine, wordt Rocky ondersteboven gemonteerd en aan de machinekolom bevestigd door een beugel die in eigen huis is ontworpen en gebouwd. Deelplano's worden geladen op transportbanden die zich buiten de afscherming bevinden en leveren deelplano's aan Rocky.

Rocky pakt de onbewerkte onderdelen van een vaste locatie op de transportband, maar heeft de extra taak om het werkstuk naar een tweede klemstation op de werkstukhouder te verplaatsen. Timing tussen de cobot en de machine CNC werd door Vanamatic geprogrammeerd met behulp van communicatie tussen de robot en de machine.

Nadat het onderdeel is bewerkt, verifieert Rocky elk onderdeel met behulp van een in-proces Cognex-meter voordat het wordt vrijgegeven aan de uitgaande transportband. De cobot is geprogrammeerd om alle afgekeurde onderdelen in een aparte bak te laden en als er drie opeenvolgende storingen zijn, gaat er een alarm af.

"Deze installatie is een stap voorwaarts ten opzichte van onze VMC-lading", zegt dhr. Wiltsie. "Vergeleken met de shuttle-laders die we eerder in onze VMC's integreerden, vertegenwoordigt de flexibiliteit van het cobotsysteem dat we nu genieten een toewijding aan onze toekomstige bedrijfsgroei."

Verrassende bron voor hulp
Toen het management van Vanamatic vooruitgang boekte met de integratieplannen voor de werkvloer, kwam het een bondgenoot tegen die velen misschien niet zouden overwegen. Het bedrijf heeft, zoals de meeste, zaken met het Bureau of Workman's Compensation (BWC). Soms kunnen die contacten minder hartelijk zijn vanwege de regelgevende handhavingsrol van BWC.

In het geval van het cobotinstallatieproject van Vanamatic werd echter een geestverwant gevonden in het BWC. In de staat Ohio heeft de BWC subsidiegelden beschikbaar voor bedrijven om hen te helpen potentiële werknemersclaims op eenvoudige en complexe wijze te verminderen.

Vanamatic heeft subsidies aangevraagd en gekregen voor zijn automatiseringsinspanningen, die aanzienlijk hebben bijgedragen aan de kosten van aanschaf en installatie van zijn cobots. Hoewel dergelijke beursaanbiedingen mogelijk niet in alle staten beschikbaar zijn, kan het geen kwaad om ernaar te vragen.

Of de winkel nu kijkt naar systeemintegratie met behulp van automatisering of communicatie of betere workflowtechnieken, rechtvaardiging van de werkvloer gaat niet over vervanging van werknemers. Integendeel, het gaat om de verbetering van de baan van de werknemer. De heer Wiltsie en de Ohio BWC lijken het eens te zijn over het punt dat wervingskwesties in de hele sector soms minder over de mensen gaan en meer over de banen die van ons worden gevraagd.

*Vanamatic is sinds 1957 lid van de PMPA.