Эй, рабочие места:пора автоматизировать!

Считаете, что автоматизация слишком сложна в среде с большим ассортиментом и небольшими объемами? Подумайте еще раз

О роботах и ​​биржах труда обычно не говорят вместе. В конце концов, всем известно, что автоматизация подходит только для крупносерийного производства, а типичная семейная операция — это совсем не то, что ее график заполнен заказами на многокомпонентные, малообъемные и часто очень сложные работы. Кому нужен робот в этой среде, где настройки выполняются несколько раз в неделю или даже каждый день?

Однако, прежде чем перейти к следующей статье, вы можете рассмотреть несколько вещей. Во-первых, многие эксперты предполагают, что независимо от того, что владельцы могут сказать себе, мастерские страдают от самой низкой загрузки машин в отрасли. Значения общей эффективности оборудования (OEE) на уровне 50 процентов или ниже не являются чем-то необычным. Автоматизация — это очевидное решение для улучшения этого показателя.

А поскольку переналадка станков в мастерских происходит чаще, для выполнения действий, связанных с наладкой, требуются более квалифицированные механики и программисты — люди, которые получают более высокую зарплату и которых трудно найти. Это увеличивает эксплуатационные расходы, сокращает возможности для дополнительной работы и делает круглосуточное производство чрезвычайно сложным. Поэтому, учитывая нехватку квалифицированных рабочих, автоматизация должна стать Святым Граалем для любой мастерской, даже если внедрение может быть непростым путем.

Возможности Plug and Play

Вопрос в том, с чего начать? У Зака ​​Спенсера есть несколько идей. Инженер по индивидуальным предложениям компании Methods Machine Tools Inc., Садбери, Массачусетс, отметил, что автоматизация может быть близка к принципу «подключи и работай», особенно если она включена в состав покупки нового станка.

«Мы разработали нашу JobShop Cell почти 15 лет назад, и с тех пор она стала одним из наших самых популярных решений по автоматизации для FANUC RoboDrill», — сказал он. "Он предназначен для магазинов, в которых каждый день происходит хотя бы несколько переналадок, площадь которых ограничена, и которым требуется гибкость, позволяющая легко переключаться с одной части на другую".

По его словам, JobShop Cell доступен в двух конфигурациях. В одном используется верхний/нижний конвейер для доставки сырья к роботу и удаления готовых деталей, а в другом используется шкаф с рядом ящиков для хранения заготовок и материалов. Оба используют робота FANUC для загрузки и разгрузки станка (или пары станков, в случае ячейки JobShop Twin RoboDrill от Methods), и оба позволяют оставить ЧПУ без присмотра на несколько часов или даже на целую смену, в зависимости от загруженности. заготовка.

Для больших объемов Methods предлагает Plus-E, систему автоматизации элеваторного типа с несколькими поддонами для средних и больших объемов работ, а также Plus-K для магазинов, которые хотят автоматизировать настройку машины, а также ее эксплуатацию. с возможностью замены держателей инструментов, предварительно загруженных тисков и приспособлений. «Вы можете сказать системе, что эти пять тисков — часть А, следующие две тиски — часть Б, одна за ней — часть С, а следующие десять будут частью D», — сказал Спенсер. «После этого вы просто загружаете его материалом и идете домой. Обе машины серии Plus представляют собой автономные устройства, которые устанавливаются рядом с RoboDrill и идеально подходят для магазинов, которые ищут простой способ перейти к автоматизации».

Возьми тележку

Methods — не единственный провайдер, использующий этот подход. Эрик Некич, отвечающий за операции, технологии и внутренние продажи в Lang Technovation Co., Хартленд, Висконсин, сказал, что в системах автоматизации RoboTrex компании используется робот FANUC и до четырех подвижных тележек, каждая из которых содержит несколько предварительно загруженных тисков. Например, RoboTrex 52 может хранить до 42 тисков на одну тележку (в зависимости от размера детали и конфигурации тележки), потенциально обеспечивая автоматическую обработку 168 заготовок.

Как и JobShop Cell, RoboTrex является автономным и полностью защищенным, но его также можно интегрировать с различными марками и моделями обрабатывающих центров. Единственным препятствием является необходимость инвестировать в несколько пятиосевых тисков Makro-Grip от Lang, необходимых для использования с системой (и изготовленных, по совпадению, на 50 обрабатывающих центрах, оборудованных RoboTrex, на заводе Lang в Германии). . «Однако это инвестиция с очень быстрой окупаемостью, потому что время безотказной работы вашего шпинделя резко увеличится с системой RoboTrex USA», — сказал Некич.

Майкл Гамаш (Michael Gamache) — менеджер по развитию бизнеса в компании Gamache Systems, расположенной в Нью-Берлин, штат Висконсин, — подразделении Metalcraft of Mayville и эксклюзивном интеграторе систем RoboTrex в США. Он понимает, что некоторые заказчики могут отказаться инвестировать в новую систему крепления, но предложил для этого несколько веских причин.

«Как владелец бизнеса я понимаю тот факт, что тиски стоят недешево, но с точки зрения автоматизации высокое качество крепления — это полдела», — сказал он. «Вам нужно доставлять сырье к роботу повторяющимся и точным образом, и система Makro-Grip — один из лучших способов добиться этого. Кроме того, систему очень легко настроить и эксплуатировать, поскольку робот работает с тисками, а не с большим разнообразием размеров сырья; поэтому для каждой детали работает одна программа».

Взять себя в руки

Тайлер Мардаус, инженер-конструктор компании Kurt Manufacturing — Industrial Products Division из Миннеаполиса, согласился с необходимостью высококачественного крепления, хотя подход его компании существенно отличается от подхода, предложенного Лэнгом. «Наша команда, специализирующаяся на изготовлении заготовок по индивидуальному заказу (CEW), проектирует множество гидравлических систем двойного действия с электромагнитным управлением», — сказал он. «Гидравлика обеспечивает более высокое давление на квадратный дюйм и, следовательно, большее усилие зажима, чем ручное удерживание заготовки, а соленоид поддерживает электронную активацию тисков с помощью управления роботом или машиной, создавая по-настоящему автоматизированную систему».

Он добавил, что магазины должны начать свой путь автоматизации, ориентируясь на рабочие места с наибольшим объемом. А если есть детали, для которых можно использовать тиски (или несколько тисков) с обрабатываемыми губками, их можно заменить во время переналадки, что сократит время наладки. Что касается инвестиций, то не обойтись без гидравлического насоса и сантехники, но, возможно, можно будет модернизировать существующие ручные тиски в магазине с помощью гидравлических гаечно-винтовых узлов.

«Вы должны стремиться создать замкнутую систему управления», — сказал Мардаус. «Это начинается с установки какого-либо устройства подтверждения частичной посадки, но вам также необходимо убедиться, что тиски были зажаты с правильным усилием, прежде чем разрешить запуск цикла, и что тиски разжаты до того, как робот попытается удалить тиски. заготовка. Все эти шаги имеют решающее значение для любого решения по автоматизированной обработке».

Ускорение обмена данными

Комментарий Мардауса о сокращении времени установки точен. В конце концов, зачем сокращать трудозатраты за счет автоматизации, если каждый раз, когда вы меняете работу, вам придется тратить часы дорогостоящего простоя? Упомянутые им быстросменные кулачки — отличное начало, но если позволяет бюджет, система позиционирования с нулевой точкой, такая как в Makro-Grip Ланга (и других), превращает смену заготовок в одноминутное упражнение. Также должны быть надежные возможности CAM с программным обеспечением для моделирования, которое оценивает траектории после обработки, державки, режущие инструменты, заготовки, крепление и сам станок.

И, как объяснил Дитмар Молл, директор по развитию бизнеса компании Zoller Inc., Анн-Арбор, штат Мичиган, магазины должны уделять первостепенное внимание управлению инструментами, начиная с автономной системы предварительной настройки и соответствующего программного обеспечения. "Одним из самых больших преимуществ любой стратегии автоматизации является то, что робот или кобот берет на себя обслуживание машин и другую работу, не добавляющую ценности, что освобождает квалифицированный персонал для выполнения более важных задач", – сказал Молл.

Одной из этих задач является предварительная настройка инструмента в автономном режиме, но также есть тщательное планирование работы, обслуживание и организация держателя инструмента, проверка режущего инструмента и анализ данных цеха. С этой целью Zoller предлагает множество решений, выходящих далеко за рамки настройки инструмента. Его решения для управления инструментами (TMS) уровня Bronze, Silver и Gold позволяют магазину расширять свои возможности по мере необходимости, обеспечивая значительно большую прозрачность производственных процессов и активов, связанных с инструментами. А поскольку они могут связываться с роботом для совместной работы Zoller »cora«, добавил Молл, они служат для «замыкания цикла», автоматизируя такие задачи инструментального цеха, как очистка и хранение инструментов.

Точно так же интегрированные решения для хранения инструментов компании помогают организовать эти активы, еще больше сокращая время простоя и неэффективность. А когда работа завершена, эти же системы можно использовать для возврата инструментов обратно в кроватку, проверки их производительности и регистрации оставшегося срока службы инструмента. «Это помогает магазинам лучше понять, какие режущие инструменты работают хорошо, а какие нет, что дает им возможность еще больше улучшить процессы и снизить затраты на инструменты», — сказал он.

Предложения по расписанию

Надежное управление инструментами также является важной частью планирования работ, что одинаково важно как для станков, так и для использования роботов. Для Молла это означает знание того, какие задачи стоят на очереди и какие инструменты необходимы для их выполнения. Для Даниэля Карранко это означает нечто большее, особенно в контексте автоматизации. Директор по постоянному совершенствованию в Global Shop Solutions Inc., Вудлендс, штат Техас, он отметил, что все магазины — автоматизированные или нет — должны иметь хорошую ERP-систему и систему планирования, которая также может контролировать работу цеха и собирать информацию о процесс обработки.

Однако для выполнения части этого уравнения, связанной с мониторингом и сбором данных, требуется удобное для интеграции программное обеспечение ERP, станки и робототехника. «У нас были ситуации, когда заказчик хотел интегрировать свое оборудование с нашей системой, но обнаруживал, что программная платформа, используемая этим оборудованием, практически невозможна для нас», — сказал он. «Поэтому первый совет для всех, кто занимается интегрированной производственной средой, — убедиться, что все может эффективно обмениваться данными и что всем понятно, какие виды и объемы данных будут передаваться».

Коммуникация, кажется, значит больше, чем когда-то. Там, где ERP-системы долгое время преуспевали в сборе данных от людей в цехе, теперь они должны собирать их также от роботов и контроллеров машин. Кроме того, эти данные не только содержат повсеместный номер задания, время производства и количество выполненных (или бракованных) работ, ожидаемых пользователями, но также могут отображать информацию о потреблении материалов, проверках и качестве деталей в режиме реального времени, состоянии станков и роботов. и так далее.

«Сегодня, безусловно, доступно гораздо больше информации, чем было когда-то, и при наличии правильного программного обеспечения, оборудования и интеграции ERP вся эта информация может быть беспрепятственно и автоматически собрана», — сказал он. «Это открывает совершенно новые возможности для постоянного совершенствования, но, что более важно, позволяет сотрудникам сосредоточиться на более важных вещах. Больше не нужно тратить время на ручной сбор данных, которые и так часто бывают неравномерными, и люди могут работать над планированием и анализом процессов».

Повышение эффективности передового опыта

Как предложил Карранко, эти технологии следует использовать независимо от планов магазина по автоматизации, поскольку все они служат для повышения эффективности операций и значительного повышения уровня OEE. И когда будет сделан следующий шаг — внедрение робота или системы обработки материалов — инвестиции окупятся намного быстрее. Если предположить, что вам не нужна или вы не можете использовать какую-либо из уже обсуждавшихся предварительно настроенных систем, тогда возникает вопрос:«Какого робота нам следует купить и как мы должны его внедрить?»

Дин Элкинс может порекомендовать один. Элкинс, руководитель сегмента погрузочно-разгрузочных работ в подразделении Motoman Robotics компании Yaskawa America Inc., Майамисбург, штат Огайо, сказал, что ремонтные мастерские часто предлагают ряд подходящих роботов, будь то обслуживание станков, снятие заусенцев с деталей, автоматизированная сборка или роботизированная сварка. Finding the right equipment for these applications, though, requires a good deal of evaluation and talking to knowledgeable people.

“Justifying an investment in automation depends on several factors,” said Elkins. “Obviously, the larger the production quantity, the more it makes sense to automate it. But even lower volume, repeat work can be profitable, provided the shop takes the necessary steps to reduce setup time as much as possible. Parts with longer run times are also good candidates, as are parts with simple handling requirements.”

Elkins noted that most job shops find a small to medium-sized floor-mounted robot—meaning a payload of 5-25 kg—is all that’s needed to deburr a batch of parts, weld a crateful of brackets, or tend a CNC lathe after everyone’s gone home for the night. With that, however, some level of safety guarding will be required, as will grippers, an interface to the machine tool, and possibly programming and simulation software.

Tomorrow, Today

And don’t forget the training, he warned. Automation is much simpler than it once was, yet the savvier job shop owner is still going to make an additional investment in training, and have a dedicated person on staff to manage the shop’s robotics. That said, collaborative and force-limiting robots are becoming quite popular, especially where floor space is a concern. Robots can be equipped with self-changing or quick-change grippers, increasing flexibility. Vision systems can often eliminate or at least simplify part conveying systems, and the ability to teach a robot its tasks helps reduce the need for offline programming systems. “There’s a lot to consider,” said Elkins. “That’s why I encourage anyone interested in automation to do their homework, ask questions, and partner with a reputable integrator.”

Acieta LLC, Waukesha, Wis., is one such company. Steve Alexander, vice president of operations, warns that not all integrators are created equal. “Make sure you work with someone who has experience with your type of work and the skill level to implement your robotic automation project,” he said. “Get references, go see their previous installations, and understand the quality of their work. Industrial robots are designed to last well over 10 years, so you want to make sure everything else in the cell is designed for an automated environment and is just as reliable as the robot itself.”

Doing so can lead to a return on investment (ROI) of just a few months, although a year or two is probably a more realistic expectation. Much of that depends on the application, of course, but the type of robot also plays a role. As Elkins noted, collaborative robots—or cobots—have become all the rage over the past few years, mainly due to their ease of use and seemingly safer operation in proximity to humans. Yet appearances can be deceiving. Cobots can be slower and less accurate than so-called “industrial robots,” possibly slowing ROI, and even the friendliest cobot can harm a human if established safety procedures aren’t followed.

This is why Elkins and others strongly recommend a risk assessment with any robot installation. He also suggested that the best approach for automation newbies is to start small and easy. “Find a single pain point and conquer that one first before looking at adding additional processes or complexity,” he said. “You want to have success right out of the gate so that everyone—the shop owner, the machine operators, and the people doing the integration—are comfortable moving on to larger or more complex projects. Sometimes, the biggest challenge is getting employee buy-in. There’s always the fear that robots will replace humans, so it’s important to make them part of the implementation. Educate them, get them involved in the roll-out, and when they find that the robot actually makes their job easier and more interesting, they’ll end up being your biggest cheerleaders.”