Автоматизация для всех

Раньше автоматизация была доступна только крупным фабрикам, но теперь небольшие мастерские также могут извлечь выгоду

Автоматизация мастерских ускоряется благодаря сочетанному влиянию Индустрии 4.0, продолжающейся нехватки квалифицированной производственной рабочей силы и пандемии COVID.

Доступность более специализированных роботов и вариантов транспортировки материалов, чем когда-либо, помогает небольшим производителям производить больше, а операторам — выполнять больше задач с добавленной стоимостью. Растущий спрос на средства индивидуальной защиты (СИЗ) в сочетании с необходимостью защиты работников также активизировал усилия по автоматизации магазинов.

Кортни Ортнер, директор по маркетингу компании Absolute Machine Tools из Лорейна, штат Огайо, резюмировала преимущества автоматизации, которые явно усилились во время пандемии:«При использовании коботов (совместных роботов) у вас есть партнер по работе, и вы не нужно беспокоиться о социальном дистанцировании. Кроме того, многие магазины теряют работников из-за карантина, что позволяет магазину продолжать работать даже с потерей персонала. И мы не можем забывать, что производственные возможности без освещения более распространены из-за использования автоматизации; даже с коботом вы можете настроить работу в пятницу вечером, а к утру понедельника она будет готова, что часто позволяет вам опережать производственный цикл».

Марш коботов

Роботы часто являются первым, о чем думают люди, когда речь заходит об автоматизированном производстве. Их безопасный для человека вариант, коботы, продолжает улучшаться в плане простоты настройки, гибкости и полезной нагрузки.

С момента своего появления 15 лет назад устройства Universal Robots (UR) в Бостоне стали опорой мастерских, особенно в средах с большим ассортиментом и небольшими объемами. Выпустив в 2019 году версию с грузоподъемностью 16 кг (UR16), компания UR продолжает расширять границы возможного в производственном процессе с помощью роботов.

2020 год был особенно напряженным, отметил Джо Кэмпбелл, глава отдела маркетинга UR в Северной Америке. Возникли две темы:реорганизация, вызванная пандемией, и внедрение новых производственных моделей.

В частности, небольшие магазины, которые вынуждены эффективно использовать каждый дюйм ограниченной площади, развертывают коботов, чтобы держать работников на социальной дистанции, отметил он. «Если у вас есть группа из трех инструментов, вы можете добавить одного или двух коботов, чтобы дать операторам передышку».

Кроме того, магазины осознают, как коботы могут увеличить прибыль. «Магазины по-другому смотрят» на график работы только в будние дни, «и обнаруживают, что производственная команда открыта для большей гибкости». Один клиент UR организовал смену на выходные и обнаружил, что многие члены команды воспользовались новой возможностью. В других случаях магазины, в которых ранее работал один квалифицированный оператор, выполнявший настройку и загрузку машины, добавили коботов для функции загрузки, в то время как оператор наблюдает за несколькими машинами.

Установки UR экономят часы магазинов во время установки. Их можно настроить для работы на полу, стене или потолке с помощью сенсорного экрана; другие роботы часто специально созданы для определенной ориентации. Время цикла также сокращается, особенно благодаря тому, что коботы UR могут быть оснащены двойным захватом для одновременной выгрузки готовой детали и вставки новой заготовки.

Критически важным для гибкости UR является возможность комбинировать своих коботов с набором стороннего оборудования и программного обеспечения. Доступ к ним осуществляется через программу UR+, «своего рода магазин приложений» для UR, сказал Кэмпбелл. Механические, электрические и программные интерфейсы для роботов UR опубликованы, и третьи стороны разрабатывают продукты, соответствующие этим спецификациям. «Что еще более важно, они представляют их нам для тестирования и проверки. Если мы говорим, что захват работает по принципу plug-and-play, это так, потому что мы его протестировали».

В экосистему UR, состоящую из 288 периферийных устройств, входят магазины деталей, системы технического зрения, датчики, варианты монтажа, чехлы для роботов и приложения. Например, Beacon от Hirebotics позволяет операторам контролировать коботов через облако. "Вы можете просматривать статистику производства и вносить коррективы на лету", – сказал Кэмпбелл.

В марте программа UR+ была расширена за счет включения комплектов приложений, в которых такие компоненты, как захваты, сочетаются с программным обеспечением «для решения конкретной прикладной проблемы». Один комплект от Robotiq включает в себя орбитальную шлифовальную машину, монтажное оборудование, вакуумные шланги и программное обеспечение, которое позволяет пользователям запрограммировать протокол шлифования для такого продукта, как мебель или шкафы. «Вы можете программировать сложные контуры за считанные минуты, а не дни», — сказал Кэмпбелл. Между тем, комплект ActiNav от UR представляет собой гибкий комплект для загрузки машин, который позволяет пользователям брать детали из бункера и загружать их в различные машины с точной ориентацией. «Новую деталь можно добавить в систему менее чем за час».

Еще одним ключом к внедрению автоматизации в магазинах является возможность виртуального обучения. Недавно компания UR преодолела важный этап обучения более 100 000 операторов онлайн через Академию UR, которая предлагает бесплатные учебные модули по программированию и развертыванию коботов UR.

«Если вам приходится отправлять своих трех ведущих машинистов на большую часть недели для обучения, ваше производство разваливается», — сказал Кэмпбелл. Небольшие магазины «действительно привлекают возможность проводить 90 % обучения онлайн».

Быстрая загрузка для будущего

В дополнение к давлению на автоматизацию из-за пандемии перенос производства в США является еще одним важным фактором использования роботов и погрузочного оборудования для мастерских.

«Производители и мастерские, которые исторически медленно внедряли робототехнику, начинают использовать робототехнику больше, чем когда-либо, — сказал Джейк Корнинг, менеджер по продукции и инженер-механик компании Acieta LLC, Вокеша, Висконсин. интерес и заказы выросли с начала пандемии. Они видят преимущество робототехники в том, что их машины работают, а детали производятся даже во время социального дистанцирования, больных сотрудников и/или простоев, которые влияют на производственные возможности».

Кроме того, поскольку глобальная цепочка поставок нарушена, «они также видят, что пандемия вернет в Соединенные Штаты огромное количество оншоров. Они столкнутся с еще более значительной нехваткой рабочей силы, чем до пандемии, если им не удастся внедрить автоматизацию. В конечном счете, несмотря на трагедию, которую пандемия навлекла на нашу страну, американские производители уже более комфортно осваивают роботизированные технологии и видят преимущества, которые повысят их конкурентоспособность, повысят удовлетворенность работой и лояльность работников, а также предоставят американскому потребителю более конкурентоспособные товары. цены.”

По словам Корнинга, Acieta предлагает ряд решений, особенно подходящих для рутинных операций с большим количеством заказов и небольшими объемами.

«Системы FastLOAD CX1000 и CR2000 предназначены для простого использования для начинающих пользователей роботов, — сказал он. «Наш интерфейс с сенсорным экраном для CR2000 позволяет очень легко управлять роботом с различными размерами деталей. Оператору нужно только ввести параметры детали, и система автоматически настраивает программу для запуска новых деталей. Захваты роботов и крепление деталей гибки для самых разных размеров деталей, поэтому в одной системе можно работать с множеством разных деталей».

Переналадка на CR2000 может быть выполнена за считанные минуты, а системы CX1000, CR2000 и DR2000 спроектированы таким образом, что робот может продолжать работу, пока оператор загружает или выгружает детали. «Это позволяет машинам работать без остановок во время перерывов, обедов и даже в нерабочее время, если имеется достаточно входящих деталей».

Установленный на колесах, CX1000 легко маневрирует в цеху. Он также доступен с несколькими вариантами тележки для быстрой замены и использует робот FANUC CRX-10iA/L, «который имеет очень простой в использовании интерфейс с сенсорным экраном и значками программирования с возможностью перетаскивания», — сказал Корнинг. «Если ваши задачи являются более сложными или более масштабными, наши индивидуальные решения также могут быть разработаны для большого ассортимента и мелкосерийного производства деталей с использованием таких технологий, как зрение, устройства смены инструмента на конце руки и гибкое крепление».

Корнинг отмечает, что сопутствующие машины для ухода за машинами Acieta оказались популярными. «Это стандартные роботизированные системы, предназначенные для работы с самыми разными деталями. Поскольку они представляют собой предварительно спроектированные стандартные продукты, они намного дешевле, чем традиционная нестандартная система, и могут быть доставлены всего за одну неделю. Все три системы могут обслуживать несколько станков одновременно. Кроме того, в наших системах CX1000 и CR2000 используются коллаборативные роботы, которые помогают максимально эффективно использовать площадь помещения, поскольку не требуют ограждения безопасности».

По словам Корнинга, для мастерских, которые впервые автоматизируют работу, отличной отправной точкой является CX1000 для совместной работы. Освобождая рабочих от повторяющихся задач, автоматизация позволяет им «научиться программировать или обслуживать роботизированную систему. Оператор, который раньше обслуживал одну машину, теперь может управлять роботизированными системами на нескольких машинах».

Решение основных проблем

Компания Methods Machine Tools Inc. (Садбери, Массачусетс) с глубоким пониманием уникальных потребностей механообрабатывающих и ремонтных мастерских помогает производителям автоматизировать производство, стремясь расширить бизнес и создать более квалифицированную рабочую силу.

«Нам нужно больше хороших механиков», — заявил Джон Люсьер, менеджер по автоматизации FANUC по методам. «В этом нам помогают роботы. Роботы помогают магазинам получить больше рабочих мест, чтобы они могли нанять больше машинистов». Хорошо обученный слесарь не загружает и не разгружает станки, «он их настраивает, подбирает инструменты и пишет программы».

По его словам, как и другие поставщики, Methods столкнулись с всплеском автоматизации, связанной с пандемией, особенно в производстве деталей для вентиляторов.

До пандемии Люсьер вспомнил, как посетил множество магазинов с небольшим объемом продаж, которые впервые обратили внимание на автоматизацию. Операции среднего объема, при которых ячейки меняются два или три раза в неделю для производства примерно 5000 деталей, становятся обычным явлением, и Methods предлагает конвейерную линейку Job Shop Cell Pro для таких сред. Регулируемые разделители дорожек позволяют быстро переключаться между мелкими и крупными деталями. Другой популярный вариант — серия выдвижных ящиков со стальной или алюминиевой пластиной с отверстиями для 20–40 деталей.

По словам Люсьера, еще одним важным соображением является рабочее место; автоматические тиски - относительно простое решение. «Это не должно быть сложным, с поворотными зажимами и тому подобными вещами. Это может быть что-то вроде старого доброго патрона или тисков с пневматикой или гидравликой для открывания и закрывания, и вы делаете свои собственные кулачки — мало чем отличаясь от того, что делают во многих магазинах с тиражами около 50 деталей.

Для деталей меньшего объема, даже таких небольших, как партия в одну единицу, Methods предлагает роботизированные вращающиеся карусельные системы хранения Plus-K и Plus-K 60. «Мы не делаем робота для конкретных деталей; Робот настроен так, чтобы вводить и вынимать из станка стандартные заготовочные приспособления, будь то небольшие тиски или поддон. Робот настроен так, чтобы захватывать общий элемент передней части рабочего места». Детали загружаются в ручные тиски, а робот предварительно запрограммирован на работу в качестве системы загрузки поддонов; нет необходимости в программировании конечного пользователя. Эта система также расширяет набор стандартных инструментов RoboDrill:с 21 до 161 дополнительного инструмента.

С такими решениями мастерские обычно окупают инвестиции менее чем за 12–18 месяцев. «Наша цель — убедить вас работать в две или три смены — взять роботизированную ячейку, заполнить систему подачи деталями и вернуться домой в 17:00, и получить от двух до шести часов времени работы. Если я получу автоматизированную систему, которая будет выполнять 80 % запланированной вами работы, у нас все будет чертовски хорошо».

«Решения Informing Methods — это давняя связь с мастерскими и знание того, как они работают», — отметил Люсьер, сам по профессии слесарь. Например, он часто напоминает мастерам, что они могут самостоятельно обрабатывать стальные или алюминиевые захваты. И настройка программ, предварительно поставляемых с роботами, может быть проще, чем программирование ЧПУ. Группа интеграции автоматизации компании хорошо осведомлена о проблемах, связанных со станками, от охлаждающей жидкости и стружки до вращения инструмента, срока службы инструмента, удаления заусенцев и многого другого.

«Если вы собираетесь ставить роботов на станки, вам нужен интегратор роботов, который сделает это», — заключил Люсьер. «Преимущества роботов не должны быть сложными для обоснования».

Оценка потребностей, добавление скорости

Понимание потребностей мастерской в ​​автоматизации начинается с тщательной оценки объема, необходимого для повышения производительности.

По словам Ортнера из Absolute, «когда клиент нанимает нас, «мы делаем компоновку системы, выбираем лучшие методы автоматизации — конвейерные системы, роботы, погрузочно-разгрузочные работы с сырьем, чистовую обработку деталей, — а затем проектируем ее в САПР, чтобы все детали поместились на своем полу. план, все время работая в рамках своего бюджета».

В дополнение к набору стандартного оборудования для автоматизации, от коботов до обработки деталей и мониторинга, Absolute «предлагает пакет «под ключ», — сказал Ортнер. «Мы используем то, что считаем лучшим решением, и работаем с этими поставщиками, чтобы обеспечить успех».

Она отметила, что опыт Absolute в поиске подходящего оборудования явно окупается. «Один клиент, использующий кобота OB7, получает на 20 процентов больше эффективности и намного меньше отходов за смену. Они могут сократить время доставки на две недели в этом конкретном цикле, что открывает машину или ячейку для дополнительной работы для более высокой рентабельности инвестиций. Кроме того, поскольку им не приходится выполнять повторяющиеся задачи так часто, компания предъявляет меньше требований о компенсации работникам, и работники также не так часто звонят по болезни, что экономит [магазину] много денег».

Как обнаружили другие магазины, повышенная доступность операторов для других задач часто означает, что «у них появляется больше времени для участия в общих процессах, таких как проверки контроля качества. Они больше вовлечены в управление процессами, чем просто нажимают на кнопки, и им меньше скучно и утомительно».

Ортнер добавил, что получение этих преимуществ может оказаться на удивление эффективным с точки зрения затрат. «Наша линейка коботов от Productive Robotics начинается с 34 900 долларов за базовый пакет ЧПУ. Вы можете перейти от базового пакета ЧПУ к полностью интегрированной ячейке с использованием нескольких коботов, конвейеров, методов измерения в процессе и представления деталей».

Отслеживание получения дополнительных результатов

Чтобы помочь магазинам выполнять работу в соответствии с графиком и выполнять больше проектов без присмотра, Mitsubishi Electric Automation Inc., Вернон-Хиллз, штат Иллинойс, предлагает встроенную аналитику машин (IMA) на основе MTConnect для мониторинга машин. Приложение IMA Mobile предлагает простой в установке доступ к мониторингу машин.

С помощью IMA магазины «могут лучше понять производство, что помогает точно планировать рабочие места, чтобы в полной мере использовать имеющиеся у них машины и рабочее время, а также более точно делать ставки на большее количество рабочих мест», — сказал Роберт Бродеки, менеджер по продуктам мобильных услуг IMA. для Mitsubishi Electric Automation.

Единственное требуемое оборудование — кабель Ethernet и концентратор/коммутатор при подключении нескольких машин, а установка машины занимает всего 5-10 минут, пояснил он. «Благодаря низкой стоимости пользователи могут увидеть окупаемость инвестиций в течение нескольких дней, особенно если они работают без присмотра или без света и потеряли производственное время из-за отказа машины и не обнаруживают этого до тех пор, пока позже. Благодаря уведомлениям IMA Mobile вы узнаете в течение 10–15 секунд, что машина перестала резать, где бы вы ни находились».

Он добавил, что мониторинг машин значительно повышает производительность. «Глядя на состояние выполнения, многие мастерские обычно имеют машины, выполняющие задания от 25 до 40 процентов своего доступного времени. Благодаря простому мониторингу текущего состояния с помощью IMA Mobile они могут быстро довести этот показатель до 50 и более процентов, имея возможность немедленно принять участие в работе любой машины, производство которой по какой-либо причине было остановлено. Это также фактические данные прямо с машины; это устраняет игру в угадывание того, как долго машина резала, простаивала или была выключена». Доступное машино-часы увеличиваются за счет увеличения количества смен с меньшим количеством рабочих или без присмотра без потери производительности из-за неожиданной остановки.

С помощью IMA Mobile операторы могут перейти к дополнительным задачам, «зная, что приложение уведомит их, когда работа будет завершена или прервана чем-то, что требует внимания».

При относительно низкой стоимости входа, отметил Бродеки, IMA позволяет пользователям «понимать свое производство и вносить улучшения, а также запускать более простые, автоматические проекты обработки, будучи уверенными, что их станки продолжают работать. Поскольку все построено на стандарте MTConnect, если пользователь решит перейти на более глубокую настраиваемую систему мониторинга, ему не нужно платить за повторное подключение своих машин; они просто направляют новое программное обеспечение на агенты MTConnect, и машинные данные становятся быстро доступными».

Он заключил, что простота входа была особенно важна для автоматизации во времена COVID. «В этом есть смысл, поскольку компании стремятся автоматизировать больше, но трудно точно знать, где и как, без точных производственных данных, чтобы определить области для автоматизации. В начале пандемии многие компании, с которыми мы разговаривали, все еще колебались в отношении мониторинга машин. Поскольку пандемия прошла, и компании поняли, что они больше не смогут избегать автоматизации и решений для удаленной работы, они перемещали эти проекты в начало списка».