Раскрытие скрытых выгод роботной автоматизации в производстве

Чтобы понять, почему Stabiltec купила робота, даже не нужно заходить в цех. Снаружи завода в Паркс, Луизиана, висит вывеска «Наем персонала» с пунктом «ЧПУ-наладчики» на первом месте. Вывеска будет висеть, пока сильный бизнес в нефтегазовой отрасли, которую обслуживает Stabiltec, продолжается. Компания установила робота, чтобы держать станки загруженными, используя ограниченные трудовые ресурсы максимально эффективно, так как не может заполнить все квалифицированные позиции, которые оправдывал бы текущий объем бизнеса.

Сооснователь Кит Бутте говорит, что завод почти наверняка купит еще одного робота. Неожиданные выгоды автоматизации сделали инвестиции значительно более прибыльными, чем ожидалось.

СЛИШКОМ ПРОСТО ДЛЯ КВАЛИФИЦИРОВАННЫХ СОТРУДНИКОВ

Stabiltec производит подземные инструменты для бурения нефти и газа. Ассортимент сам по себе делает производителя уникальным. Компания, ставшая Stabiltec, основана 25 лет назад, но серия поглощений за последние 3 года превратила её в единого производителя не только компонентов для бурения скважин, но и диагностического оборудования для измерения и оценки скважин.

Направленное бурение — специализация. Stabiltec поставляет механические детали для систем бурения, которые входят в грунт вертикально, но достигают залежей горизонтально за счет плавного изгиба бура. Кит Бутте проектирует компоненты систем направленного бурения под нужды разных OEM, предлагающих такие продукты.

Сложность производства в том, что некоторые детали требуют квалифицированной обработки. Подземные корпуса, изгибающиеся до 3 градусов, обрабатываются токарными операциями с необычными установками на токарном станке. Конкретно: после точения одного конца прямо, другой конец точат намеренно «кривым» с установкой со смещением от оси. Таким образом, биение и отклонение от параллелизма, которые были бы грубой ошибкой на большинстве деталей, здесь закладываются намеренно. Квалифицированные операторы должны обрабатывать такие детали.

Проблема Stabiltec: эти квалифицированные сотрудники в дефиците, а другая обработка отнимает слишком много их времени. Детали трансмиссии — главный пример. Это компоненты универсального шарнира, позволяющего подземному буру вращаться при изгибе. Детали трансмиссии не менее критичны и ценны, но их установки гораздо проще. Stabiltec теряла слишком много трудовой мощности на относительно неквалифицированную работу по манипулированию этими деталями в станки с помощью кранбалона. Поняв, что не могут закрыть потребность в квалифицированном труде наймом, решили освободить имеющуюся мощность, автоматизировав такие этапы.

Но какой способ автоматизации правильный? Роботизированная автоматизация не была первым выбором.

ПРИЧИНЫ РОБОТИЗИРОВАННОЙ ЯЧЕЙКИ

Хотя детали трансмиссии сильно варьируются от клиента к клиенту, у всех общее: комбинация точения, фрезеровки и сверления. Поэтому руководство сначала подумало, что мультизадачность — правильный путь к более трудоэффективной обработке. Раньше каждая деталь требовала операций и на токарном, и на фрезерном центре. Переход на станок, умеющий делать точение, фрезеровку и сверление в одном цикле, оставил бы всего один станок для загрузки. Роль оператора сократилась бы.

Однако глубокий анализ показал, что мультизадачность не идеальна для этого применения. Недостаток — стоимость. Из-за сверления и расточки сквозных отверстий станок нуждался в больших ходах для длинных инструментов. Один мультизадачный станок нужного размера стоил бы столько же, сколько совокупная цена, которую Stabiltec в итоге заплатила за робота, токарный и фрезерный центры, сейчас выполняющие эту работу.

Другой недостаток — пропускная способность. Мультизадачный станок может либо точить, либо фрезеровать, но не оба одновременно. Разделение работы между токарным и фрезерным центром продуктивнее, так как станки могут выполнять операции одновременно на разных деталях. Повторяемая роботная загрузка устраняет риск ошибок манипулирования и наладки, типичных для процессов с несколькими станками.

Финальный аргумент за роботизированную ячейку — снова трудовая мощность. Мультизадачный станок уменьшил бы потребность в труде, но все равно требовал бы оператора для загрузки. Роботизированная ячейка позволяет убрать труд на длительные периоды при обработке компонентов трансмиссии.

Теперь эти детали обрабатываются в ячейке, где робот FANUC R-2000iB грузоподъемностью 165 кг загружает и разгружает и токарный станок Mighty USA Viper VT36CL-2000, и вертикальный фрезерный центр Haas VF-5XT. Компания обосновала всю ячейку освобождением операторов днем и продолжением производства в ночь. Но когда ячейка заработала, обнаружились другие, очень реальные источники окупаемости автоматизации.

НЕОЖИДАННЫЕ ВЫГОДЫ

Эти дополнительные выгоды включают:

1. Лучшее ценообразование на контракты. Stabiltec использует робота в режиме высокого микса, малого объема. Заказы часто всего 10 штук. Но когда есть возможность запустить стабильную партию, стабильное производство робота позволяет надежно прогнозировать сроки и затраты. Эта предсказуемость позволяет ужесточить маржу. Разница в цене между краткосрочной обработкой и контрактным производством для роботизированной ячейки больше, чем для любого другого ресурса. На основе экономии некоторые клиенты, никогда раньше не заключавшие годовые контракты, сделали это сейчас.
2. Проще инсорсинг. Расширив мощность для деталей трансмиссии, роботизированная ячейка позволила вернуть в производство различные детали, ранее отдаваемые подрядчикам. Раньше для инсорсинга казалось нужно 6 новых станков и 6 новых операторов. Роботизированная ячейка изменила картину: она представляет большой потенциал мощности в одной компактной системе. Эта концентрированная и упрощенная мощность может поглотить много работы, позволяя масштабный инсорсинг.
3. Защита интеллектуальной собственности клиентов. Stabiltec не продает напрямую на месторождения; производит детали для OEM. Значит, цех имеет доступ к конструкциям OEM до рынка. Ограничение аутсорсинга помогает завоевать доверие клиентов. Таким образом, мощность инсорсинга от робота — не только эффективность, но и маркетинговое преимущество.
4. Легче вход в дополнительный бизнес. Потребности деталей трансмиссии сделали их логическими целями автоматизации, но Stabiltec обнаружила, что их место на рынке также делает их идеальными для производства в роботизированной ячейке. Stabiltec известна направленным бурением, и OEM часто обращаются за производством трансмиссий новых конструкций. Эффективное производство этого основного продукта строит отношения, а отношения ведут к новым возможностями. Иными словами: используйте автоматизацию, чтобы сделать лучшую работу на детали, которая откроет двери.
5. Большая гибкость. Может показаться парадоксальным, но компания говорит, что роботизированные станки гибче, чем те, за которыми следят люди. Потому что робот способен «обучиться» новому процессу мгновенно. Люди не умеют это. Человеку нужно обучение и плавный переход, а робота можно перепрограммировать и переразвернуть за день, не возвращаясь к старым привычкам.

Такое изменение вот-вот произойдет. Сейчас слишком много обработки деталей трансмиссии происходит на токарном. Фрезерный центр часто ждет. Поэтому Stabiltec добавит второй токарный станок, чтобы разделить точение в ячейке. Робота перепрограммируют на работу с тремя станками вместо двух. Новый токарный не должен быть таким большим, так как все длинноинструментальные сверление и расточка останутся на первом. Таким образом, за цену относительно недорогого станка цех получит еще большую продуктивность автоматизированной ячейки.

ЕЩЕ БОЛЬШЕ МОЩНОСТИ

Сварка, вероятно, следующая кандидатура на роботизацию, говорит Бутте. Как и в обработке, некоторые сварочные операции включают простые повторяющиеся задачи, отвлекающие сотрудника от более квалифицированной работы. В зоне обработки робот доказал ценность автоматизации таких задач. Единственное место, где робот похож на сотрудника — ERP-система Global Shop Solutions. Роботу дан табельный номер в этом ПО, чтобы отслеживать его производительность как замену ручной загрузке/выгрузке. По этому отслеживанию компания утверждает: робот снизил трудозатраты на обработку деталей трансмиссии на 76% и увеличил мощность на 49%.

Есть еще резерв мощности. После добавления второго токарного станка, по словам Бутте, главным ограничением станет площадь пола. Что такой простой фактор может быть так важен — удивительно, но в случае Stabiltec это ограничение реально. Просто есть столько места для заготовок в зоне досягаемости робота. Это пространство диктует, сколько продукции может выдать ячейка. Именно поэтому ячейка еще не работала полные 24 часа — обычно 16–20 часов в сутки. Чтобы преодолеть это, исследуют простое решение: вертикальную стеллажную систему, которая драматически увеличит выход ячейки.