Передовая робототехника: трансформация промышленного производства для большей гибкости

Рахав Мадвил и Ноам Рибон, Siemens, исследуют подъём передовых робототехник в промышленном производстве.

Кастомизация и гибкость — два самых горячих слова в промышленном производстве прямо сейчас. Клиенты хотят что-то сделанное специально для них, будь то персонализированный послебритье с их именем на бутылке, автомобиль со всеми функциями, которые им нужны и ни одной, которой не нужно, или новый телефон с последней радиоантенной для 5G-коннективности. Вся эта кастомизация приводит к одному выводу — производство движется к high-mix производству и изготовлению миллионов разных продуктов в очень маленьких партиях.

В то же время многие продукты, сделанные сегодня, слишком сложны для установленных технологий автоматизации в одиночку, заставляя производителей дополнять традиционную робототехнику ручной сборкой человеческим трудом. Люди ценятся за их способность понимать и учитывать изменения в процессе очень быстро. Но что, если эта гибкость была включена в автоматизированные процессы?

Гибкая и автоматизированная (даже автономная) производственная система — Святой Грааль для многих производителей, желающих преодолеть вызов растущей сложности продукта и одновременно удовлетворить требования к большей кастомизации. Способность быстро переключать производство с одного продукта на другой будет определяющей особенностью бизнесов на пути к размерам партий в единицу и высококастомизируемым продуктам завтрашнего дня.

Малые размеры партий не являются проблемой сами по себе, но текущие производственные процессы не могут легко вместить это без крупных инвестиций в всё более сложную инфраструктуру. Чтобы избежать этой проблемы экспоненциальных инвестиций, которые могут или не могут решить проблему, многие бизнесы ищут более гибкий подход к производству. Как производители могут эффективно делать множественные продукты с минимальными изменениями на производственном полу между продуктами?

Передовая робототехника — ответ, и многие компании уже на пути к принятию.

Путь передовых робототехник

Многие цеха полагаются на сети конвейерных лент для транспортировки всего от сырья до готовых продуктов. Но эти сети не были спроектированы для обработки тысяч разных продуктов, идущих к постоянно меняющимся локациям, нужным в мульти-продуктовом производственном процессе. Что, если конвейерная система могла бы меняться? Возможно, менять пути, чтобы избегать заторов на заводе? Или менять назначения, чтобы доставлять деталь к оптимальной станке обработки?

Это те виды проблем, которые передовая робототехника решает с использованием автоматизированных управляемых транспортных средств (AGV) и автономных мобильных роботов (AMR) в тандеме с передовым ПО, решениями и платформой разработки приложений.

Обычно цель использования роботов — доставка материала из точки А в точку Б с относительной легкостью. Но это не так просто, как просто ввести AGV или AMR на объект. Большая часть инвестиционной ценности приходит из оптимизации и координации передовых роботизированных технологий. В нашем опыте, помощь компаниям в принятии передовых робототехник в их производственные процессы — это четырёхстадийное путешествие.

Стадия один, или стадия Новичок (Entrant), определяется использованием фиксированной автоматизации робототехники или подобных технологий, где большинство операций запрограммированы вручную. Всё планирование процесса делается человеком, возможно, с помощью ПО, и задачи затем назначаются конкретным роботам для функционирования в конкретных локациях и временах. Этот подход хорошо работает при производстве высоких объёмов, когда изменения или модификации производственной линии держатся на минимуме. Поскольку каждое действие робота явно специфицировано на этой стадии, робот должен быть снят с линии, когда изменения требуются, и вручную перепрограммирован. Это негативно влияет на производственные времена.

Вторая стадия для Ветеранов (Veterans) и является самой распространённой стадией сегодня для промышленных производителей. Она характеризуется использованием цифрового двойника для полной валидации системы и построения алгоритмов управления для всей производственной линии. Использование цифрового двойника производства обеспечивает глубокие инсайты о том, как двигаться на более поздних стадиях пути, позволяя симуляцию всего объекта. Значительные улучшения продуктивности на этой стадии могут быть достигнуты от одновременного обновления множественных роботов, работающих с одними и теми же программируемыми логическими контроллерами, сокращая простой на производственном полу.

Переходя к третьей или стадии Пионер (Pioneer), производители могут начать автоматизировать больше производственного процесса. Построенное на инсайтах, изученных от цифрового двойника и дополненное обратной связью от IoT-датчиков, задаче-ориентированное программирование может быть внедрено для роботов по всему объекту. Это сильно сокращает время, нужное для программирования роботов для приспособления к дизайну или изменению процесса. Простые команды могут быть использованы для автоматической настройки робота на основе замкнутой калибровки между физической средой и цифровым двойником.

Финальная стадия, называемая Визионер (Visionary), где инициативы передовых робототехник становятся высокоавтономными, доставляя почти полную автономию роботов. Это также где AGV и AMR становятся высокоэффективными, заменяя статичные конвейерные ленты и линейный процессный путь передовыми мобильными робототехниками. Теперь производственные изменения могут быть почти такими же простыми, как ввод количества требуемых продуктов и количества вариаций. От этой информации система определит оптимальный путь того, как произвести желаемую партию.

ПО теперь определяет, сколько деталей нужно из комнаты хранения B, например, или какой станок обработки сможет разогнаться быстрее для производства партии. И если основной выбор не работает на обслуживании, что следующая лучшая опция. Пределы этого не заканчиваются на стенах завода. Выгоды تمتد за пределы для включения поставщиков и дистрибьюторов, помогая производить самую эффективную нагрузку для завода.

Стадия Visionary — оптимальная точка для внедрения AGV и AMR, благодаря полным симуляциям завода. Но передовая робототехника может быть принесена на более ранних стадиях для выполнения задач проще производственного планирования. Некоторые компании приняли AGV и AMR как полуавтономные тележки для подбора на складах, где робот следует и помогает человеческому рабочему.

В зависимости от того, как завод управляется, есть почти бесконечные способы оптимизировать объект. Именно поэтому инвестиция в комплексный цифровой двойник так важна для этого пути. Она позволяет более глубокие инсайты о том, как завод работает, помогая уверенно инвестировать в будущее бизнеса. Передовая робототехника часть портфолио Siemens Xcelerator ПО, решений и платформы разработки приложений, где сегодня встречается завтра для промышленного производства.

Авторы: Рахав Мадвил, менеджер продукта симуляции для Siemens Digital Industries Software, и Ноам Рибон, старший бизнес-консультант в Siemens Digital Industries Software.