Как автопром улучшает производство с помощью коботов и 3D-печати

Автопром внедряет более сложных роботов, обращается к 3D-печати и интегрирует другие передовые технологии.

Автопром США автоматизирован десятилетиями. Производство ассоциируется с крупными мощными роботами, огороженными от людей. В огороженных зонах выполняются сварка и др. задачи.

Однако индустрия движется вперед. Автопроизводители и поставщики переходят к коботам (коллаборативным роботам). Они компактнее, ловчее и могут безопасно работать рядом с операторами.

Кроме того, расширяется использование 3D-принтеров. Ford и BMW работают напрямую с аддитивными производителями. Компании также используют VR/AR для решения производственных задач. И, как многие другие, автопром хочет извлечь максимум из Индустрии 4.0, где «подключенные» станки общаются друг с другом и с людьми.

«Новая автоматизация во многом отличается от 1980-х», — говорит Кристин Дзичек, вице-президент Center for Automotive Research (CAR, Энн-Арбор, Мичиган). «Сегодня автоматизация не только реплицирует физический труд, но связывает его с кибернетическими и физическими системами внутри и вне завода. Производители получают больше данных и контроль над всей системой — не только над отдельными станциями».

Символ трендов — новый Центр передовых производственных технологий Ford в Редфорде (пригород Детройта). Внутри изучают 3D-принтеры и коботов для цеха. VR/AR-помещения помогают заводам Ford по всему миру решать вопросы размещения оборудования.

Ford создала передовое производственное подразделение в 2017 г., объединив сотрудников из разных операций. Сайт определен в 2018 г. после ухода другой промышленной компании.

«У Ford очень зрелые отношения с автоматизацией», — говорит Майк Микула, главный инженер глобального передового производства Ford. Компания хотела ускорить производственные технологии.

Рассмотрим пути эволюции автоматизации и новых технологий в автопроме.

3D-печать набирает обороты

Аддитивное производство — слой за слоем из цифрового дизайна. Технология смещается к печати крупных деталей и металлов. Авиакосмос давно инвестирует в аддитив — 3D-печать дает новые дизайны и эффективное использование титана.

Но автопром имеет большие объемы. Пока внедрение 3D-печати у автопроизводителей отстает от авиакосмоса.

«Текущие применения — инструменты, штампы, формы, приспособления, мелкосерийные детали», — говорит Дзичек (CAR). «Главные барьеры для массового авто — тактовое время, стоимость и засунутые затраты на штамповку, литье, механическую обработку. 3D-печать должна стать быстрее и дешевле для широкого внедрения».

Тем не менее, разработка идет.

«Прогресс технологии 3D-печати создает решения, ранее недоступные», — говорит Микула (Ford). «Скорость печати, материалы. Введение углеволокнисто-усиленных полимеров (CFRP), передовых пластиков и металлов кардинально изменило "искусство возможного".

«В сочетании с» ростом вычислительных мощностей, — продолжает он, — «ПО помогает проектировать деталь. Не нужен тот же уровень инженерных усилий и лид-тайм для получения основного решения, удовлетворяющего требования. И по материалам, и по скорости... 3D-печать становится очень интригующей. Цель — использовать её для инструментов и сборочных приспособлений, делающих процессы надежнее, и преодоления технологических вызовов».

Ранее Ford сотрудничала со Stratasys на прототипных принтерах для крупных деталей. Также Ford и BMW — инвесторы Desktop Metal (Берлингтон, Масс). Кен Вашингтон, CTO Ford, в совете директоров Desktop Metal.

«Ford и BMW знают — это неизбежно», — говорит Йона Майерберг, CTO и сооснователь Desktop Metal. «Они спешат. Еще несколько лет до появления во всем автомобиле».

3D-печать выйдет за пределы форм и приспособлений, но много неопределенности.

«Нельзя смотреть на одну зону автомобиля — нужно на весь. Мы открываем глаза на ключевые выгоды 3D-печати. Автопроизводители могут спустить технологию к топ-тиру поставщиков».

«Много происходит за кулисами, об чем инженеры не говорят. Мы видим лишь малую часть использования наших принтеров клиентами».

В сентябре HP представила HP Metal Jet — для массового производства стальных деталей. Volkswagen намерена использовать HP Metal Jet для электромобилей 2020-х. У EV меньше движущихся частей, чем у ДВС — возможность расширить аддитив в автопроме.

Коллаборативные роботы

Роботы — один из ранних примеров автоматизации в автопроме.

Ранние этапы — опасные, повторяющиеся задачи, говорит Лу Финаццо, гендиректор по авто и компонентам FANUC America (Рочестер-Хиллз, Мичиган). Многие роботы сварку кузовов.

«Люди ограничивали эволюцию кузовной части. Было сложно манипулировать гигантскими сварочными пистолетами, слепо достигать через кузов, наносить множество точек сварки — неизвестно, хорошие они или нет».

«Когда робототехника взлетела, можно было проектировать автомобили иначе — более сложная сборка. Лучший контур качества позволил сократить сварку и структурные элементы — сборка эволюционировала к современному виду. Это были начальные стадии».

Сегодня роботы и автоматизация субсидируют труд, а дефицит кадров остреет, по словам Финаццо.

«Теперь один человек может отвечать за 4–5 коботов — эффективность растет... Когда мы говорим с традиционными автозаводами, требуемая гибкость намного выше, чем раньше».

Коботы привлекают внимание. «Два ключевых фактора интереса автопрома к коботам — скорость и стоимость», — говорит Даррел Пол, маркетинговый менеджер по робототехнике Omron Automation Americas (Хоффман-Эстейтс, Иллинойс). «Коботы внедряются быстрее в существующие среды. Работают с существующими ячейками и операторами — нет затрат на доп. инфраструктуру».

Omron представила серию TM на CES в Лас-Вегасе. Робот с системой зрения — быстрый старт и переналадка. ПО позволяет обучать разным задачам.

В Центре Ford — роботы FANUC, ABB, Universal Robots, KUKA.

«Много работы в наших цехах не требует промышленного робота с большой зоной досягаемости и грузоподъемностью», — говорит Микула. «Коботы дают малый фуктпринт, безопасно встраиваются среди техников и объектов без масштабной защитной инфраструктуры».

«С коботом — более простое решение: подать работу к роботу, он безопасно и надежно её выполнит».

«Наши цеха дорого модифицировать. Контент автомобилей растет. Усложняется сборка двигателей, КПП, батарей, самих авто. Где можно разместить этот контент и ввести автоматизацию — чтобы дать потребителям лучшее качество по доступной цене — там коботы и вписываются в уравнение».

С точки зрения вендоров роботов — огромное давление выполнять.

«В автопроме скорость вывода на рынок критична», — говорит Финаццо. «10 лет назад запуск пикапа за 18 месяцев — успех. Теперь — "вау, нужно за 12 месяцев". Скорость — большой фактор».

Автопоставщики адаптируются

Некоторые поставщики адаптировались к росту коботов и темпам.

Inficon (Бад-Рагац, Швейцария) делает приборы для инспекции автосистем. Их оборудование развернуто на коботах. Inficon детектирует утечки влаги/газов. С коботами — больше возможностей для монтажа приборов на роботов. Продукция Inficon теперь детектирует влагу в системах EV.

«Это мы делали 5–7 лет», — говорит Томас Паркер, менеджер по автопродажам Inficon в Северной Америке.

Коботы упрощают развертывание устройств Inficon. «Много просвещения клиентов: что возможно с коботом, что с 6-осевым роботом. Много работы на просвещение».

Hydromat Inc. (станкостроение, клиенты — автопром) также адаптировалась.

«Автоматизация стала более интерактивной», — говорит Кевин Шульц, директор маркетинга (Мэриленд-Хайтс, Мо). «Для работников системы стали интерактивнее между операторами и станками. Программирование у станка — обыденность».

Изменения в автопроме — «более частые переналадки. Переналадки должны быть быстрее».

«Автоматизация необходима в стремлении предложить автоклиентам многосерийные семейства деталей для диверсификации и прибыли».

Работники адаптируются

Идут усилия по повышению навыков рабочих по мере усложнения автопрома.

AIDT (программа обучения кадров Алабамы) наращивает обучение по мере усложнения автозаданий. Работники заводов приезжают в AIDT в Таннере (Алабама, около Хантсвилла).

В Алабаме несколько автозаводов и авиазаводов. Штат улучшает производственное обучение. В январе делегация Алабамы посетила штаб-квартиру LIFT (Lightweight Innovations For Tomorrow) в Детройте — институт Manufacturing USA, объединяющий бизнес и академию для легковесных технологий.

«Алабама эволюционирует в производстве», — говорит Кристи Бейн, зам. директора AIDT.

«Мы должны работать в передовых производственных сценариях», — говорит Эд Касл, зам. секретаря торговли Алабамы по кадровой разработке. «Для нас — простое уравнение: какая потребность и как её определить?»

Микула (Ford) говорит, что эти тренды отражают, как автопроизводство становится привлекательнее.

«Это действительно захватывающее место. Действительно веселое место».