Автоматизация стала доступной: повышение эффективности для всех производителей

Автоматизация была только для больших заводов, теперь малые цехи тоже выигрывают

Автоматизация цехов ускоряется под влиянием Industry 4.0, дефицита квалифицированных кадров и пандемии COVID.

Наличие более кастомизированных роботизированных и конвейерных решений помогает малым производителям выпускать больше, переводя операторов на задачи с большей добавленной стоимостью. Рост спроса на СИЗ и защита работников также разогнали автоматизацию.

Кортни Ортнер, CMO Absolute Machine Tools (Лорейн, Огайо): «С коботами у вас рабочий партнер — не волнуетесь о соцдистанции. Многие теряют сотрудников на карантин — кобот позволяет цеху работать даже при потере персонала. Lights-out manufacturing становится обыденным: настраиваете работу в пятницу вечером — к понедельniu утром готово, опережая цикл».

Наступление коботов

Роботы — первая ассоциация с автоматизацией. Их безопасный для человека вариант — коботы — улучшаются в настройке, гибкости и грузоподъемности.

С появления 15 лет назад Universal Robots (UR, Бостон) стали основой в цехах, особенно в high-mix, low-volume. Версия 16 кг (UR16, 2019 г.) расширяет границы применения.

2020 — особенно насыщенный год, Джо Кэмпбелл,.head of marketing UR NA. Две темы: пандемийная реорганизация и принятие новых производственных моделей.

Малые цехи — под давлением эффективного использования каждого дюйма — ставят коботов для соцдистанции операторов. «Кластер из 3 станков — ставите 1-2 кобота, даете операторам пространство».

Цехи пересматривают 5-дневное расписание: команда открыта для гибкости. Один клиент UR создал выходную смену — многие с entusiasmo приняли. В других случаях: был один квалифицированный оператор на наладку и загрузку — добавили коботов для загрузки, оператор стал курировать несколько станков.

UR экономят часы наладки: работают на полу, стене, потолке через тачскрин (другие часто заточены под ориентацию). Циклы короче, особенно с dual gripper: одновременная разгрузка и загрузка заготовки.

Ключ гибкости UR — экосистема UR+ («app store для UR»): 288 периферийных устройств (магазины деталей, системы зрения, сенсоры, крепления, чехлы, приложения). Мех/электро/софт интерфейсы опубликованы, третьи стороны разрабатывают под спеки. «Если говорим plug-and-play — значит протестировали».

Примеры: Beacon by Hirebotics — мониторинг коботов через облако (статистика, правки на лету). Март 2020: UR+ расширен application kits — компоненты + софт для конкретной задачи. Robotiq kit: орбитальная шлифмашинка, крепление, вакуумные шланги, софт для протокола шлифовки мебели/кухонных гарнитуров. «Сложные контуры за минуты, не дни». ActiNav kit — гибкая загрузка станков: детали из бункера в станок с точной ориентацией. «Новая деталь в систему <1 часа».

Важный драйвер — виртуальное обучение. UR преодолела 100 000 обученных онлайн через UR Academy (бесплатные модули программирования/развертывания). «Если отправляете 3 ведущих наладчика на неделю off-site — производство рушится. Малые цехи очень привлекает 90% обучения онлайн».

Быстрая загрузка для будущего

Помимо пандемийного давления, решоринг в США — еще один драйвер роботов и загрузочного оборудования.

Джейк Корнинг, продукт-менеджер Acieta (Waukesha, WI): «Исторически медленные к робототехнике цехи начинают принимать её больше чем когда-либо. Известного больше, чем неизвестного — интерес и заказы растут с начала пандемии. Видят выгоду: станки работают, детали делаются даже при соцдистанции, больных, шатдаунах».

С нарушением глобальных цепочек: «пандемия принесет массивный оншоринг в США. Без автоматизации столкнутся с еще большим дефицитом кадров. Несмотря на трагедию, американские производители комфортнее принимают робототехнику: выше конкурентоспособность, удовлетворенность и лояльность работников, более конкурентные цены для потребителя».

Acieta предлагает решения для high-mix, low-volume. FastLOAD CX1000 и CR2000 — для новичков в робототехнике. Тачскрин CR2000: оператор вводит параметры детали, система автонастраивает программу. Гибкие грипперы и приспособления для множества размеров деталей на одной системе.

Переустановка CR2000 — минуты. CX1000, CR2000, DR2000 позволяют роботу работать непрерывно пока оператор загружает/разгружает — работа в перерывах, обедах, вне смен при наличии входящих деталей.

CX1000 на колесах — легко маневрировать. Опции quick-change фикстурирующих тележек. Робот FANUC CRX-10iA/L — «очень удобный тачскрин с drag-and-drop иконками». Для сложных задач — кастомные решения с vision, tool changers, гибкими приспособлениями.

Стандартные ячейки machine tending Acieta популярны: работают с широким спектром деталей, дешевле кастомных, поставка за 1 неделю. Все три системы тендят несколько станков. CX1000 и CR2000 на коботах — максимизируют площадь (нет ограждений).

Для первых шагов в автоматизации — отличная стартовая точка: кобот CX1000. Освобождая от рутины, автоматизация позволяет «учиться программировать или обслуживать роботическую систему. Оператор, тэндивший один станок, теперь управляет робосистемами на нескольких».

Решение существенных проблем

Methods Machine Tools (Садбери, Масс.) помогает автоматизировать с фокусом на приток заказов и более квалифицированных кадров.

Джон Люсье, менеджер по автоматизации FANUC в Methods: «Нам нужно больше хороших наладчиков. Роботы помогают цехам брать больше заказов, чтобы нанять больше наладчиков. Хороший наладчик не загружает/разгружает — он настраивает, выбирает инструменты, пишет программы».

Methods видит скачок пандемийной автоматизации, особенно для деталей вентиляторов.

До пандемии Люсье посещал малые цехи, смотревшие на автоматизацию впервые. Среднеобъемные с сменой ячеек 2-3 раза в неделю на ~5000 деталей — норма. Methods предлагает конвейерную линию Job Shop Cell Pro. Регулируемые разделители полос — быстрая смена мелких/крупных деталей. Популярны ящики со стальными/алюминиевыми пластинами с отверстиями под 20-40 деталей.

Удержание деталей — ключевой момент. Автоматизированные тиски — простое решение. «Не обязательно сложное с качковыми зажимами. Может быть хороший старый патрон или тиски с пневматикой/гидравликой, вы делаете свои зажимы — как многие цехи на партиях ~50 шт».

Для низких объемов, даже лотов 1, Methods предлагает роботизированные карусели Plus-K и Plus-K 60. «Робот не детале-специфичен; приносит универсальное удержание (малый тиски или паллет). Захватывает общую фичу на фронте. Детали зажимаются в ручные тиски, робот предпрограммирован как паллетная система — никакого энд-пользовательского программирования. Улучшает стандартный набор инструментов RoboDrill: 21 → опционально 161».

При таких решениях ROI <12-18 мес. «Цель — убедить работать 2-3 смены: заполнить инфид, уйти в 17:00, получить 2-6 часов работы. Если автоматизация покрывает 80% плановой работы — отлично».

Основа решений Methods — долгая связь с цехами и знание их работы. Люсье сам наладчик. Напоминает: можно самому обрабатывать стальные/алюминиевые грипперы. Твик предустановленных программ роботов проще ЧПУ-программирования. Группа интеграции автоматизации Methods знает проблемы станков: СОЖ, стружка, ротация инструмента, ресурс, дебурринг и др.

«Если ставите роботов на станки — нужен интегратор, делающий именно это. Выгоды роботов не должны быть сложны для обоснования».

Оценка потребностей, добавление скорости

Понимание нужд цеха начинается с оценки объема для роста продуктивности.

При работе с клиентом, Ортнер (Absolute): «Делаем layout системы, определяем best practices автоматизации — конвейеры, роботы, сырье, готовые детали — проектируем в CAD под их план пола и бюджет».

Absolute предлагает turnkey пакет: «Сорсим лучшее решение, работаем с поставщиками для успеха».

Опыт sourcing окупается: «Клиент на OB7 коботе: +20% эффективности, меньше брака за смену. Сроки поставки -2 недели на этом заказе — освобождает станок/ячейку для доп. работы, выше ROI. Меньше травм от повторяющихся движений — меньше компенсаций, реже болят — экономия денег».

Другие цехи: свободные операторы → больше времени на качественный контроль, управление процессами, меньше скуки и усталости.

Стоимость входа низка: «Наша линейка коботов Productive Robotics от $34 900 базовый CNC пакет. Можно апгрейдить до полной ячейки с несколькими коботами, конвейерами, in-process gaging, презентацией деталей».

Мониторинг для большего выхода

Mitsubishi Electric Automation (Вернон Хиллз, Иллинойс) предлагает MTConnect-базированную Integrated Machine Analytics (IMA) для мониторинга станков. IMA Mobile — легкий вход.

С IMA цехи «лучше понимают производство, точно планируют заказы на все доступные станки и часы, точнее бидят на больше заказов», — Роберт Бродеки, менеджер IMA mobile.

Железо: только Ethernet кабели и хаб/свитч для множества станков. Настройка 5-10 мин/станок. «При низкой цене ROI за дни, особенно если unattended/lights-out и теряли время из-за остановки станка, о которой узнавали поздно. IMA Mobile уведомляет за 10-15 сек об остановке реза, где бы вы ни были».

Мониторинг существенно повышает пропускную способность. «Только по состоянию исполнения: цехи обычно работают 25-40% доступного времени. Простым мониторингом через IMA Mobile быстро поднимают до 50%+ за счет мгновенной реакции на остановку. Это реальные данные со станка — убирает угадывание: сколько резало, в простое, выключено». Доступные машино-часы расширяются за счет смен с меньшим персоналом или unattended без потерь от неожиданных стопов.

С IMA Mobile операторы переходят на value-added задачи «зная, что приложение уведомит когда работа готова или прервана чем-то, требующим внимания».

Бродеки: низкий порог входа важен для автоматизации во время COVID. «Смысл есть: компании хотят автоматизировать больше, но трудно знать где и как без точных производственных данных для выявления зон автоматизации. В начале пандемии многие были на ограде. По мере затягивания и осознания неизбежности автоматизации и удаленки — проекты ушли в топ приоритетов».