Внедрение внутренних систем интеграции для точного машиностроения: опыт Vanamatic

Философия самонадеянности

Никто не знает бизнес лучше людей, работающих в нем. Собственники, менеджмент и сотрудники ежедневно сталкиваются с плюсами и минусами любой компании, особенно в быстро меняющемся мире точного машиностроения. Хотя множество сторонних консультантов готовы помочь перейти на новые способы производства, иногда лучшие ответы лежат внутри собственных четырех стен. Эта философия лежит в основе работы Vanamatic Company (Дельфос, Огайо).

Хорошее начало

Vanamatic — третье поколение, 90 сотрудников, производитель точных деталей, гордящийся саморегуляцией и способностью решать проблемы. Менеджмент сначала ищет ответы внутри, вовлекая сотрудников в процесс «проблема — решение», и только потом обращается к внешним ресурсам для заполнения пробелов. За годы этот подход «делать больше с меньшим» показал: в среде, ориентированной на внутренние таланты, решения приходят быстрее и с бонусом — поддержкой сотрудников. Успешная формула, позволяющая выдерживать бури с 1954 года.

Автоматизация с коллаборативными роботами

Последний крупный шаг интеграции — автоматизация нескольких операций с помощью коллаборативных роботов (коботов), способных работать автономно или в паре с человеком. Коботы — относительно недавнее развитие, делающее роботов практичными инструментами на заполненном цехе Vanamatic.

Эволюция внутренних разработок

Заводской менеджер Адам Уилтси годами разрабатывал устройства для экономии труда и улучшения процессов. Одно из них началось как комбинация мойки деталей и накопительного каруселя. Оно трансформировалось в станочно-привязанную измерительную станцию с необходимыми измерительными приборами, связанную с центральной ERP-системой цеха, дающей операторам реальную информацию о статусе, наладке, измерениях и ходе задания. Эти блоки спроектированы, собраны и интегрированы внутри компании.

Уилтси также возглавил внедрение пик-энд-плейс автоматизации для загрузки/разгрузки токарных и фрезерных станков. Это были механические шаттл-загрузчики, снявшие с операторов монотонную работу. Но это была жесткая автоматизация с малой гибкостью.

Первый кобот: Этел

Роботы стали логическим шагом вперед. Увидев кобота (робота с датчиками приближения, безопасного для работы рядом с человеком) на выставке, Уилтси понял: технология достигла уровня потребностей цеха. Шестиосевой манипулятор, работающий рядом с оператором без защитной клетки — идеально. Идеальным местом для старта стала сборочная станция Рича Линдемана.

Первый кобот Vanamatic — UR3 от Universal Robots — получил имя Этел от своего оператора Линдемана, недавно отпраздновавшего 50 лет работы в компании. Сборочная операция Линдемана — 8-шаговый процесс: подбор детали из паллеты (144 шт.), контроль критической длины, установка кольца, продувка, установка распорки, проверка сборка, упаковка. Заказ — 500 000 штук.

По словам Уилтси: «Рич успешно делал это долго. Но дело не в однократном выполнении, а в 500 000 повторениях. Я сам 40-летний, пробовал — через пару тысяч деталей болели руки, качество пало. Никакого неуважения к Ричу, но эта сборка не для человека, она негуманна».

Этел — UR3, самый маленький кобот UR: грузоподъемность 3 кг, радиус досягаемости 500 мм, площадь основания 38 см². Но для сборки топливного форсунки робот — только начало.

Эргономика и пока-йоке

Эргономика важна для человека, но критична для Этел. Она умна, но не умеет принимать тонкие решения о движении и адаптироваться за пределами программирования (хотя есть подпрограммы на случай отсутствия колец или распорок; в будущем это решит система зрения). Пока используется «пока-йоке» для входящих поддонов — простой надежный способ гарантировать, что программа Этел стартует в правильной точке каждый раз.

Инженеры Vanamatic используют CAD-моделирование для визуализации планировки цеха, симуляции станков и виртуального тестирования «что-если» до постройки или закупки.

«Инструменты программирования кобота обширны и удобны», — говорит Уилтси. «Мы применили свои отточенные навыки внутреннего проектирования и сборки рабочей ячейки. Возможность интегрировать кобот в систему из 8 операций сборочного форсунки сэкономила значительные инвестиции. Плюс — легко вносить изменения и улучшения со временем».

Сегодня операция Линдемана: 2 шага человека (загрузка паллеты, упаковка готовой детали), 6 операций — Этел. Отношения отличные.

Второй кобот: Рокси

Через год после Этел пришел второй UR3, названный Рокси оператором Джином Дикманом. Задача проще: обслуживание токарного станка Omni-Turn — загрузка заготовок, выгрузка готовых деталей. Сила Рокси — гибкость: станок обрабатывает малые партии с высоким смешением. Быстрая смена программ и захватов (грипперов) — ключ к успеху.

Инженеры Vanamatic спроектировали и изготовили двойной захват, так что Рокси заезжает в станок один раз для загрузки и выгрузки. Малый габарит и вес (11 кг) позволяют монтировать робота прямо на лицевую часть Omni-Turn. Инженеры разработали кастомные крепежи и написали интерфейсное ПО для связи робота и станка.

Обучение на практике: третий кобот — Рокки

Образование кумулятивно. Третий кобот, Рокки (UR3, назван оператором Полом Мейрингом), вышел на цех через 196 дней после Рокси. Кривая обучения интеграции ускорилась, интервалы между проектами сократились. «Мы применили уроки первых двух интеграций», — говорит Уилтси.

Задача Рокки — еще одна станочная загрузка (на ВЦС), но сложнее. Виртуальная модель включала ориентацию входящих/исходящих конвейеров. Кобот размещен внутри рабочей зоны станка, чтобы избежать открывания/закрывания двери. Из-за тесноты Рокки смонтирован вверх ногами на кронштейне собственного изготовления. Заготовки подаются конвейерами снаружи ограждения.

Рокки берет заготовки с фиксированной позиции конвейера, но также перемещает заготовку на вторую зажимную позицию на приспособлении. Синхронизация кобота и ЧПУ запрограммирована через коммуникацию робот-станок.

После обработки Рокки проверяет каждую деталь встроенным измерителем Cognex перед отправкой на исходящий конвейер. Бракованные детали сбрасываются в отдельный ящик; при трех подряд ошибках — аварийный сигнал.

«Эта установка — шаг вперед от нашей загрузки ВЦС», — говорит Уилтси. «По сравнению с ранее интегрированными шаттл-загрузчиками, гибкость кобот-системы представляет обязательство к будущему росту бизнеса».

Неожиданный источник помощи

При продвижении планов интеграции менеджмент Vanamatic нашел союзника в неожиданном месте — Бюро по компенсации рабочим (BWC). Обычно отношения с BWC натянуты из-за регуляторной роли. Но в Огайо BWC предоставляет гранты бизнесу на снижение потенциальных претензий по компенсации. Vanamatic получил гранты на автоматизацию, значительно покрывшие затраты на закупку и установку коботов. Такие гранты могут быть не везде, но спросить не стоит.

Обоснование интеграции на цехе — не замена рабочих, а улучшение их работы. Уилтси и BWC Огайо согласны: иногда кадровые проблемы индустрии меньше о людях, а больше о работах, которые мы просим их делать.

*Vanamatic член PMPA с 1957 года.