Sistem Palet Linier:Jalan Lurus Menuju Profitabilitas?

Perangkat lunak yang ditingkatkan memberikan dorongan besar pada sistem palet linier

Adam Hansel, kepala sistem dan petugas penjualan, DMG Mori (Hoffman Estates, IL) merangkumnya dengan sempurna:“Pergilah ke toko mana pun. Tanyakan apakah mereka ingin mengotomatisasi. Jawabannya iya. 100%.” Tapi otomatisasi seperti apa? Dan mesin dan proses yang mana? Untuk berbagai macam perusahaan, jawaban logisnya adalah sistem palet linier yang mengintegrasikan beberapa mesin pemotong logam, dan kemungkinan operasi tambahan. Di sisi lain, "logis" tidak selalu berarti "mudah" atau "bebas khawatir".

Jangan Membingungkan FMS dengan Sistem Pallet Pool

Sistem palet linier dasar, juga dikenal sebagai sistem manufaktur fleksibel (FMS), mengotomatiskan pemuatan dan pembongkaran satu atau beberapa pusat permesinan dengan benda kerja dari lokasi penyimpanan pusat. Benda kerja bergerak pada rel lurus, dibawa oleh kendaraan dengan sumbu gerak tambahan yang memungkinkannya memindahkan pekerjaan ke dalam mesin dan ke atas mejanya dan keluar lagi setelah selesai. Operator mengatur pekerjaan di stasiun pusat, bukan di mesin individu, dan komputer pusat mengontrol distribusi dan pelaksanaan pekerjaan.

Dalam konfigurasi yang paling umum, benda kerja dibaut ke perlengkapan, yang pada gilirannya dibaut ke palet yang seragam. Ini memaksimalkan fleksibilitas sistem karena pekerjaan apa pun dapat masuk ke mesin mana pun kapan saja selama mesin dikonfigurasikan untuk palet standar tersebut. Fitur utama lainnya dari sistem palet linier adalah kemampuan untuk mengembangkannya setelah pemasangan awal untuk menyertakan peralatan mesin tambahan, penyimpanan lebih banyak, dan bahkan operasi non-pemesinan seperti inspeksi. Beberapa sistem memiliki 10 atau lebih pusat permesinan dan lusinan rak palet yang ditumpuk dalam tiga tingkat.

Jadi sistem palet linier berbeda dari sistem kolam palet, yang terakhir dapat dianggap sebagai "perpanjangan mesin yang tidak cerdas," seperti Bob Baldizzi, spesialis untuk sistem dan mesin besar, Doosan Machine Tools America, (Pine Brook, NJ) menjelaskan. “Dalam sistem kolam palet, perangkat lunak tambahan pada mesin itu sendiri menjalankan sistem. Anda biasanya dibatasi untuk memberi tahu perangkat lunak program apa yang terkait dengan palet apa di kolam dan urutan yang Anda inginkan agar palet tersebut melewati mesin. Itu dia. Tidak ada penjadwalan produksi. Tidak ada manajemen data. Tidak ada pelaporan. Ini hanya ekstensi sistem palet yang lebih besar ke mesin.” Sistem kolam palet biasanya merupakan pengaturan melingkar, meskipun bisa linier, menambah kemungkinan kebingungan.

“Sistem kolam palet yang saya lihat biasanya memiliki bagian yang sama pada kelima atau enam palet,” kata David Suica, presiden, Fastems LLC (West Chester, OH). “Jika Anda ingin mengganti suku cadang, biasanya Anda harus mengganti perkakas di dalam mesin, program suku cadang, dan offset apa pun yang diperlukan untuk setiap suku cadang. Kolam palet baik-baik saja untuk serangkaian bagian yang sama. Tetapi jika Anda ingin membuat apa yang Anda butuhkan dalam jumlah yang dapat Anda jual, sistem palet linier umumnya merupakan cara yang lebih baik.”

Utilisasi Spindle Lebih dari 90%

Situasinya berbeda, tetapi tampaknya tidak ada toko mesin yang mencapai lebih dari 50–60% pemanfaatan spindel tanpa FMS, sementara siapa pun yang menggunakannya dengan benar akan melihat tingkat 90% atau lebih. Dan dalam beberapa kasus perbedaannya bahkan lebih besar. Hansel mengatakan “pemanfaatan spindel mungkin 30% atau kurang dalam banyak kasus jika mereka memiliki campuran mesin yang diberi makan secara manual. Tidak mungkin melakukan penggantian benda kerja, penggantian perlengkapan, dan menjadwalkan banyak sumber daya secara efisien di papan klip.” Seperti yang dijelaskan Suica, “Sebagian besar waktu henti pada mesin disebabkan oleh manusia… menunggu alat… mencari tahu programnya… menekan offset alat secara manual. Setelah satu jam penyiapan dihabiskan, Anda tidak akan pernah mendapatkannya kembali untuk produksi.”

Ini menunjukkan peningkatan terbesar dan paling signifikan dalam sistem palet linier selama beberapa tahun terakhir:perangkat lunak. Pada tingkat tertentu, semua penyedia FMS menawarkan perangkat lunak perencanaan kapasitas yang memungkinkan untuk memaksimalkan throughput sistem. Hansel menggambarkan skenario tipikal:“Katakanlah Anda memiliki beberapa mesin, 180 alat di setiap magasin, 24 perlengkapan, dan pekerjaan tertentu yang harus keluar untuk memenuhi kontrak Anda. Anda mengatur parameter seperti prioritas pekerjaan dan jumlah yang Anda butuhkan pada waktu tertentu. Atau katakan Anda sedang membuat mobil. Anda tidak akan menghasilkan dua as dan tiga roda. Anda akan membutuhkan empat roda. Jadi, Anda dapat memberi tahu perangkat lunak untuk menghasilkan ukuran lot. Dalam kedua kasus tersebut, perangkat lunak secara otomatis menghitung cara menggunakan sumber daya Anda dengan benar untuk mendapatkan produksi yang Anda butuhkan. Jika Anda merencanakan dengan benar dan menyiapkan perlengkapan dan perkakas dan kemudian membiarkan perangkat lunak melakukan pekerjaan untuk Anda, tingkat pengoperasian 90-95% benar-benar dapat dicapai.

Cocok untuk Job Shop… dan Lainnya

Siapa yang diuntungkan dari FMS? Siapa pun dari toko pekerjaan kecil hingga operasi yang menghasilkan 100.000 atau lebih bagian, dalam beberapa situasi. John Einberger, manajer lini produk, Makino Inc. (Mason, OH) mengatakan, “Tempat terbaik untuk teknologi ini adalah seseorang yang memiliki beragam produk untuk dijalankan, dalam urutan yang agak acak, dengan waktu produksi yang relatif singkat. Dengan melakukan pengaturan kerja di pusat permesinan, Anda meningkatkan pemanfaatan spindel.

“Tetapi ada juga aplikasi untuk volume produksi yang lebih tinggi di antara orang-orang yang memiliki produksi musiman,” lanjutnya. “Misalnya, katakanlah mereka menghasilkan 80.000 sesuatu setahun, tetapi mereka membuatnya hanya untuk tiga bulan, dan kemudian mereka menjalankan varian atau sesuatu yang berbeda untuk empat bulan ke depan. Industri powertrain kendaraan rekreasi cocok dengan skema produksi semacam ini. Selama musim sepi mereka membuat apa yang mereka butuhkan selama musim, seperti motor perahu saat mobil salju dijual, dan motor mobil salju saat kapal dijual. FMS kami telah menjadi alat yang sangat berguna bagi pelanggan dalam situasi volume tinggi ini.”

Hansel menambahkan bahwa “cukup umum bagi orang yang menjalankan hanya lima atau enam nomor bagian yang berbeda untuk menempatkannya pada sistem palet linier. Itu karena Anda memiliki banyak redundansi dalam sistem seperti itu. Horizontal biasanya memiliki majalah alat besar yang memungkinkan Anda untuk menempatkan alat yang berlebihan di majalah untuk menjalankan shift yang lebih lama. Jika alatnya rusak atau aus, Anda bisa pergi ke yang berikutnya.” Di sisi lain, orang-orang di Liebherr (Saline, MI) menunjukkan bahwa sel penanganan palet paling hemat biaya ketika waktu siklus untuk semua bagian pada palet tertentu berjumlah lebih dari lima menit. Jika tidak, Anda akan membuang waktu menunggu kendaraan mengganti palet.

Untuk memberi Anda gambaran tentang seberapa populer sistem ini, Einberger mengatakan Makino telah memasang 575 sistem palet liniernya dalam 20 tahun terakhir di Amerika Utara saja.

Tidak Hanya untuk Horizontal

Secara tradisional, sistem palet linier umumnya menghubungkan pusat pemesinan horizontal, karena “mesin horizontal hampir selalu dilengkapi dengan pengubah palet,” jelas Baldizzi dari Doosan. “Anda selalu memiliki palet kedua di area stasiun pemuatan yang—dalam pengaturan yang berdiri sendiri—digunakan operator untuk memuat dan membongkar komponen saat alat berat bekerja. Itu adalah keuntungan dalam FMS karena derek dapat memuat dan membongkar dari area stasiun beban tanpa mengganggu siklus pemesinan. Pusat permesinan vertikal pada umumnya tidak memilikinya, begitu pula kebanyakan mesin lima sumbu, meskipun pabrikan seperti Doosan kini melengkapi mesin lima sumbu dengan pengubah palet yang dapat dihubungkan ke FMS.”

Selain mencampur jenis pusat permesinan, juga dimungkinkan untuk mengintegrasikan fungsi lain ke dalam FMS. Anda juga dapat mengintegrasikan mesin dari pembuat yang berbeda, meskipun dalam hal ini Anda mungkin lebih baik bekerja dengan perusahaan otomatisasi "agnostik" seperti Fastems:"Kami dapat memiliki mesin Merek X untuk operasi kasar, mesin Merek Y untuk toleransi yang ketat aplikasi, Zoller dengan alat otomatis menulis offset ke chip, CMM, stasiun cuci, dan sistem deburr, semuanya terintegrasi penuh,” kata Suica. “Perangkat lunak kami bahkan akan secara otomatis mengelola offset alat dan data inspeksi.”

Beberapa opsi ini memerlukan robot di satu atau lebih stasiun, atau mengganti kendaraan FMS tradisional dengan robot di rel. Einberger mengatakan Makino menawarkan hibrida yang terakhir “sebagai jawaban atas beberapa persyaratan, terutama di arena struktural kedirgantaraan. Beberapa dari pelanggan ini ingin memuat suku cadang secara otomatis ke dalam mesin menggunakan robot di atas rel karena mereka ingin keuntungan dapat memulai dengan memuat suku cadang ke permukaan yang datar, lalu mengambil subfixture dan memuatnya ke pusat permesinan horizontal.

“Pendekatan ini juga sangat menguntungkan pada bagian multi-operasi di mana operasi pertama dapat berupa operasi empat sumbu dan operasi kedua adalah operasi lima sumbu dalam pusat permesinan yang sama,” lanjutnya. Jadi palet satu di pusat permesinan akan menjadi batu nisan empat sumbu yang menerima bagian pada subplate, sedangkan palet kedua di pusat permesinan yang sama akan berada di meja sumbu kelima yang menerima bagian yang sama pada subplate yang sama untuk operasi lima sumbu berikutnya. Robot pada sistem rel menjembatani kesenjangan antara FMS penanganan palet dan robot penanganan bagian terpisah.”

Di sisi lain, Baldizzi memperingatkan bahwa mendapatkan satu jenis fleksibilitas menyebabkan Anda kehilangan yang lain. “Kami mulai melihat permintaan untuk beradaptasi dengan palet yang berbeda, seperti melakukan beberapa fungsi pada horizontal dan lainnya pada mesin lima sumbu dengan kemampuan memutar, yang membutuhkan palet berbeda. Kelebihannya adalah Anda dapat meletakkan semua mesin yang Anda butuhkan untuk melakukan operasi di FMS. Kekurangannya adalah Anda kehilangan beberapa fleksibilitas FMS karena perangkat lunak harus memastikan bahwa palet ini hanya digunakan pada mesin khusus ini pada waktu tertentu. Sedangkan jika Anda memiliki beberapa mesin pada FMS yang semuanya sama, pekerjaan yang dibaut ke palet dapat dilakukan di mana saja, kapan saja, dan bagaimanapun caranya.”

Biaya dan Tantangan

Menurut Einberger, biaya FMS awal termasuk sistem rel, kendaraan, stasiun kerja, dan tempat penyimpanan palet kira-kira dua pertiga biaya pusat permesinan tertentu, tidak termasuk perlengkapan. Jadi mengingat janji menggandakan throughput Anda, itu adalah hasil yang bagus. Namun Hansel mengatakan bahwa “sementara orang sangat menyukai gagasan memiliki banyak palet, mereka terkadang meremehkan biaya pemasangan. Jadi, ketika mereka membuat keputusan tentang mesin apa yang akan dibeli, biaya perbaikan sebenarnya terkadang tidak disertakan—yang dapat mencegah mereka menggunakan sistem sepenuhnya. Misalnya, Anda mendapatkan keuntungan dari operasi mati lampu, atau menghilangkan shift ketiga, hanya jika Anda dapat memuat cukup banyak pekerjaan untuk menjaga mesin tetap berjalan selama delapan jam atau lebih.”

Namun, semua orang setuju bahwa tantangan terbesar dengan FMS adalah operasional. Seperti yang dikatakan Suica:“Ini sama dengan PC Anda:sampah masuk sama dengan sampah keluar. Jika Anda memiliki program yang bagus, offset pahat diketahui; jika Anda memiliki jadwal Anda bekerja, itu bekerja dengan sangat baik. Hal terbesar bagi sebagian besar perusahaan adalah disiplin yang diperlukan untuk memastikan mereka siap. Tidak ada bedanya dengan disiplin yang diterapkan setiap perusahaan di departemen akuntansinya. Anda mencocokkan faktur, pastikan itu benar, pastikan Anda membayar pajak. Ini tidak mudah, tetapi berbaris dengan tepat dan selesai. Anda dapat melakukan hal yang sama di lantai produksi dan mengintegrasikannya, dan Anda dapat menghapus elemen manusia yang menyebabkan kesalahan.”

Suica juga memperingatkan bahwa “sebagian besar palet linier dan sistem robot di luar sana cenderung menjadi pulau otomatisasi. Mereka tahu apa yang mereka ketahui dan mereka tidak terhubung dengan hal lain di dalam operasi Anda. Anda mungkin memiliki paket ERP [enterprise resource planning] yang melacak pesanan Anda, asupan bahan mentah, dan sebagainya. Anda telah menghabiskan banyak uang untuk alat, menentukan offset alat, dan sistem pengukuran. Tetapi aliran informasi di antara semua sistem ini masih berakhir secara manual.” Kurangnya integrasi relatif ini mencegah perusahaan mencapai penghematan besar dalam tenaga kerja.

Suica mengatakan tidak jarang memiliki delapan atau sembilan mesin yang berjalan hanya dengan beberapa orang jika Anda mengintegrasikan sistem ini sepenuhnya. “Saat ini kami sedang mengerjakan sistem yang memiliki delapan mesin yang akan diawaki oleh tiga orang, salah satunya hanya melakukan pemeriksaan karena mereka tidak ingin mengotomatiskannya. Ini akan berjalan dua shift, jadi akan ada enam orang di jalur itu, sedangkan sekarang 14 orang. Tetapi Anda memerlukan integrasi sistem tingkat tinggi untuk melakukan itu, jika tidak, Anda masih memerlukan banyak orang untuk memberi tahu otomatisasi apa yang harus dilakukan. Integrasi dan perangkat lunak adalah kuncinya.” Begitu juga dengan pelatihan dan dukungan, itulah sebabnya DMG Mori, Makino, dan lainnya memiliki tim dan fasilitas otomatisasi khusus.

Perangkat lunak tidak menyelesaikan segalanya. Baldizzi menunjukkan bahwa keandalan mekanis sangat penting:“Jika Anda menghubungkan sebuah mesin—atau yang lebih penting lagi, beberapa mesin—ke FMS dan mesin tersebut turun, pemanfaatan spindel dari mesin tersebut akan turun ke nol. Ingat, tempat di mana operator dulu berdiri untuk memuat pusat pemesinan horizontal sekarang tertutup di FMS. Tombol-tombolnya hilang. Sangat kecil kemungkinan Anda dapat memuat dan membongkar suku cadang secara efisien di mesin itu secara manual. Jadi lihatlah di balik kap mesin untuk memastikan bahwa FMS secara mekanis mampu memberikan waktu hingga 90% itu.”

Untuk pembangun berkualitas tinggi, itu termasuk menjalankan daya tegangan tinggi tiga fase melalui bar bus di atas kendaraan, seperti rel ketiga kereta bawah tanah, tanpa bagian yang bergerak selain titik kontak. “Sistem yang kurang kuat menambatkan kendaraan ke serangkaian kabel di jalur kabel yang mengikuti kendaraan saat bergerak maju mundur. Hal ini menyebabkan titik lelah karena kabel terus menerus bengkok,” kata Baldizzi. “Kedua, kami menggunakan mata optik yang tertutup dalam terowongan untuk komunikasi data yang harus terjadi antara servodrive, motor, kontrol, dan sebagainya, menghilangkan kebutuhan akan kabel tersebut.

“Saya juga akan melihat apakah FMS memiliki saluran pendingin, saluran dan pipa untuk memastikan bahwa setiap pendingin yang tersisa di palet setelah mereka masuk ke penyimpanan dipulihkan dan dikembalikan ke tangki pendingin mesin atau gudang pusat, daripada membuat berantakan di lantai Anda,” Baldizzi menyimpulkan.