Mengotomatiskan Vertikal:Waktu yang Tepat untuk Setiap Jenis Toko

Banyak toko mengatakan mereka ingin mengotomatisasi operasi, tetapi berapa banyak yang benar-benar memilikinya?

Sebuah artikel di Rekayasa Manufaktur edisi Agustus 2017 tentang sistem palet linier mengutip seorang pakar industri yang mengatakan setiap toko yang dia kunjungi ingin diotomatisasi. Namun Errol Burrell, spesialis produk untuk Okuma America Inc. (Charlotte, NC) baru-baru ini mengatakan hanya 10% dari semua peralatan mesin yang otomatis. Dan, menurut John Lucier, manajer otomatisasi nasional untuk Methods Machine Tools Inc. (Sudbury, MA), Asosiasi Industri Robotika melaporkan bahwa hanya 3-4% mesin baru yang memiliki robot.

Jadi, apakah kita berbicara tentang sistem palet linier, pengubah palet sederhana, atau robot, jelas ada peluang besar untuk mengotomatisasi operasi pemesinan AS. Sementara mesin horizontal lebih sering diotomatisasi daripada vertikal, pusat permesinan vertikal lebih umum daripada horizontal sehingga potensi terbesar yang belum dimanfaatkan adalah dalam mengotomatisasi vertikal. Tidak heran Greg Feix, wakil presiden dan manajer umum unit otomatisasi di Gosiger (Dayton, OH), mengatakan perusahaannya telah melihat peningkatan lima hingga tujuh kali lipat dalam otomatisasi mesin vertikal selama dua tahun terakhir.

Pengubah Pallet Tua yang Bagus

Bentuk otomatisasi yang paling sederhana, baik secara vertikal maupun horizontal, adalah pengubah palet putar. Operator memuat suku cadang ke perlengkapan yang dipasang di palet luar sementara alat berat bekerja dengan pengaturan yang sama di dalam. Saat set suku cadang pertama selesai, palet berputar dan operator menurunkan suku cadang yang sudah jadi.

Lucier mengatakan tingkat investasi ini sesuai dengan praktik umum memegang 10% dari nilai alat mesin untuk catok dan perlengkapan lainnya, tetapi itu tidak benar-benar membebaskan operator untuk waktu yang lama secara vertikal karena Anda biasanya hanya dapat mengerjakan beberapa bagian. pada satu palet. Jadi, sementara banyak orang bertanya tentang sistem seperti itu, sangat sedikit yang membelinya.

Ekonominya sedikit berbeda untuk horizontal, di mana pendekatan yang paling umum adalah meletakkan batu nisan empat hingga lima sisi pada palet ke mesin 4, 8, 16 atau lebih bagian sekaligus. Namun meskipun demikian, ini adalah pendekatan yang mahal jika Anda perlu mengerjakan berbagai suku cadang karena masing-masing suku cadang memerlukan workholding yang berbeda.

Andy McNamara, direktur penjualan, Doosan Machine Tools America (Pine Brook, NJ), mengatakan ada opsi lain yang menjadi lebih umum yang menawarkan sedikit lebih banyak kemampuan daripada pengubah palet putar dua posisi:Pengubah kerja dengan lengan yang mengangkat palet dari stasiun multipallet yang bersebelahan dan memindahkannya ke dalam mesin. Stasiun palet biasanya memiliki drum putar dengan 4, 6, 8 atau lebih lokasi, Erowa Robot Easy menjadi contoh yang baik.

“Ini sebenarnya bukan robot, meskipun sistem kelas atas mungkin memiliki sistem penjadwalan kerja juga, membuatnya lebih dekat dengan kemampuan sistem palet linier.” McNamara mengatakan Doosan telah menerima banyak permintaan untuk sistem seperti itu pada mesin lima sumbu dan mereka melihat minat pada mereka untuk mesin tiga dan empat sumbu di industri cetakan dan cetakan untuk menjalankan elektroda dan cetakan dalam semalam, beralih antar bagian sesuai kebutuhan.

“Anda melihat banyak versi berbeda dari pengubah kerja otomatis dan sistem palet putar pada vertikal ujung atas dalam cetakan dan cetakan,” katanya. “Di bengkel kerja, Anda paling sering melihat pengubah palet integral atau add-on.”

Mengintegrasikan robot artikulasi tampaknya menjadi solusi paling manis untuk vertikal. Lucier melangkah lebih jauh dengan mengatakan bahwa vertikal adalah platform yang jauh lebih mudah untuk diotomatisasi dengan cara ini.

“Di Metode, kami melihat persentase vertikal yang lebih tinggi yang otomatis daripada horizontal. Mengotomatiskan pintu dan mengintegrasikan robot adalah sama untuk kedua jenis mesin. Perbedaannya muncul saat Anda mempertimbangkan biaya alat terkait versus manfaatnya.”

Seperti yang telah dibahas, penggunaan horizontal yang paling populer adalah bagian pemesinan pada batu nisan. Anda dapat menggunakan robot untuk memuat palet dengan batu nisan ke dalam mesin, dan bahkan menggunakan robot di atas rel untuk memuat sejumlah mesin. Namun pendekatan ini akan membutuhkan robot besar dan Anda masih memerlukan operator untuk menempelkan bagian ke setiap batu nisan.

Jika Anda ingin mengotomatiskan pemuatan suku cadang ke batu nisan, masing-masing catok harus disalurkan untuk hidrolik atau pneumatik, dan berbagai suku cadang akan memerlukan berbagai perlengkapan seperti itu, yang selanjutnya melipatgandakan biaya tinggi dari pendekatan ini. Dalam banyak kasus, pendekatan yang lebih baik, kata Lucier dan Feix, adalah menggunakan robot yang lebih kecil untuk memuat bagian-bagian individual ke dalam catok otomatis pada mesin vertikal yang lebih murah.

“Kami memiliki otomatisasi seperti itu mulai dari di bawah $100.000,” kata Lucier, “lengkap dengan in-feed, out-feed, dan robot dengan alat end-of-arm. Bandingkan dengan sistem palet di mana robot itu sendiri berharga $100.000, apalagi rel, rak, kontrol, dan sebagainya.”

Sel metode yang paling populer memiliki dua catok di mesin (Op 10 dan Op 20) dan robot melayani kedua catok. “Lebih sering daripada tidak, saya meletakkan kedua catok itu di atas meja trunnion sehingga Anda dapat memutar ke atas dan ke bawah dalam satu sumbu untuk mendapatkan tiga sisi bagian di setiap pegangan,” jelas Lucier. “Robot membalik bagian, memutarnya, dan meletakkannya di catok kedua untuk mendapatkan tiga sisi lainnya. Dengan cara ini, kami dapat menyelesaikan satu bagian dalam dua operasi dan robot melakukan flipping dan reposisi Anda.”

'Monyet di Tengah'

Fleksibilitas yang melekat pada robot juga memungkinkan untuk melayani beberapa mesin. Misalnya, Metode, Doosan, dan Okuma semua sistem bidang di mana tiga mesin membentuk tiga sisi persegi, sisi keempat adalah stasiun umpan masuk/keluar, dan robot memainkan "monyet di tengah", seperti yang dikatakan Lucier dia. “Begitu Anda melampaui tiga mesin, Anda tidak dapat benar-benar memasukkan semua yang ada di sekitar robot, jadi kami beralih ke robot di atas rel, yang dapat memperbaiki sejumlah mesin hanya dengan memperpanjang rel.”

Tentu Anda tidak ingin ada mesin yang menunggu robot, jadi faktor kuncinya adalah waktu paruh siklus. Aturan praktis Lucier adalah jika waktu siklus bagian adalah 30-40 detik, satu robot dapat memperbaiki satu mesin. Untuk waktu siklus 60 detik, satu robot dapat melayani dua mesin. Jika 90 detik, tiga mesin dan seterusnya. Aturan yang sama berlaku untuk robot di atas rel. Lucier menawarkan contoh umum bagian medis lima sumbu dengan waktu siklus enam menit, di mana “robot di atas rel akan melayani lima atau enam FANUC Robodrills dengan sangat baik”.

Perubahan Cepat, Integrasi Robot

Selain biaya perkakas mesin vertikal yang relatif rendah, mudah untuk mengubahnya. Seperti yang dikatakan Lucier, “Beralih di antara jenis bagian pada vertikal biasanya melibatkan hanya mengubah rahang catok. Dan yang kedua setelah mengganti insert, operator alat berat vertikal tahu cara mengganti rahang ragum karena dia melakukannya sepanjang waktu.”

Pendekatan yang lebih cepat dan mungkin lebih hemat biaya adalah dengan menggunakan sistem penjepitan titik nol yang ditawarkan oleh Schunk, 3R, dan Erowa. Dengan sistem ini, operator dapat memasang catok baru di luar alat berat dan mematikannya dalam hitungan detik tanpa harus mengubah posisi nol.

“Anda dapat mengganti catok ini secepat Anda dapat mengganti palet di pengubah palet, meskipun Anda harus melakukannya secara manual,” kata Lucier.

Dimungkinkan untuk menghilangkan sakelar workholding manual. Feix dari Gosiger mengatakan Schunk dan ATI membuat unit perubahan cepat perkakas end-of-arm otomatis. Gosiger telah menginstal otomatisasi khusus di mana robot memuat perlengkapan suku cadang ke dalam mesin, kemudian mengubah perkakas ujung lengan, dan kemudian memuat suku cadang untuk proses pemesinan.

Jack Cardin, manajer proyek untuk otomatisasi di Doosan, setuju. “Jika perubahan ukuran terlalu besar untuk perubahan jari gripper, atau Anda beralih dari ID ke OD, Anda lebih baik mengubah seluruh tangan dari pergelangan tangan robot,” katanya. “Kami memiliki empat pilihan, semuanya dari Schunk.”

Lucier mengatakan bahwa teknologi "sekitar" inilah yang telah membuat peningkatan terbesar dalam beberapa tahun terakhir, "membuat otomatisasi menjadi lebih fleksibel, dan oleh karena itu menjadi pilihan yang lebih mudah untuk dibuat".

Menyiapkan robot untuk pekerjaan yang benar-benar baru membutuhkan waktu sekitar 30 menit bagi operator yang berpengalaman, kata Lucier. Jika itu pekerjaan berulang dan Anda telah menyimpan program robot, pengaturan hanya sekitar 15 menit. Jadi, ketika Anda mempertimbangkan bahwa pekerjaan biasa akan berjalan selama satu hari atau lebih, waktu pergantian mendekati tidak signifikan.

Diakui, waktu tanpa pemotongan untuk sistem yang menggerakkan robot masuk dan keluar dari mesin untuk setiap perubahan bagian lebih tinggi daripada pengaturan pengubah palet biasa dengan beberapa bagian pada palet. Namun, fleksibilitas otomatisasi robot memungkinkan pengguna untuk mengotomatiskan campuran pekerjaan bervolume rendah yang lebih tinggi dengan biaya perkakas yang minimal.

Dalam beberapa hal, robot itu sendiri adalah bagian termudah dari sistem untuk dipahami ketika Anda mempertimbangkan otomatisasi. Lucier mengatakan rekayasa sistem in-feed/out-feed membutuhkan sebagian besar waktunya. Metode bermitra secara eksklusif dengan FANUC dan robot kuningnya yang terkenal. Seperti yang dikatakan Lucier, “Robot itu berwarna kuning. Saya memilih ukuran yang tepat untuk pekerjaan itu dan hanya itu.” Masalah yang lebih menantang adalah apakah suku cadang harus disajikan ke robot dari sistem konveyor, di tempat sampah, di laci, atau opsi lain.

Pendekatan Okuma adalah memasok alat berat vertikal dengan manifold hidrolik dan pneumatik enam port yang memudahkan integrasi pemasangan otomatis, sambil mengandalkan mitra seperti Morris, Gosiger, dan Hartwig untuk membantu pengguna akhir dengan solusi otomatisasi. Okuma juga memiliki tim penyebaran cepat di kantor pusat AS di Charlotte untuk memodifikasi mesin apa pun yang datang dari Jepang dengan pintu otomatis, laser, dan probe untuk mengaktifkan integrasi otomatisasi.

“Semua mesin kami juga dapat dilengkapi dengan sistem Anybus sehingga mereka dapat berkomunikasi dengan berbagai sistem otomasi, baik itu FANUC, Erowa, atau apa pun,” tambah Burrell dari Okuma. Produk Anybus memungkinkan perangkat industri untuk berkomunikasi dengan fieldbus atau Ethernet industri apa pun, baik nirkabel maupun kabel. Produk Anybus dibuat oleh HMS Industrial Networks Inc. (Chicago).

“Kami tidak menuntut vendor tertentu untuk sistem ini,” katanya. “Banyak orang berjuang untuk mendapatkan supremasi dalam hal workholding dan robotika, sama seperti kita berjuang dengan banyak perusahaan untuk mendapatkan supremasi dalam mesin.”

Pendekatan Doosan ada tiga:Menawarkan antarmuka robot apa pun yang diperlukan untuk membantu integrator lokal memasang otomatisasi pada mesin mereka di lokasi. Ini juga akan merekayasa solusi otomatisasi yang disesuaikan di kantor pusatnya di New Jersey. Ketiga, ia menawarkan sistem standar yang dibuat sebelumnya kepada pengguna akhir yang disebut DooCells yang “memberi toko pekerjaan cara yang hemat biaya untuk masuk ke otomatisasi,” kata McNamara.

Setiap DooCell memiliki robot dan hingga tiga pusat permesinan atau mesin bubut dalam kombinasi apa pun. Stasiun pemasukan/pengumpanan keluar adalah unit laci dengan tiga hingga lima laci, tergantung pada tinggi dan diameter komponen.

“Laci terbuka di kedua arah, sehingga operator berada di satu sisi memuat stok mentah atau membongkar komponen jadi sementara robot berada di sisi yang berlawanan memproses komponen,” jelas Cardini.

McNamara menambahkan bahwa “banyak pelanggan terburu-buru dan mereka mengejar solusi berisiko rendah yang telah mereka gunakan sebelumnya dan hanya ingin menyelesaikannya.” Solusi standar dan sederhana seperti DooCell cocok dengan pendekatan itu.]\

Ember dan Air Hangat

Selain kemampuan untuk mencampur jenis mesin seperti pusat permesinan vertikal dan mesin bubut, menggunakan robot artikulasi untuk memuat bagian-bagian individual memberi Anda fleksibilitas untuk mengotomatiskan tugas-tugas lain, seperti mencuci dan deburring.

"Lupakan sistem pencucian $ 20.000," kata Lucier dari Metode. “Beri saya ember dan air hangat dan robot dapat melakukan keajaiban untuk Anda. Ini adalah cara yang murah untuk mencuci suku cadang. Langkah selanjutnya:matikan. Lebih banyak pelanggan yang belajar cara menggunakan robot mereka dengan memprogram siklus cuci dan keringkan daripada yang lainnya.”

Lucier memperingatkan agar tidak terlalu fokus untuk menghilangkan waktu menganggur. “Mari kita pastikan kita memuat mesin. Jika Anda memiliki waktu ekstra, sedikit deburring atau mencuci bukanlah hal yang buruk, tetapi tidak ada alasan untuk terobsesi dengan itu. Jika Anda tidak memiliki robot, Anda akan memiliki operator yang berdiri di sana yang harus Anda bayar dari tahun ke tahun. Anda membeli robot sekali dan tidak perlu membayarnya lagi.”

Pengembalian Investasi

Burrell dari Okuma mengatakan "kebanyakan orang yang berinvestasi dalam teknologi otomasi mencari laba atas investasi dalam 18 hingga 24 bulan" sambil didorong untuk mengadopsi otomatisasi karena kurangnya tenaga kerja. Namun kemudian mereka menyadari bahwa robot dapat mengisi celah itu.”

Lucier mengatakan bahwa otomatisasi dapat dibenarkan jika biayanya kira-kira sama dengan biaya peralatan mesin, dan dalam kebanyakan kasus, sel otomatisasi kecil membayar sendiri dalam waktu kurang dari satu tahun.

"Mulailah dengan dasar-dasar," kata Lucier. “Setengah jam makan siang. Dua kali istirahat 15 menit. Satu jam sehari pada shift delapan jam menambah 12% hari kerja Anda. Apa lagi yang dapat Anda lakukan pada peralatan mesin Anda untuk meningkatkan output Anda lebih dari 10%?”

Selain itu, katanya, output akan lebih tinggi bahkan selama jam-jam di mana operator tersedia karena robot mengganti suku cadang secara konsisten sepanjang hari.

“Jika seorang pria dapat mengganti bagian dalam 10 detik di pagi hari, dia mungkin tidak akan menggantinya dalam 10 detik pada jam 3 sore. Anda dapat menghitung kira-kira 85% run-time aktual dengan operator, tetapi robot akan menghasilkan hingga 95% karena satu-satunya waktu yang Anda perlukan untuk berhenti adalah saat mengganti alat. Tambahkan kemungkinan untuk membuat suku cadang tidak dijaga selama berjam-jam setelah shift.”

Sejauh mana Industri 4.0 dan konsep terkait telah diadopsi masih bisa diperdebatkan. Tetapi jika ada, itu membantu menjual otomatisasi. “Kami senang ketika orang-orang menerapkan sistem yang melacak waktu kerja alat berat karena mereka terkejut ketika menyadari bahwa penggunaan spindel sebenarnya di pusat permesinan vertikal mereka rata-rata hanya sekitar 40%,” kata Lucier. “Bukan John Lucier si robot yang memberi tahu Anda betapa Anda sangat membutuhkan robot—ini adalah data Anda.”

Burrell mengatakan dia sekarang melihat otomatisasi diterapkan di toko-toko kecil dengan 10 orang dan dia memperkirakan bahkan toko pekerjaan akan menganggapnya sebagai "harus dimiliki." Dia menambahkan bahwa sistem ini menurunkan biaya pada saat yang sama meningkatkan kecerdasan, jadi dia mengharapkan pertumbuhan besar dalam otomatisasi mesin vertikal.

Terakhir, studi kasus dari kontrak kerja toko, terkait oleh Feix dari Gosiger. Toko ingin menggunakan pusat permesinan vertikal untuk pekerjaan kecil di siang hari dan mengotomatiskan pekerjaan volume di malam hari.

“Mereka sedang mempertimbangkan pabrik berkapasitas 30 × 16″ [762 × 406 mm] dan menginginkan cara untuk mencabut workholding otomatis dan menggantinya dengan catok setiap hari. Kami menyarankan untuk membeli pabrik yang lebih besar, 40 × 20″ [1016 × 508 mm], dan meletakkan workholding untuk otomatisasi di sisi kanan meja dan catok yang mereka butuhkan untuk pekerjaan sehari-hari di sisi kiri, sehingga mereka tidak perlu beralih. Anda tidak akan pernah melakukannya secara horizontal.”

Tapi ini adalah jenis otomatisasi fleksibel yang sekarang tersedia untuk vertikal.