Industri Otomotif Meningkatkan Otomatisasi, Mengadopsi Teknologi Canggih

Industri otomotif menambahkan robot yang lebih canggih, mencari pencetakan 3D, dan mengintegrasikan teknologi canggih lainnya.

Industri otomotif AS telah diotomatisasi selama beberapa dekade. Produksi mobil dan truk dikaitkan dengan robot raksasa yang dipagari dari karyawan manusia. Di dalam area berpagar itu, tugas seperti pengelasan dilakukan.

Namun, industri ini maju di bidang otomatisasi. Pembuat mobil dan pemasok bergerak ke arah penggunaan robot kolaboratif, yang dikenal sebagai cobot. Perangkat semacam itu sering kali berukuran lebih kecil, memiliki ketangkasan lebih, dan dapat digunakan dengan aman bersama operator manusia.

Terlebih lagi, industri ini juga ingin memperluas penggunaan printer 3D. Pembuat mobil seperti Ford Motor Co. dan BMW AG bekerja secara langsung dengan produsen aditif terkait penerapan teknologi tersebut. Perusahaan juga memanfaatkan virtual dan augmented reality untuk mengatasi masalah manufaktur. Dan, seperti halnya dengan banyak produsen lain, industri otomotif ingin mendapatkan hasil maksimal dari Industri 4.0, di mana mesin "terhubung" berkomunikasi satu sama lain dan dengan operator manusia.

“Ada banyak cara otomasi baru berbeda dari apa yang tampak seperti otomasi pada 1980-an,” kata Kristin Dziczek, wakil presiden industri, tenaga kerja dan ekonomi di Ann Arbor, Pusat Penelitian Otomotif (CAR) yang berbasis di Michigan.

“Saat ini, otomatisasi tidak hanya mereplikasi upaya fisik manusia tetapi juga menghubungkannya dengan sistem siber dan fisik lainnya baik di dalam maupun di luar pabrik,” kata Dziczek. “Itu berarti produsen mendapatkan lebih banyak data dari otomatisasi dan kontrol lebih besar atas sistem manufaktur total—bukan hanya kontrol atas stasiun otomatis individual.”

Salah satu simbol tren otomasi otomotif adalah Advanced Manufacturing Center baru Ford di pinggiran Detroit, Redford, Michigan. Di dalam, printer 3D dan cobot dipelajari untuk mengetahui cara digunakan di lantai pabrik. Fasilitas virtual dan augmented reality di pusat ini adalah cara bagi pabrik Ford di seluruh dunia untuk menangani masalah seperti bagaimana menempatkan peralatan produksi di lantai pabrik.

Ford membentuk organisasi manufaktur maju pada tahun 2017, menyatukan karyawan dari seluruh operasi manufaktur pembuat mobil. Grup tersebut mengidentifikasi situsnya tahun lalu setelah sebuah perusahaan industri pindah ke lokasi lain di daerah Detroit.

“Ford Motor Co. memiliki hubungan yang sangat matang dengan otomatisasi,” kata Mike Mikula, chief engineer organisasi manufaktur maju global untuk Ford. Perusahaan ingin mempercepat teknologi manufakturnya, katanya.

Berikut ini adalah beberapa cara otomatisasi dan teknologi baru dalam industri otomotif berkembang.

Kekuatan Pencetakan 3D

Pencetakan 3D, atau manufaktur aditif, melibatkan pencetakan bagian demi lapis dari desain digital. Teknologi bergeser ke pencetakan bagian yang lebih besar dan melakukan lebih banyak pencetakan dengan berbagai jenis logam. Aerospace telah berinvestasi dalam aditif selama bertahun-tahun karena pencetakan 3D memungkinkan desain baru dan menjanjikan penggunaan logam seperti titanium yang lebih efisien.

Namun, industri otomotif memiliki volume produksi yang lebih besar. Hingga saat ini, adopsi pencetakan 3D oleh pembuat mobil dan pemasok telah tertinggal dari rekan-rekan mereka di luar angkasa.

“Aplikasi pencetakan 3D saat ini terbatas pada alat, cetakan, cetakan, jig, perlengkapan dan beberapa bagian bervolume rendah,” kata Dziczek dari CAR. “Hambatan nyata untuk adopsi pencetakan 3D yang lebih luas dalam mobil dan suku cadang yang diproduksi secara massal adalah waktu siklus, biaya, dan biaya hangus dari proses pembentukan suku cadang berbasis stamping, molding, dan mesin saat ini. Pencetakan 3D harus lebih cepat dan biaya harus turun jauh sebelum kita melihat aplikasi volume tinggi yang tersebar luas di industri otomotif.”

Namun demikian, pengembangan manufaktur aditif sedang berlangsung di industri otomotif.

“Kemajuan dalam teknologi pencetakan 3D dengan sendirinya menciptakan serangkaian solusi yang secara historis belum pernah ada,” kata Mikula dari Ford. Peningkatan tersebut mencakup “kecepatan di mana kita dapat mencetak dan dengan materi yang dapat kita gunakan untuk mencetak. Pengenalan polimer yang diperkuat serat karbon (CFRP), plastik canggih, dan tentu saja logam telah secara dramatis mengubah aplikasi potensial dari sudut pandang 'seni kemungkinan'.

“Ketika Anda menggabungkannya dengan” peningkatan kapasitas komputasi, lanjutnya, “Anda membiarkan perangkat lunak membantu Anda mendesain bagian itu. Ini tidak memerlukan tingkat upaya rekayasa dan waktu tunggu yang sama untuk memberi Anda solusi utama yang memenuhi semua kebutuhan Anda. Jadi baik dari segi apa yang bisa kita cetak dan seberapa cepat kita bisa mencetaknya…itu membuat pencetakan 3D menjadi teknologi yang sangat menarik. Tentu saja tujuan kami di sini adalah untuk memanfaatkannya dari sudut pandang menyediakan proses manufaktur kami dengan alat bantu dan perakitan yang mereka butuhkan agar lebih kuat serta berpotensi mengatasi beberapa tantangan teknologi yang terkait dengan pencetakan 3D.”

Sebelumnya, Ford telah bekerja sama dengan Stratasys Ltd. pada prototipe printer 3D untuk memproduksi suku cadang yang besar. Produsen mobil, yang berbasis di Dearborn, Michigan, juga merupakan investor, bersama dengan BMW, di Desktop Metal, sebuah perusahaan manufaktur aditif yang berbasis di Burlington, Mass. Ken Washington, chief technology officer Ford, berada di dewan direksi Desktop Metal.

Ford dan BMW “tahu ini akan datang,” kata Jonah Myerberg, chief technology officer dan co-founder Desktop Metal. "Mereka sedang terburu-buru. Masih beberapa tahun lagi untuk terlihat di seluruh kendaraan.”

Myerberg mengatakan pencetakan 3D kemungkinan akan berkembang melampaui cetakan dan jig, tetapi ada banyak ketidakpastian.

“Anda tidak bisa hanya melihat satu area kendaraan saja,” katanya. “Anda harus melihat seluruh kendaraan. Apa yang kami coba lakukan adalah membuka mata mereka terhadap apa yang kami lihat sebagai manfaat utama dari pencetakan 3D.” Eksekutif Desktop Metal mengatakan pembuat mobil dapat menurunkan teknologi ke tingkat pemasok teratas mereka.

“Ada banyak hal yang terjadi di balik layar yang tidak akan dibicarakan oleh para insinyur ini,” kata Myerberg. “Kami hanya memiliki gambaran kecil tentang bagaimana pelanggan kami akan menggunakan printer ini.”

Pada bulan September, HP Inc. memperkenalkan teknologi pencetakan 3D baru yang disebut HP Metal Jet, yang ditujukan untuk produksi massal suku cadang baja. Volkswagen AG bermaksud menggunakan teknologi HP Metal Jet untuk memproduksi kendaraan listrik pada tahun 2020-an, menurut HP. Kendaraan listrik memiliki bagian yang bergerak lebih sedikit daripada mesin pembakaran internal konvensional. Akibatnya, EV dapat menjadi peluang untuk memperluas manufaktur aditif di industri otomotif.

Robot Kolaboratif

Robot adalah salah satu contoh otomatisasi paling awal di lantai pabrik industri otomotif.

Tahap awal adopsi robot terdiri dari melakukan pekerjaan yang berbahaya dan berulang, kata Lou Finazzo, manajer umum, pasar otomotif dan komponen untuk FANUC America Corp., Rochester Hills, Mich. Banyak robot digunakan untuk mengelas badan mobil dan truk.

“Manusia membatasi apa yang benar-benar dapat dikembangkan oleh industri otomotif di sisi bodi,” katanya. Operator manusia sulit untuk memanipulasi “senjata las raksasa dan besar itu” dan menjangkau secara membabi buta melintasi kendaraan dan menerapkan banyak titik las “yang Anda tidak tahu apakah itu baik atau buruk.

“Begitu teknologi robot lepas landas, mereka dapat merancang kendaraan sedikit berbeda, [dengan] perakitan yang lebih kompleks,” lanjutnya. “Juga, memiliki loop kontrol yang lebih baik pada kualitas, yang memungkinkan mereka untuk benar-benar mengurangi jumlah pengelasan dan komponen struktural, membuat perakitan kendaraan berkembang menjadi seperti sekarang ini. Itu adalah tahap awalnya.”

Saat ini, robot dan otomatisasi mensubsidi tenaga kerja, dan ada kekurangan tenaga kerja untuk produsen dan pemasok, menurut Finazzo.

“Jadi sekarang Anda dapat mengambil seseorang dan orang itu dapat bertanggung jawab atas empat, lima [robot] kolaboratif dan Anda benar-benar telah meningkatkan efisiensi mereka… Ketika kita berbicara dengan pembuat mobil tradisional, fleksibilitas yang dibutuhkan jauh lebih banyak daripada sebelumnya. di masa lalu,” katanya.

Robot kolaboratif sedang diperhatikan di industri otomotif. “Dua faktor utama yang mendorong minat industri otomotif pada robot kolaboratif adalah kecepatan dan biaya,” kata Darrell Paul, manajer pemasaran untuk robotika dan kontrol gerak di Omron Automation Americas, Hoffman Estates, Illinois. “Robot kolaboratif dapat diimplementasikan lebih cepat dan ke dalam lingkungan manufaktur yang ada. Robot ini juga memiliki kemampuan untuk bekerja dengan sel dan operator manufaktur yang ada, yang menghilangkan kebutuhan akan biaya struktural atau infrastruktur tambahan.”

Perusahaan memperkenalkan cobot Seri TM baru di CES tahun ini di Las Vegas. Menurut Omron, robot yang memiliki sistem penglihatan ini memungkinkan startup dan pergantian yang cepat. Omron juga mengklaim bahwa perangkat lunak robot memungkinkannya untuk dilatih untuk berbagai tugas.

Di Pusat Manufaktur Lanjutan Ford, ada robot yang dibuat oleh FANUC, ABB, Universal Robots, dan KUKA Robotics.

“Banyak pekerjaan yang dilakukan di pabrik kami tidak memerlukan robot industri yang memiliki tingkat jangkauan dan muatan yang pada dasarnya ditangani oleh robot industri,” kata Mikula dari Ford. “Robot kolaboratif memberikan jejak manufaktur kecil, dan mereka dapat digabungkan dengan aman di dalam dan di antara teknisi kami dan fasilitas kami tanpa harus membangun infrastruktur perlindungan yang signifikan.

“Dengan robot kolaboratif, Anda dapat memiliki solusi yang jauh lebih sederhana; [Anda dapat] membawa pekerjaan ke robot sehingga robot dapat dengan aman melakukan pekerjaan dan melakukannya dengan cara yang dapat diandalkan,” lanjut Mikula.

“Fasilitas manufaktur kami sangat mahal untuk dimodifikasi,” katanya. “Konten di kendaraan kami terus meningkat. Upaya [diperlukan] untuk merakit mesin, transmisi, paket baterai dan kendaraan terus meningkat dari waktu ke waktu. Jadi, di mana kami dapat mengakomodasi konten tambahan itu dan memperkenalkan otomatisasi untuk melakukannya…untuk memastikan kami memberikan produk berkualitas tinggi kepada konsumen kami dengan harga terjangkau, di situlah robot kolaboratif benar-benar cocok.”

Dari sudut pandang vendor robot, ada banyak tekanan yang harus dilakukan.

“Dengan otomotif, kecepatan ke pasar sangat penting,” kata Finazzo. “Sepuluh tahun yang lalu, [itu] akan menjadi sukses besar untuk meluncurkan truk baru dalam 18 bulan. Sekarang, mereka seperti, 'wow, kita harus melakukannya dalam 12 bulan.' Jadi, kecepatan ke pasar adalah masalah besar.”

Penyesuaian Vendor Otomotif

Beberapa vendor otomotif telah menyesuaikan diri dengan peningkatan penggunaan cobot dan kecepatan yang lebih cepat.

Inficon, yang berbasis di Bad Ragaz, Swiss, membuat perangkat inspeksi otomotif untuk sistem otomatis. Perusahaan telah melihat peralatannya digunakan dengan robot kolaboratif yang lebih kecil. Perangkat Inficon digunakan untuk mendeteksi kebocoran uap air atau gas. Dengan robot kolaboratif, Inficon memiliki lebih banyak peluang untuk perangkatnya dilampirkan ke robot. Produk Infincon sekarang digunakan untuk mendeteksi kelembapan dalam sistem kendaraan listrik.

“Ini adalah sesuatu yang telah kami kerjakan selama lima hingga tujuh tahun,” kata Thomas Parker, manajer penjualan otomotif Amerika Utara Inficon.

Robot kolaboratif mempermudah penerapan perangkat Inficon. “Kami melakukan banyak pendidikan kepada pelanggan tentang apa yang mungkin dengan robot kolaboratif, apa yang mungkin dengan robot enam sumbu. Ada banyak pendidikan di pihak tim saya.”

Hydromat Inc., pembuat peralatan mesin yang pelanggannya termasuk pelanggan otomotif, telah menyesuaikan diri dengan tren industri.

Dengan Hydromat, "otomatisasi menjadi lebih interaktif," kata Kevin Shults, direktur pemasaran untuk perusahaan yang berbasis di Maryland Heights, Mo. “Bagi pekerja, sistem menjadi lebih interaktif antara operator dan peralatan mesin yang mereka jalankan. Pemrograman di mesin lebih biasa.”

Perubahan dalam industri otomotif berarti "perubahan yang lebih sering," kata Shults. “Perubahan harus lebih cepat.”

Shults menambahkan, “Otomasi sangat penting dalam upaya untuk menawarkan pelanggan otomotif kami keluarga multi-bagian yang memberi mereka keragaman dan keuntungan produk.”

Pekerja Menyesuaikan

Upaya sedang dilakukan untuk meningkatkan keterampilan pekerja karena industri otomotif menjadi lebih canggih.

AIDT, program pelatihan tenaga kerja Alabama, mencoba untuk meningkatkan upaya pelatihan pekerjanya karena pekerjaan di industri otomotif menjadi lebih canggih. Karyawan di pabrik datang ke fasilitas AIDT di Tanner, Ala., dekat Huntsville untuk sesi pelatihan.

Alabama adalah rumah bagi beberapa pabrik perakitan kendaraan. Negara juga memiliki pabrik-pabrik dirgantara. Akibatnya, Alabama berusaha meningkatkan pelatihan manufakturnya. Pada bulan Januari, delegasi Alabama mengunjungi markas besar Inovasi Ringan Untuk Masa Depan (LIFT) Detroit,
institut Manufaktur USA yang menyatukan perusahaan dan akademisi untuk meningkatkan teknologi ringan untuk manufaktur.

“Alabama [sedang] berkembang di bidang manufaktur,” kata Kristi Bain, asisten direktur AIDT.

“Kita harus bekerja dalam skenario manufaktur yang maju,” kata Ed Castle, wakil sekretaris perdagangan Alabama di komisi pengembangan tenaga kerja agensi itu. “Bagi kami, ini adalah persamaan sederhana. Apa kebutuhan dan bagaimana Anda mendefinisikan kebutuhan itu?”

Mikula dari Ford mengatakan tren ini mencerminkan bagaimana manufaktur mobil lebih menarik daripada sebelumnya.

"Ini benar-benar tempat yang menarik," katanya. “Ini benar-benar tempat yang menyenangkan.”