Hai, Toko Pekerjaan:Saatnya Mengotomatisasi!
Mengira otomatisasi terlalu sulit di lingkungan dengan campuran tinggi dan volume rendah? Pikirkan lagi
Robot dan toko pekerjaan biasanya tidak dibicarakan bersama. Lagi pula, semua orang tahu bahwa otomatisasi hanya cocok untuk produksi volume tinggi, dan operasi ibu-dan-pop yang khas sama sekali tidak—jadwalnya dipenuhi dengan pesanan untuk pekerjaan campuran tinggi, volume rendah, dan seringkali sangat kompleks. Siapa yang membutuhkan robot di lingkungan ini, di mana penyiapan dilakukan beberapa kali seminggu, atau bahkan setiap hari?
Namun, sebelum Anda melompat ke artikel berikutnya, Anda mungkin ingin mempertimbangkan beberapa hal. Sebagai permulaan, banyak ahli menyarankan bahwa, terlepas dari apa yang mungkin dikatakan pemilik kepada diri mereka sendiri, bengkel kerja mengalami utilisasi mesin terendah di industri. Nilai efektivitas peralatan keseluruhan (OEE) sebesar 50 persen atau lebih rendah bukanlah hal yang aneh. Otomatisasi adalah solusi yang jelas untuk memperbaiki angka ini.
Dan karena pergantian mesin lebih sering terjadi di bengkel kerja, masinis dan pemrogram yang lebih terampil diperlukan untuk melakukan aktivitas terkait penyiapan—orang-orang yang mendapat gaji lebih tinggi dan sulit ditemukan. Hal ini meningkatkan biaya operasi, mengurangi peluang untuk pekerjaan tambahan, dan membuat produksi sepanjang waktu menjadi sangat menantang. Mengingat kekurangan pekerja terampil, otomatisasi harus, oleh karena itu, menjadi Cawan Suci untuk setiap bengkel kerja, bahkan jika implementasinya mungkin bukan jalan yang mudah.
Kemungkinan untuk Plug and Play
Pertanyaannya adalah, dari mana Anda memulai? Zach Spencer punya beberapa ide. Seorang insinyur proposal khusus untuk Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass., ia mencatat bahwa otomatisasi dapat mendekati urusan plug-and-play, terutama bila disertakan sebagai bagian dari pembelian alat mesin baru.
“Kami mengembangkan JobShop Cell kami hampir 15 tahun yang lalu, dan sejak itu menjadi salah satu solusi otomatisasi kami yang paling populer untuk FANUC RoboDrill,” katanya. “Ini dirancang untuk toko yang memiliki setidaknya beberapa pergantian setiap hari, terbatas pada ruang lantai, dan membutuhkan fleksibilitas untuk beralih dengan mudah dari satu bagian ke bagian lain.”
JobShop Cell tersedia dalam dua konfigurasi, jelasnya. Satu menggunakan pengaturan konveyor atas/bawah untuk membawa bahan mentah ke robot dan mengambil bagian yang sudah jadi, sementara yang lain menggunakan kabinet yang berisi serangkaian laci untuk benda kerja dan penyimpanan material. Keduanya menggunakan robot FANUC untuk memuat dan membongkar mesin (atau sepasang mesin, dalam kasus Sel Kembar RoboDrill JobShop Cell), dan keduanya menyediakan cara untuk meninggalkan CNC tanpa pengawasan selama berjam-jam atau bahkan satu shift penuh, tergantung pada benda kerja.
Untuk volume yang lebih tinggi, Metode menawarkan Plus-E, sistem otomatisasi gaya elevator multi-pallet untuk pekerjaan dengan volume sedang hingga tinggi, serta Plus-K untuk toko yang ingin mengotomatiskan penyiapan dan pengoperasian alat berat, dengan kemampuan untuk menukar pemegang alat, ragum yang dimuat sebelumnya, dan perlengkapan. “Anda dapat memberi tahu sistem bahwa kelima catok ini adalah Bagian A, dua catok berikutnya adalah Bagian B, yang berikutnya adalah Bagian C, dan sepuluh berikutnya adalah Bagian D,” kata Spencer. “Setelah itu, kamu tinggal mengisinya dengan materi dan pulang. Kedua mesin Seri Plus adalah unit mandiri yang berada di samping RoboDrill, dan sangat cocok untuk toko yang mencari cara mudah untuk memasuki otomatisasi.”
Ambil Troli
Metode bukan satu-satunya penyedia yang mengambil pendekatan ini. Eric Nekich, yang bertanggung jawab atas operasi, teknologi, dan penjualan orang dalam di Lang Technovation Co., Hartland, Wis., mengatakan bahwa sistem otomasi RoboTrex perusahaan menggunakan robot FANUC dan hingga empat troli bergerak, masing-masing berisi sejumlah catok yang telah dimuat sebelumnya. RoboTrex 52, misalnya, dapat menyimpan hingga 42 catok per troli (berdasarkan ukuran komponen dan konfigurasi troli), yang berpotensi menawarkan pemesinan tanpa pengawasan untuk 168 benda kerja.
Seperti Sel JobShop, RoboTrex mandiri dan terlindungi sepenuhnya, tetapi juga dapat diintegrasikan dengan berbagai merek dan model pusat permesinan. Satu-satunya rintangan adalah memikirkan kebutuhan untuk berinvestasi dalam beberapa vises lima sumbu Makro-Grip Lang, yang diperlukan untuk digunakan dengan sistem (dan dibuat, secara kebetulan, pada 50 pusat permesinan yang dilengkapi RoboTrex di pabrik Lang di Jerman) . “Namun, ini adalah investasi dengan ROI yang sangat cepat, karena waktu aktif spindel Anda akan meningkat secara drastis dengan sistem RoboTrex USA,” kata Nekich.
Michael Gamache adalah manajer pengembangan bisnis di New Berlin, Gamache Systems yang berbasis di Wis., sebuah divisi dari Metalcraft of Mayville dan integrator eksklusif untuk sistem RoboTrex di Amerika Serikat. Dia menyadari bahwa beberapa pelanggan mungkin menolak untuk berinvestasi dalam sistem workholding baru, tetapi menawarkan beberapa alasan bagus untuk melakukan hal itu.
“Sebagai pemilik bisnis, saya memahami fakta bahwa catok tidak murah, tetapi dari perspektif otomatisasi, pekerjaan berkualitas tinggi adalah setengah dari perjuangan,” katanya. “Anda perlu mengirimkan bahan mentah ke robot dengan cara yang berulang dan akurat, dan sistem Makro-Grip adalah salah satu cara terbaik untuk mencapainya. Lebih jauh lagi, sistem ini sangat mudah diatur dan dioperasikan karena robot menangani vises dan bukan berbagai ukuran bahan mentah; karena itu, satu program bekerja untuk setiap bagian.”
Dapatkan Pegangan
Tyler Mardaus, seorang insinyur desain di Kurt Manufacturing – Divisi Produk Industri yang berbasis di Minneapolis, menyetujui perlunya workholding berkualitas tinggi, meskipun pendekatan perusahaannya sangat berbeda dari yang diusulkan oleh Lang. “Tim Custom Engineered Workholding (CEW) kami merancang banyak sistem hidrolik kerja ganda yang dikendalikan solenoida,” katanya. “Hidraulik memberikan psi yang lebih tinggi dan oleh karena itu kekuatan penjepitan yang lebih besar daripada pekerjaan manual, sedangkan solenoida mendukung aktivasi elektronik ragum melalui robot atau kontrol mesin, menciptakan sistem yang benar-benar otomatis.”
Dia menambahkan bahwa toko harus memulai perjalanan otomatisasi mereka dengan menargetkan pekerjaan dengan volume tertinggi. Dan jika ada bagian yang dapat menggunakan catok (atau beberapa catok) dengan rahang yang dapat dikerjakan, ini dapat ditukar selama pergantian, mengurangi waktu pengaturan. Untuk investasi, tidak dapat dihindari kebutuhan akan pompa hidraulik dan pipa ledeng, tetapi ada kemungkinan untuk memasang kembali ragum manual yang ada di bengkel dengan rakitan mur dan sekrup yang ramah hidraulik.
“Anda harus berusaha untuk membuat sistem kontrol loop tertutup,” kata Mardaus. “Ini dimulai dengan memasang semacam perangkat konfirmasi tempat duduk, tetapi Anda juga perlu memverifikasi bahwa ragum telah dijepit dengan kekuatan yang benar sebelum membiarkan siklus dimulai, dan bahwa ragum dibuka sebelum robot mencoba melepaskannya. Benda kerja. Semua langkah ini sangat penting untuk solusi pemesinan otomatis apa pun.”
Mempercepat Pertukaran Workholding
Komentar Mardaus tentang pengurangan waktu pengaturan tepat. Lagi pula, mengapa repot-repot mengurangi biaya tenaga kerja melalui otomatisasi jika Anda akan mengalami waktu henti yang mahal setiap kali Anda berganti pekerjaan? Rahang perubahan cepat yang dia sebutkan adalah tempat yang sangat baik untuk memulai, tetapi jika anggaran memungkinkan, sistem penentuan posisi titik nol, seperti Makro-Grip Lang (dan lainnya), mengubah pertukaran pekerjaan menjadi latihan satu menit. Juga harus ada kemampuan CAM yang kuat, dengan perangkat lunak simulasi yang mengevaluasi jalur pahat pascaproses, pemegang pahat, pahat potong, benda kerja, workholding, dan pahat mesin itu sendiri.
Dan seperti yang dijelaskan Dietmar Moll, direktur pengembangan bisnis di Zoller Inc., Ann Arbor, Mich., toko harus menempatkan prioritas tinggi pada manajemen alat, dimulai dengan sistem prasetel offline dan perangkat lunak terkait. “Salah satu manfaat terbesar dari strategi otomasi apa pun adalah bahwa perawatan mesin dan pekerjaan tidak bernilai tambah lainnya diambil alih oleh robot atau cobot, membebaskan personel yang memenuhi syarat untuk melakukan tugas yang lebih penting,” kata Moll.
Prasetel alat offline adalah salah satu tugas ini, tetapi ada juga perencanaan pekerjaan yang menyeluruh, pemeliharaan dan pengaturan pemegang alat, inspeksi alat pemotong, dan analisis data lantai bengkel. Untuk tujuan ini, Zoller menawarkan berbagai solusi jauh di luar pengaturan alat. Solusi manajemen alat (TMS) tingkat Perunggu, Perak, dan Emas memungkinkan toko meningkatkan kemampuannya sesuai kebutuhan, memberikan visibilitas yang jauh lebih tinggi ke proses produksi dan aset terkait perkakas. Dan karena ini dapat berkomunikasi dengan robot kolaboratif »cora« Zoller, Moll menambahkan, mereka berfungsi untuk "menutup loop" dengan mengotomatiskan tugas-tugas ruang alat seperti pembersihan dan penyimpanan alat.
Demikian pula, solusi penyimpanan alat terintegrasi perusahaan membantu mengatur aset-aset ini, yang selanjutnya mengurangi waktu henti dan inefisiensi. Dan ketika pekerjaan selesai, sistem yang sama ini dapat digunakan untuk memeriksa alat kembali ke dalam boks, meninjau kinerjanya, dan mencatat sisa umur alat. “Hal ini membantu toko lebih memahami alat potong mana yang berfungsi dengan baik dan mana yang tidak, sehingga memberi mereka kemampuan untuk lebih meningkatkan proses dan mengurangi biaya alat,” katanya.
Saran Penjadwalan
Manajemen alat yang kuat juga merupakan bagian penting dari penjadwalan pekerjaan, sesuatu yang penting untuk alat mesin dan pemanfaatan robot. Bagi Moll, ini berarti mengetahui pekerjaan apa yang akan dilakukan selanjutnya dan alat apa yang dibutuhkan untuk menjalankannya. Bagi Daniel Carranco, itu berarti lebih dari itu, terutama dalam konteks otomatisasi. Direktur perbaikan berkelanjutan di Global Shop Solutions Inc., The Woodlands, Texas, ia mencatat bahwa semua toko—otomatis atau tidak—harus memiliki sistem ERP dan penjadwalan yang baik, yang juga dapat memantau lantai toko dan mengumpulkan informasi tentang proses pemesinan.
Mencapai bagian pemantauan dan pengumpulan data dari persamaan itu membutuhkan perangkat lunak ERP yang ramah integrasi, peralatan mesin, dan robotika. “Kami memiliki situasi di mana pelanggan ingin mengintegrasikan peralatan mereka dengan sistem kami tetapi menemukan bahwa platform perangkat lunak yang digunakan oleh peralatan itu hampir tidak mungkin untuk kami kerjakan,” katanya. “Jadi, saran pertama bagi siapa pun yang mengejar lingkungan produksi terintegrasi adalah memastikan bahwa semuanya dapat berkomunikasi secara efektif, dan bahwa setiap orang mengetahui dengan jelas jenis dan volume data yang akan dipertukarkan.”
Komunikasi, tampaknya, berarti lebih dari sebelumnya. Di mana sistem ERP telah lama unggul dalam mengumpulkan data dari manusia di lantai toko, mereka sekarang harus mengumpulkannya dari robot dan pengontrol mesin juga. Lebih lanjut, data ini tidak hanya berisi nomor pekerjaan di mana-mana, waktu produksi, dan kuantitas yang diselesaikan (atau dihapus) yang diharapkan pengguna, tetapi mungkin juga menampilkan konsumsi material secara real-time, inspeksi dan informasi kualitas suku cadang, status mesin dan robot, dan seterusnya.
“Tentu saja ada lebih banyak informasi yang tersedia saat ini daripada sebelumnya, dan dengan perangkat lunak, peralatan, dan integrasi ERP yang tepat, semuanya dapat dikumpulkan dengan mulus dan otomatis,” katanya. “Melakukan hal itu memberikan peluang yang benar-benar baru untuk peningkatan berkelanjutan, tetapi yang lebih penting, ini membebaskan karyawan untuk fokus pada hal-hal yang lebih penting. Tidak ada lagi waktu yang terbuang untuk pengumpulan data manual, yang sering kali tidak jelas, dan orang-orang dapat mengerjakan perencanaan dan analisis proses.”
Meningkatkan Praktik Terbaik
Seperti yang disarankan Carranco, teknologi ini harus dikejar terlepas dari rencana toko untuk diotomatisasi, karena semua berfungsi untuk membuat operasi lebih efisien dan tingkat OEE-nya jauh lebih tinggi. Dan ketika langkah selanjutnya diambil—mengimplementasikan robot atau sistem penanganan material—investasi akan terbayar lebih cepat. Dengan asumsi Anda tidak peduli atau tidak dapat menggunakan salah satu sistem pra-konfigurasi yang telah dibahas, pertanyaannya kemudian menjadi, “robot apa yang harus kita beli, dan bagaimana kita harus mengimplementasikannya?”
Dean Elkins dapat merekomendasikan satu. Seorang pemimpin segmen untuk penanganan material di Divisi Robotika Motoman Yaskawa America Inc., Miamisburg, Ohio, Elkins mengatakan bengkel kerja sering menghadirkan berbagai aplikasi robot yang sesuai, baik itu perawatan mesin, deburring bagian, perakitan otomatis, atau pengelasan robot. Finding the right equipment for these applications, though, requires a good deal of evaluation and talking to knowledgeable people.
“Justifying an investment in automation depends on several factors,” said Elkins. “Obviously, the larger the production quantity, the more it makes sense to automate it. But even lower volume, repeat work can be profitable, provided the shop takes the necessary steps to reduce setup time as much as possible. Parts with longer run times are also good candidates, as are parts with simple handling requirements.”
Elkins noted that most job shops find a small to medium-sized floor-mounted robot—meaning a payload of 5-25 kg—is all that’s needed to deburr a batch of parts, weld a crateful of brackets, or tend a CNC lathe after everyone’s gone home for the night. With that, however, some level of safety guarding will be required, as will grippers, an interface to the machine tool, and possibly programming and simulation software.
Tomorrow, Today
And don’t forget the training, he warned. Automation is much simpler than it once was, yet the savvier job shop owner is still going to make an additional investment in training, and have a dedicated person on staff to manage the shop’s robotics. That said, collaborative and force-limiting robots are becoming quite popular, especially where floor space is a concern. Robots can be equipped with self-changing or quick-change grippers, increasing flexibility. Vision systems can often eliminate or at least simplify part conveying systems, and the ability to teach a robot its tasks helps reduce the need for offline programming systems. “There’s a lot to consider,” said Elkins. “That’s why I encourage anyone interested in automation to do their homework, ask questions, and partner with a reputable integrator.”
Acieta LLC, Waukesha, Wis., is one such company. Steve Alexander, vice president of operations, warns that not all integrators are created equal. “Make sure you work with someone who has experience with your type of work and the skill level to implement your robotic automation project,” he said. “Get references, go see their previous installations, and understand the quality of their work. Industrial robots are designed to last well over 10 years, so you want to make sure everything else in the cell is designed for an automated environment and is just as reliable as the robot itself.”
Doing so can lead to a return on investment (ROI) of just a few months, although a year or two is probably a more realistic expectation. Much of that depends on the application, of course, but the type of robot also plays a role. As Elkins noted, collaborative robots—or cobots—have become all the rage over the past few years, mainly due to their ease of use and seemingly safer operation in proximity to humans. Yet appearances can be deceiving. Cobots can be slower and less accurate than so-called “industrial robots,” possibly slowing ROI, and even the friendliest cobot can harm a human if established safety procedures aren’t followed.
This is why Elkins and others strongly recommend a risk assessment with any robot installation. He also suggested that the best approach for automation newbies is to start small and easy. “Find a single pain point and conquer that one first before looking at adding additional processes or complexity,” he said. “You want to have success right out of the gate so that everyone—the shop owner, the machine operators, and the people doing the integration—are comfortable moving on to larger or more complex projects. Sometimes, the biggest challenge is getting employee buy-in. There’s always the fear that robots will replace humans, so it’s important to make them part of the implementation. Educate them, get them involved in the roll-out, and when they find that the robot actually makes their job easier and more interesting, they’ll end up being your biggest cheerleaders.”
