Otomatisasi Operasi Shift Malam dengan Cobot Universal Robots
Setelah Troy Ojalehto dari Rapid Design Solutions (kiri) mengembangkan aplikasi awal, insinyur otomatisasi Toolcraft Brian Laulainen mampu menangani operasi harian selain mengembangkan stasiun pencuikan dan pengeringan bagian sebagai aplikasi tambahan untuk UR5e, sebuah cobot dari Universal Robots. Tuan Laulainen melakukan pelatihan melalui UR Academy, kemudian diselaraskan dengan beberapa jam pelatihan langsung dengan Tuan Ojalehto.
Toolcraft, sebuah bengkel mesin kecil di Seattle, perlu mengotomatisasi tugas pemeliharaan mesin tiga operasi yang menantang dalam mesin CNC-nya. Terpukau dengan cobot flagship baru Universal Robots (UR), UR5e, dan kemampuan repeatability 30 mikron serta sensing gaya/torsi-nya, bengkel ini mengambil tugas dan menghemat 23% biaya produksi serta meningkatkan throughput 43%.
Momen krusial yang mendorong langkah ini datang ketika pesanan besar memaksa Toolcraft menambahkan shift ketiga untuk produksi 24/7. "Tidak ada yang ingin beroperasi di shift ketiga di sini," kata Steve Wittenberg, direktur operasi. Di area dengan pengangguran 3%, bengkel tidak mendapatkan banyak respons dari iklan lowongan pekerjaan. Dia mulai melihat berbagai opsi otomasi, awalnya mempertimbangkan robot industri tradisional.
Memandang sekadar hardware, sepertinya robot tradisional akan menjadi solusi yang lebih hemat biaya, kata Tuan Wittenberg. "Tetapi setelah kita mulai mempertimbangkan penghematan dari tidak harus mendirikan pagar keselamatan—dan waktu yang dihemat dari kemudahan penggunaan, menghindari banyak pemrograman kompleks—Universal Robots akhirnya menjadi solusi yang tepat."
Komponen alat medis multigawang ini memerlukan presisi tinggi dan penanganan tiga langkah di dalam mesin perkakas, memerlukan penambahan shift ketiga. Solusi Toolcraft adalah menyerahkan pemeliharaan mesin kepada sebuah robot kolaborasi, UR5e.
Cobot Bekerja di Shift Malam
Pesanan yang mendorong investasi ini adalah untuk bagian multigawang untuk sebuah alat medis. Bagian ini perlu dimuat ke dalam operasi pemesinan CNC tiga langkah yang akan berjalan selama shift ketiga. Toolcraft membahas tantangan ini dengan Rapid Design Solutions, integrator sistem sertifikasi Universal Robots.
"Saat Anda melakukan pemesinan presisi multi-operasi, kebutuhan akurasi sangat meningkat," kata pemilik Rapid Designs Solutions Troy Ojalehto. "Saat kita mendengar bahwa repeatability UR5e hingga 30 mikron, kita sangat bersemangat. Itu benar-benar bersaing di ruang yang sama dengan robot industri tradisional, jadi itu sangat besar bagi kita. Saya belum melihat cobot lain yang menangani tingkat presisi ini dengan bagian multi-operasi seperti ini, dengan bahan baku masuk dan bagian presisi selesai keluar."
Enam bulan setelah implementasi, Tuan Wittenberg mengatakan bahwa bengkel melihat peningkatan produksi segera. "Kami dapat menstaf shift ketiga dan beralih dari produksi 255 bagian per minggu menjadi 370 bagian per minggu. Serta dengan itu, kami dapat menyelesaikan produksi tahun kami tujuh minggu lebih awal, sehingga membebaskan mesin tersebut untuk memproduksi bagian untuk pekerjaan lain."
Dia menambahkan Toolcraft melihat ROI sekitar 12 bulan.
Robot dengan Sentuhan Manusia
Fitur baru dalam garis flagship Universal Robots adalah umpan balik gaya di semua sendi, yang merupakan kunci untuk memastikan bagian pas erat ke fixture mesin perkakas. "Dengan menggunakan gerakan gaya dengan kebebasan di sumbu X, Y, dan rotasi Z, kita dapat memaksa bagian masuk di sana, mengocoknya, dan memprogram kepatuhan itu dengan sangat mudah untuk memungkinkan pada dasarnya sentuhan manusia dengan robot," kata Tuan Ojalehto. Sambil dia bicara, pemilik Toolcraft Karl Niemela datang dan melaporkan bahwa perusahaannya telah memutuskan untuk memberi nama robot itu Clarence. "Itu nama yang canggih untuk robot yang canggih," katanya sambil tersenyum.
"Fungsi free-drive UR sangat mengurangi waktu untuk mengajarkan titik robot," kata Tuan Ojalehto. Robot kolaborasi UR dapat dengan mudah diprogram melalui metode ajarkan dengan hanya menggerakkan lengan melalui waypoint yang diinginkan yang ditambahkan ke program pada teach pendant. Saat cobot digunakan, Toolcraft menggunakan simulator UR untuk membuat seluruh program untuk stasiun pencuikan dan pengeringan bagian secara offline, memasukkan waypoint saat mereka mentransfer program ke teach pendant.
Cobot Membersihkan
Sementara cobot berhasil membantu bengkel menerapkan produksi 24/7, cobot masih belum bekerja dengan potensi penuhnya. Siklus pemesinan berlangsung total 56 menit, tetapi UR5e hanya sibuk merawat bagian selama enam menit. "Sisa waktu, cobot hanya menunggu siklus berikutnya. Kami ingin menjaganya sibuk," kata Tuan Wittenberg. Untuk menempati lebih banyak waktu cobot, bengkel menambahkan stasiun pencuikan dan pembersihan bagian.
Dengan repeatability 30 mikron, UR5e mampu memasukkan bagian multigawang secara tepat ke dalam fixture. Siklus CNC mencakup tiga operasi di pusat pemesinan vertikal: dua di fixture bor dan satu di unit rotatif axis keempat.
Saat UR5e mengeluarkan bagian yang telah diproses dari CNC, ia merendam bagian ke dalam larutan pencucian, melewatkannya melalui jet udara, dan menempatkan bagian yang telah dicuci dan kering pada rak untuk pengiriman. Bengkel mesin juga dapat mengontrol aktuator pintu dan fixture pneumatik melalui antarmuka I/O UR5e. "Ini sangat mengurangi kebutuhan kabel CNC dan mempertahankan semua fungsi keamanan standar CNC," jelas Tuan Ojalehto.
Belajar Memprogram
Sementara Toolcraft meminta bantuan integrator sistem untuk menjalankan aplikasi awal, bengkel mesin mampu memprogram dan memasang stasiun pencuikan dan pengeringan sendiri. "Apa yang benar-benar memungkinkan kami melakukan ini adalah semua dukungan online gratis yang diberikan Universal Robots," kata Tuan Wittenberg. "Setelah insinyur otomatisasi kami mengambil kursus online UR Academy, ia menghabiskan beberapa jam dengan integrator dan mampu menambahkan stasiun itu ke siklus cobot."
Toolcraft memilih gripper PneuConnect dari PHD sebagai alat ujung lengan untuk UR5e. Bersertifikasi UR+ berarti gripper tersebut disertifikasi untuk bekerja mulus dengan robot kolaborasi UR, dengan semua perangkat lunak pemrograman terintegrasi langsung pada teach pendant robot kolaborasi UR.
"Kami tidak memiliki pengalaman dengan robot di Toolcraft," kata Brian Laulainen, insinyur otomatisasi Toolcraft. "UR Academy adalah kursus yang sangat intuitif, interaktif, dan menyenangkan untuk diikuti. Ini membuat pembelajaran jauh lebih menarik daripada hanya membaca buku."
Awalnya, Tuan Wittenberg khawatir produksi akan menurun selama fase pemrograman stasiun pencuikan karena cobot akan ditarik dari tugas pemeliharaan mesin regulernya. Tim menemukan, namun, bahwa mereka dapat menggunakan simulator Universal Robots dan memprogram hampir seluruh tambahan ke siklus secara offline sementara cobot terus bekerja. Program offline cukup dimuat melalui USB langsung ke teach pendant UR5e. "Dalam program yang saya buat di kantor saya, saya hanya mengatur waypoint kosong. Setelah saya berada di samping cobot, saya mampu dengan cepat menggunakan gerakan free-drive dan menggerakkan robot ke posisi yang benar serta mengajarkan waypoint baru," kata Tuan Laulainen.
Dengan UR5e, Toolcraft mampu menyelesaikan produksi tahunan tujuh minggu lebih cepat daripada dengan tenaga kerja manual.
Tahun Lagi, Cobot Lagi
Dengan instalasi cobot pertama yang berhasil di baliknya, Toolcraft sekarang berencana untuk memasang satu cobot tambahan setiap tahun mendatang. "Fakta bahwa insinyur otomatisasi kami sendiri sekarang dapat pergi dan melakukan troubleshooting apa pun yang muncul akan menjadi kunci untuk mencapai tujuan ini," kata Tuan Wittenberg. Tugas berikutnya yang diharapkan diotomatisasi di lantai bengkel adalah merawat pusat pemesinan horizontal. "Itu adalah tantangan potensial, karena bor menggunakan makam rotatif yang dipasang dan dilepaskan dari bor, yang menciptakan beberapa kesulitan dengan fixture. Tetapi kami yakin kami dapat menyelesaikan masalah tersebut menggunakan Universal Robot dan beberapa inovasi dalam fixture."
