Produsen Mobil Meningkatkan Produksi dengan Robot Kolaborasi dan Cetak 3D
Industri otomotif menambahkan robot yang lebih canggih, mempertimbangkan cetak 3D, dan mengintegrasikan teknologi canggih lainnya.
Industri otomotif AS telah diotomatisasi selama bertahun-tahun. Produksi mobil dan truk identik dengan robot besar dan raksasa yang dipagar dari karyawan manusia. Di dalam area yang dipagar, tugas seperti pengelasan dilakukan.
Namun, industri ini maju di bidang otomatisasi. Produsen mobil dan pemasok bergerak menuju penggunaan robot kolaborasi, dikenal sebagai cobot. Perangkat seperti ini sering kali lebih kecil, memiliki kelincahan lebih tinggi, dan dapat digunakan dengan aman di samping operator manusia.
Lebih dari itu, industri juga ingin memperluas penggunaan printer 3D. Produsen mobil seperti Ford Motor Co. dan BMW AG bekerja langsung dengan produsen additive mengenai penerapan teknologi. Perusahaan juga menggunakan virtual dan augmented reality untuk mengatasi masalah manufaktur. Dan, seperti halnya banyak produsen lainnya, industri otomotif ingin mendapatkan manfaat maksimal dari Industry 4.0, di mana mesin "terhubung" berkomunikasi satu sama lain dan dengan operator manusia.
"Ada banyak cara otomatisasi baru berbeda dari otomatisasi pada tahun 1980-an," kata Kristin Dziczek, vice president industri, buruhan, dan ekonomi di Center for Automotive Research (CAR) berbasis di Ann Arbor, Michigan.
"Tanggal ini, otomatisasi tidak hanya meniru usaha fisik manusia tetapi juga menghubungkannya ke sistem siber dan fisik lainnya baik di dalam maupun di luar pabrik," kata Dziczek. "Itu berarti produsen mendapatkan lebih banyak data dari otomatisasi dan lebih banyak kontrol atas sistem manufaktur total—bukan hanya kontrol atas stasiun otomatis individual."
Simbol salah satu tren otomatisasi otomotif adalah Advanced Manufacturing Center baru Ford di Redford, Michigan, suburb Detroit. Di dalam, printer 3D dan cobot dipelajari untuk cara digunakan di lantai pabrik. Fasilitas virtual dan augmented reality center adalah cara untuk pabrik Ford di seluruh dunia untuk menangani masalah seperti cara menempatkan peralatan produksi di lantai pabrik.
Ford mendirikan organisasi manufaktur canggih pada 2017, menggabungkan karyawan dari seluruh operasi manufaktur produsen mobil. Grup mengidentifikasi situsnya tahun lalu setelah perusahaan industri pindah ke lokasi lain di area Detroit.
"Ford Motor Co. memiliki hubungan yang sangat matang dengan otomatisasi," kata Mike Mikula, chief engineer organisasi manufaktur canggih global untuk Ford. Perusahaan ingin mempercepat teknologi manufaktur mereka, kata dia.
Berikut adalah beberapa cara otomatisasi dan teknologi baru di industri otomotif sedang berkembang.
Cetak 3D Memberi Daya
Cetak 3D, atau manufaktur additive, melibatkan mencetak bagian lapis demi lapis dari desain digital. Teknologi beralih ke mencetak bagian yang lebih besar dan melakukan lebih banyak pencetak dengan berbagai jenis logam. Penerbangan telah berinvestasi dalam additive selama bertahun-tahun karena cetak 3D memungkinkan desain baru dan memiliki janji penggunaan logam yang lebih efisien seperti titanium.
Namun, industri otomotif memiliki volume produksi yang lebih besar. Hingga saat ini, adopsi cetak 3D oleh produsen mobil dan pemasok tertinggal dibandingkan dengan rekanan mereka di penerbangan.
"Aplikasi saat ini cetak 3D terbatas pada alat, cetakan, cetakan, pijakan, fixture, dan beberapa bagian volume rendah," kata Dziczek dari CAR. "Hambatan nyata untuk adopsi yang lebih luas cetak 3D dalam mobil dan bagian yang diproduksi massal adalah waktu siklus, biaya, dan biaya terendam dari proses pembentukan bagian berbasis stamping, molding, dan machining saat ini. Cetak 3D harus menjadi lebih cepat dan biaya harus turun secara signifikan sebelum kita melihat aplikasi yang luas, volume tinggi di industri otomotif."
Meskipun demikian, pengembangan manufaktur additive sedang berlangsung di industri otomotif.
"Kemajuan dalam teknologi cetak 3D sendirian menciptakan serangkaian solusi yang secara historis tidak tersedia," kata Mikula dari Ford. Peningkatan termasuk "kecepatan di mana kita dapat mencetak dan dengan bahan di mana kita dapat mencetak. Perkenalan polimer terukur serat karbon (CFRP), plastik canggih dan tentunya logam telah secara dramatis mengubah potensi aplikasi dari sudut pandang apa yang adalah 'seni yang mungkin'."
"Saat Anda menggabungkannya dengan" kapasitas komputasi yang ditingkatkan, lanjut dia, "Anda membiarkan perangkat lunak membantu Anda merancang bagian. Ini tidak memerlukan tingkat usaha rekayasa dan waktu tunggu yang sama untuk memberikan solusi utama yang memenuhi semua persyaratan Anda. Jadi baik dari segi apa yang bisa kita cetak dan seberapa cepat kita dapat mencetak mereka… itu membuat cetak 3D teknologi yang sangat menarik. Tentu saja tujuan kami di sini adalah untuk memanfaatkannya dari sudut pandang menyediakan proses manufaktur kami dengan tooling dan alat bantu assembly yang mereka butuhkan untuk lebih kuat serta potensial mengatasi beberapa tantangan teknologi yang terkait dengan cetak 3D."
Sebelumnya, Ford telah bekerjasama dengan Stratasys Ltd. pada printer 3D prototipe untuk memproduksi bagian besar. Produsen mobil, berbasis di Dearborn, Michigan, juga investor, bersama dengan BMW, di Desktop Metal, perusahaan manufaktur additive berbasis di Burlington, Massachusetts. Ken Washington, chief technology officer Ford, berada di dewan direksi Desktop Metal.
Ford dan BMW "mengetahui ini akan datang," kata Jonah Myerberg, chief technology officer dan pendiri Desktop Metal. "Mereka buru-buru. Masih beberapa tahun sebelum dilihat di seluruh kendaraan."
Myerberg mengatakan cetak 3D kemungkinan akan meluas di luar cetakan dan pijakan, tetapi masih banyak ketidakpastian.
"Anda tidak bisa hanya melihat satu area kendaraan," kata dia. "Anda harus melihat seluruh kendaraan. Apa yang kami coba lakukan adalah membuka mata mereka terhadap apa yang kami lihat sebagai manfaat utama cetak 3D." Eksekutif Desktop Metal mengatakan produsen mobil mungkin mendorong teknologi ke pemasok level atas mereka.
"Ada banyak yang terjadi di belakang layar yang para insinyur ini tidak akan bicarakan," kata Myerberg. "Kami hanya memiliki gambaran kecil tentang bagaimana pelanggan kami akan menggunakan printer ini."
Pada September, HP Inc. memperkenalkan teknologi cetak 3D baru yang disebut HP Metal Jet, ditujukan untuk produksi massal bagian baja. Volkswagen AG berniat menggunakan teknologi HP Metal Jet untuk memproduksi mobil listrik pada tahun 2020, menurut HP. Mobil listrik memiliki bagian bergerak lebih sedikit dibandingkan mesin pembakaran internal konvensional. Akibatnya, EV mungkin menjadi peluang untuk memperluas manufaktur additive di industri otomotif.
Robot Kolaborasi
Robot adalah salah satu contoh awal otomatisasi di lantai pabrik industri otomotif.
Tahap awal adopsi robot terdiri dari pekerjaan berbahaya dan berulang, kata Lou Finazzo, general manager, pasar otomotif dan komponen untuk FANUC America Corp., Rochester Hills, Michigan. Banyak robot digunakan untuk mengelasi badan mobil dan truk.
"Manusia terbatas dalam apa yang bisa industri otomotif kembangkan di sisi badan," kata dia. Sulit bagi operator manusia untuk memanipulasi "senjata pengelasan raksasa itu" dan menjangkau secara buta di seluruh kendaraan dan menerapkan banyak titik las "yang Anda tidak tahu apakah bagus atau buruk."
"Setelah teknologi robot melekat, mereka dapat merancang kendaraan sedikit berbeda, [dengan] assembly yang lebih kompleks," lanjut dia. "Biasanya, memiliki kontrol loop yang lebih baik pada kualitas, yang memungkinkan mereka untuk sebenarnya mengurangi jumlah pengelasan dan komponen struktural, membuat assembly kendaraan berkembang sampai ke tempat kita sekarang. Itu adalah tahap awal."
Saat ini, robot dan otomatisasi menyumbang tenaga kerja, dan ada kekurangan tenaga kerja bagi produsen dan pemasok, menurut Finazzo.
"Jadi sekarang Anda dapat mengambil seorang orang dan orang itu dapat bertanggung jawab atas empat, lima robot kolaboratif dan Anda sebenarnya telah meningkatkan efisiensi mereka…Saat kami berbicara dengan pembuat mobil tradisional, fleksibilitas yang diperlukan jauh lebih banyak dari dulu," kata dia.
Robot kolaborasi mendapat perhatian di industri otomotif. "Dua faktor kunci yang mendorong minat industri otomotif terhadap robot kolaborasi adalah kecepatan dan biaya," kata Darrell Paul, manajer pemasaran robotika dan kontrol gerak di Omron Automation Americas, Hoffman Estates, Illinois. "Robot kolaborasi dapat diimplementasikan lebih cepat dan ke dalam lingkungan manufaktur yang ada. Robot ini juga memiliki kemampuan untuk bekerja dengan sel manufaktur dan operator yang ada, yang menghilangkan kebutuhan akan biaya struktur atau infrastruktur tambahan."
Perusahaan memperkenalkan cobot seri TM barunya di CES tahun ini di Las Vegas. Menurut Omron, robot, yang memiliki sistem visi, memungkinkan startup dan pergantian cepat. Omron juga klaim perangkat lunak robot memungkinkan untuk dilatih untuk tugas berbeda.
Di Advanced Manufacturing Center Ford, ada robot yang dibuat oleh FANUC, ABB, Universal Robots dan KUKA Robotics.
"Banyak pekerja yang dilakukan di pabrik kami tidak memerlukan robot industri yang memiliki level jangkauan dan muatan beban yang pada dasarnya diatasi oleh robot industri," kata Mikula Ford. "Robot kolaborasi memberikan footprint manufaktur kecil, dan dapat dengan aman diintegrasikan di antara dan di antara teknisi dan fasilitas kami tanpa harus membangun infrastruktur perlindungan yang signifikan."
"Dengan robot kolaborasi, 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 andal," lanjut Mikula.
"Fasilitas manufaktur kami sangat mahal untuk dimodifikasi," kata dia. "Konten dalam kendaraan kami terus meningkat. Upaya [yang diperlukan] untuk merakit mesin transmisi, paket baterai, dan kendaraan terus meningkat seiring waktu. Jadi di tempat kita dapat menampung konten tambahan dan memperkenalkan otomatisasi untuk melakukannya…untuk memastikan kami memberikan konsumen kami produk berkualitas tertinggi yang mungkin dengan harga terjangkau, itulah di mana robot kolaborasi benar-benar cocok dalam persamaan."
Dari sudut pandang vendor robot, ada banyak tekanan untuk berprestasi.
"Dengan otomotif, kecepatan waktu pemasaran sangat penting," kata Finazzo. "Sepuluh tahun yang lalu, [itu] akan menjadi kesuksesan besar untuk meluncurkan truk baru dalam 18 bulan. Sekarang, mereka seperti, 'wow, kita perlu melakukannya dalam 12 bulan.' Jadi, kecepatan waktu pemasaran adalah hal besar."
Vendor Otomotif Menyesuaikan Diri
Beberapa vendor otomotif telah menyesuaikan diri dengan penggunaan cobot yang meningkat dan pace yang lebih cepat.
Inficon, berbasis di Bad Ragaz, Swiss, membuat perangkat inspeksi otomotif untuk sistem mobil. Perusahaan telah melihat peralatan mereka digunakan dengan robot kolaborasi yang lebih kecil. Perangkat Inficon digunakan untuk mendeteksi kebocoran kelembaban atau gas. Dengan robot kolaborasi, Inficon memiliki lebih banyak peluang untuk perangkat mereka dipasang pada robot. Produk Inficon sekarang digunakan untuk mendeteksi kelembaban dalam sistem mobil listrik.
"Ini adalah sesuatu yang telah kami kerjakan selama lima hingga tujuh tahun," kata Thomas Parker, manajer penjualan otomotif Amerika Utara Inficon.
Robot kolaborasi memudahkan untuk menyebarkan perangkat Inficon. "Kami melakukan banyak edukasi kepada pelanggan tentang apa yang mungkin dengan robot kolaborasi, apa yang mungkin dengan robot sumbu enam. Ada banyak edukasi dari pihak tim saya."
Hydromat Inc., pembuat mesin perkakas yang pelanggannya termasuk pelanggan otomotif, telah menyesuaikan diri dengan tren industri.
Dengan Hydromat, "otomatisasi telah menjadi lebih interaktif," kata Kevin Shults, direktur pemasaran perusahaan berbasis di Maryland Heights, Missouri. "Untuk pekerja, sistem telah menjadi lebih interaktif antara operator dan mesin perkakas yang mereka jalankan. Pemrograman di mesin menjadi lebih umum."
Perubahan di industri otomotif berarti "pergantian yang lebih sering," kata Shults. "Pergantian harus lebih cepat."
Shults menambahkan, "Otomatisasi esensial dalam upaya menawarkan pelanggan otomotif kami keluarga bagian multipart yang memberikan mereka keragaman dan keuntungan produk."
Pekerja Menyesuaikan Diri
Upaya sedang berlangsung untuk meningkatkan keterampilan pekerja seiring industri otomotif menjadi lebih canggih.
AIDT, program pelatihan tenaga kerja Alabama, mencoba meningkatkan upaya pelatihan pekerja seiring pekerjaan di industri otomotif menjadi lebih canggih. Karyawan di pabrik datang ke fasilitas AIDT di Tanner, Alabama, dekat Huntsville untuk sesi pelatihan.
Alabama adalah rumah bagi beberapa pabrik assembly kendaraan. Negara bagian juga memiliki pabrik penerbangan. Akibatnya, Alabama mencoba meningkatkan pelatihan manufaktur. Pada Januari, delegasi Alabama mengunjungi kantor pusat Lightweight Innovations For Tomorrow (LIFT),
institut Manufacturing USA yang menggabungkan perusahaan dan akademisi untuk meningkatkan teknologi ringan untuk manufaktur.
"Alabama [sedang] berkembang di manufaktur," kata Kristi Bain, asisten direktur AIDT.
"Kami harus bekerja dalam skenario manufaktur canggih," kata Ed Castle, wakil sekretaris perdagangan Alabama di komisi pengembangan tenaga kerja agensi tersebut. "Untuk kami, itu persamaan sederhana. Apa kebutuhan dan bagaimana Anda mendefinisikan kebutuhan itu?"
Mikula Ford mengatakan tren ini mencerminkan bagaimana manufaktur mobil lebih menarik dari dulu.
"Itu tempat yang sangat menarik untuk ada," kata dia. "Itu tempat yang sangat menyenangkan untuk ada."
