Manufaktur Non-Otomotif Mengadopsi Robotika untuk Meningkatkan Efisiensi dan Fleksibilitas

Tetapi robot mungkin tidak akan sepenuhnya mengendalikan produksi.

Robot yang lebih murah dengan lebih banyak fungsi, bersama dengan sel kerja dan instalasi yang lebih fleksibel yang memfasilitasi robotika, mempercepat pertumbuhan fasilitas manufaktur otomatisasi di sektor non-otomotif. Ide tentang apakah robotika dan otomatisasi mengarah pada manufaktur lights-out di lantai bengkel, namun, bervariasi.

Sementara jumlah unit yang terjual dan pendapatan untuk robotika pada 2018 menurun, pesanan robot industri sebenarnya tumbuh 24% dibandingkan tahun sebelumnya di industri life sciences, makanan dan barang konsumen, plastik dan karet serta elektronik, menurut Robotics Industries Association.

Ada banyak alasan untuk pertumbuhan—di antaranya sistem robot lebih mudah diinstal, diintegrasikan ke dalam sistem otomatisasi dan diprogram.

Misalnya, pendekatan ABB berbasis Swiss adalah untuk menghasilkan berbagai solusi otomatisasi standar dan modular vs. merancang dan merangka sel kerja kustom untuk setiap kliennya.

"Semua itu memotong waktu karena kami tidak menghabiskan minggu atau bulan untuk merancang dan merangka mereka," kata Dwight Morgan, vice president penjualan dan pemasaran ABB USA Robotics, Auburn Hills, Michigan. "Jadi, dalam semua aplikasi yang kami libatkan, seperti perawatan mesin perkakas atau kemasan, kami memiliki keluarga solusi standar yang memungkinkan kami untuk bergerak sangat cepat dan menetapkan waktu tunggu pendek."

FANUC America Corp., Rochester Hills, Michigan, menawarkan robot yang diaktifkan seluler yang dapat ditempatkan pada roda atau diangkat dengan forklift dan ditempatkan.

"Dan, biasanya, mereka sedikit lebih terpadu, jadi ada lebih sedikit koneksi pada mereka," kata Rick Maxwell, direktur rekayasa untuk segmen industri umum dan otomotif.

Rekan Maxwell John Tuohy, direktur eksekutif akun global, mengatakan FANUC juga memiliki sejumlah pelanggan yang tertarik dengan lift assist semi-autonom.

"Dalam bentuk kolaborasi, FANUC memiliki kemampuan untuk mengadaptasi robot kami apa pun menjadi alat bantuan lift seperti yang mungkin Anda lihat dengan alat bantuan lift counterbalance di pabrik saat ini," kata Tuohy. "Operator secara manual memanipulasi robot ke posisi yang diinginkan, menyelesaikan tugas, dan mengirim robot kembali untuk mengambil bagian lain secara otonom."

Tom Fischer, direktur operasi RobotWorx, Marion, Ohio, perusahaan yang menjual dan mengintegrasikan robot ABB, FANUC, Kuka dan Motoman ke dalam sel kerja, mengatakan kemajuan dalam komunikasi Ethernet vs. setup analog telah membuatnya jauh lebih mudah untuk menggunakan banyak fungsi (seperti berinteraksi dengan robot lain, antarmuka manusia-mesin dan stasiun operasi tombol tekan) robot pada saat yang sama.

"Anda dapat melewatkan banyak sinyal sekaligus daripada harus memasang setiap sinyal secara individual," kata dia. "Itu hanya plug sederhana dan kemudian menyiapkan Ethernet I/O Anda."

Ada juga faktor manusia yang membuat instalasi robot lebih mudah, kata Fischer. "Saya pikir kami mencapai generasi yang lebih memahami elektronika, dan melalui pengalaman mereka dengan video game mereka lebih mahir dalam mengendalikan sesuatu dengan keyboard (atau robotic teach pendant) daripada secara langsung," kata Fischer. "Mereka dapat menerapkan pengalaman itu ke robotika."

Di MC Machinery Systems Inc., robotika downstream adalah hal besar berikutnya. Subsidi Mitsubishi Corp. berbasis di Elk Grove Village, Illinois, dan menjual wire EDM, mesin penggiling dan pemotong laser, dan mengintegrasikannya ke dalam baris otomatis.

"Anda mengambil bagian, Anda mengambilnya, Anda menumpuknya dengan benar dan itu bergerak ke tempat di mana robotika dapat memindahkannya ke lokasi terpisah," kata Jason LeGrand, spesialis otomatisasi. "Mungkin itu bergerak melalui mesin hemat waktu atau flattener atau press brake. Itu adalah hal besar berikutnya dan kami secara harfiah sedang bertemu dengan integrator untuk mengetahui apa yang mereka butuhkan untuk membuat ini terjadi."

Memfasilitasi robotika downstream adalah akuisisi Mitsubishi pada 2018 dari Astes4, perusahaan Swiss yang membuat Astes4Sort, sistem manufaktur fleksibel yang dirancang untuk pengurutan.

"Mereka benar-benar, tanpa keraguan, di tepi tajam pengurutan bagian otomatis dari laser industri," kata LeGrand. "Fungsi mereka adalah langkah berikutnya di mana kita perlu membawa otomatisasi laser kita. Astes4Sort mengambil bagian yang selesai yang keluar dan menumpuknya seperti yang diperintah; itu, secara sendirian, menjadi sangat menarik bagi pengguna akhir."

Bagian ditumpuk dan dipaletkan, siap untuk langkah berikutnya dalam proses manufaktur. "Itu membuatnya jauh lebih mudah untuk mengintegrasikan operasi robot di bagian belakang karena kami tahu ada tumpukan bagian yang sama, satu di atas yang lain, dalam orientasi yang sama," kata LeGrand. "Itu adalah langkah pertama untuk membiarkan robot mengambilnya dari sana dan pergi ke operasi berikutnya tanpa harus memiliki sistem visi yang lebih mahal atau sesuatu sejenisnya."

Apakah Harga Robot Menyederet?

Secara historis, robot menjadi lebih murah, tetapi menurut informasi anekdot harga telah menyederet sementara nilai meningkat.

Selama 30 tahun terakhir, harga rata-rata robot industri telah turun setengah, menurut konsultan manajemen global McKinsey & Co. Harga jual rata-rata robot industri turun dari $63.000 pada 2009 menjadi $45.000 pada 2018, menurut statista.com.

Situs web RobotWorx, yang menjual robot baru dan direkondisi, melaporkan robot industri baru, lengkap dengan pengontrol dan teach pendant, berbiaya dari $50.000-$80.000. Biasanya, robot direkondisi berbiaya setengah dari robot baru, menurut RobotWorx.

Dalam waktu dekat, harga robot sebenarnya tidak turun tetapi perusahaan robotika telah menambahkan lebih banyak fungsionalitas, kata Fischer dari RobotWorx.

Salah satu contoh fungsionalitas yang ditingkatkan adalah di antarmuka manusia-mesin, kata dia. "Dulu, Anda harus memasang aksesori sekunder untuk digunakan sebagai HMI," kata dia. "Sekarang, perusahaan seperti FANUC menambahkannya ke dalam perangkat lunak mereka sehingga dapat dijalankan dari pendant mereka."

Contoh lain dari fungsionalitas tambahan dapat dilihat dalam robot kolaborasi, kata dia. "Penggunaan terbesarnya adalah perawatan mesin, itulah yang panas saat ini," kata dia. "Anda dapat memiliki operator di sel kerja dengan robot bekerja berdampingan."

Maxwell FANUC setuju dengan aspek fungsionalitas. Sama seperti di industri komputer, di mana Anda mungkin tidak selalu membayar lebih sedikit untuk laptop tetapi mendapatkan lebih untuk uang Anda, saat Anda membayar harga yang sama untuk robot Anda mendapatkan fungsionalitas yang jauh lebih besar darinya. Robot saat ini lebih cepat, memiliki kapasitas komputasi lebih banyak, daya pemrosesan lebih banyak, dan/atau payload yang lebih tinggi, kata dia.

LeGrand MC Machinery juga setuju. "[Robot] lebih cocok untuk berbagai aplikasi yang lebih luas," kata dia. "Akibatnya, produsen menggunakannya untuk lebih banyak. Apa yang terjadi adalah produsen mengambil tumpukan bagian yang dipotong dengan baik dan mereka dikirimkan ke tempat di mana robot dapat mengaksesnya."

"Sekarang produsen berkata 'Apa yang bisa saya lakukan dari titik ini dengan robot untuk menyederhanakan operasi dan memberikan waktu siklus yang dapat diulang sehingga kita dapat secara efektif merencanakan produksi,' dan seterusnya," lanjut dia.

Gunakan Tangan Anda

Setelah produsen mengidentifikasi apa yang dapat dilakukan robot untuk membuat operasi lebih efisien dan menginstalnya di lantai pabrik mereka, produsen tersebut dapat memanfaatkan perangkat lunak yang lebih intuitif dan ramah pengguna untuk memprogramnya.

"Telah ada upaya besar di seluruh perusahaan kami serta di seluruh industri untuk membuat penggunaan dan pemrograman otomatisasi lebih intuitif dengan hal-hal seperti hand guiding, program menu, sejenisnya," kata Maxwell. "Apa yang akan Anda temukan adalah banyak produsen, dan FANUC khususnya, memiliki opsi menu dasar, mudah digunakan, yang didorong. iHMI kami akan memandu Anda melalui cara menghasilkan program. Ini grafis, dan sebenarnya sangat sederhana."

Setelah robot diprogram dan bekerja, perusahaan robotika telah memudahkan untuk bermigrasi dari pemrograman dasar ke tugas yang lebih rumit untuk mengintegrasikan fungsionalitas yang ditingkatkan robot, tergantung pada pekerjaan yang sedang dilakukan, kata Maxwell.

Pembuat robot seperti FANUC dan ABB juga telah menambahkan hand guidance untuk pemrograman. Untuk operasi pick-and-place, operator mengajari robot posisi dengan memegang pegangan dan menyeret alat ujung lengan (EOAT) ke tempat bagian ada, kemudian menyeret EOAT ke posisi yang kosong, kemudian menyeretnya ke kotak. Cara lama untuk mengajari tugas yang sama adalah menggunakan teach pendant robot dan menekan berbagai tombol untuk sumbu X, Y, dan Z untuk mendorong robot ke posisi.

"Sekarang Anda siap berjalan," kata Maxwell. "Dalam tiga atau empat langkah itu, Anda telah mengajari robot apa yang harus dilakukan. Jadi, itu jauh lebih intuitif, dan jauh lebih mudah digunakan."

YuMi ABB, robot dual-lengan yang sepenuhnya terintegrasi dengan visi, gripper vacum, dua jenis gripper mekanik, dan kontrol gaya, juga dapat diprogram dengan hand guidance. "Itu seperti mengajari anak Anda cara mengendarai sepeda," kata Morgan.

Aplikasi umum untuk YuMi adalah penanganan bahan, assembly, kemasan, dan produksi makanan. "Saat Anda mengeluarkan YuMi dari kotak, itu siap digunakan," kata Morgan. "Itu memiliki dua lengan, jadi satu dapat menjadi pijakan untuk memegang bagian dan yang lain dapat menjadi tangan kerja. Anda tidak perlu konveyor, Anda tidak perlu palet, Anda tidak perlu pijakan."

Apakah Tidak Ada Situasi Lights-Out Benar?

Penggunaan manufaktur lights-out telah terhambat oleh masalah logistik dan penanganan bagian, tetapi perencanaan detail, Industrial Internet of Things (IIoT), dan fitur yang masih dalam pengembangan, seperti kecerdasan buatan (AI), menjanjikan untuk mengatasi mereka. Namun, complete lights out mungkin bukan jawaban, kata satu produsen.

Bagi siapa pun yang memiliki otomatisasi apa pun, lights out adalah tujuan, kata LeGrand. Di sel kerja perusahaan mereka, ide adalah untuk menjaga laser tetap menyala sebanyak mungkin.

"Semua orang bergerak menuju itu," kata dia. "Beberapa tahun yang lalu, dengan sistem otomatisasi dan, yang lebih penting, teknik pemrograman dan konfigurasi mesin, mereka belum benar-benar disiapkan untuk lights out nyata. Ada banyak tip-up bagian dan hal-hal yang akan menghentikan mesin dari berjalan. Kita semua telah belajar dari kesalahan kami."

LeGrand mengatakan lights out dapat memerlukan trade-off, meskipun, terutama jika operator melakukan dynamic nesting di mana setiap nest unik. Ini umum terutama di bengkel kontrak.

"Dan dalam banyak situasi bengkel pekerjaan yang mereka anggap lights out tidak berlaku untuk mereka," kata dia. "Mereka dapat melakukannya, namun—mereka hanya harus mendekati nesting, pemrograman, semuanya sedikit berbeda. Mereka harus menggunakan seperangkat parameter yang berbeda untuk memotong."

Itu mungkin bukan cara tercepat untuk memotong, tetapi perlahan tetapi pasti menang dalam balapan lights out, kata LeGrand.

"Itu harus bergerak secara konsisten tanpa berhenti. Jadi jarak bagian mungkin sedikit lebih besar, mungkin tapping untuk menjaga bagian agar tidak terbalik menjadi sedikit lebih agresif."

Akibatnya, pelanggannya mungkin akhirnya memiliki dua program yang berbeda untuk mesin MC Machinery; satu untuk lights out, dan satu untuk operasi dengan tenaga.

Maxwell FANUC setuju bahwa lights out adalah masa depan dan tetap menjadi tujuan untuk beberapa pelanggannya. "Kami telah melihat kesuksesan yang relatif baik untuk berjalan dalam waktu yang sangat lama," kata dia. "Mungkin satu shift, mungkin satu shift setengah, tetapi selama proses manufaktur masih ada area di mana mereka perlu datang dan melakukan hal-hal tertentu. Di mana berhasil biasanya shift ketiga, shift kedua ke shift ketiga."

Itu karena operasi lights-out tidak hanya bergantung pada otomatisasi, tetapi juga pada mesin dan proses lain, seperti penanganan bahan. Logistik penting, kata dia, dan jika tidak direncanakan dengan baik, kekurangan bahan dapat muncul.

Nasihat Maxwell bagi siapa pun yang bermaksud untuk operasi tanpa tenaga adalah untuk pertama menganalisis operasi mereka dan memecahnya menjadi langkah-langkah diskrit. Kemudian, pertimbangkan apa yang bisa salah dalam setiap langkah dan tentukan bagaimana masalah itu dapat diatasi tanpa operator.

Selalu akan diperlukan beberapa karyawan siap sedia, kata Fischer RobotWorx. "Lights out adalah sebutan yang salah untuk produksi," kata dia. "Sebenarnya tidak ada situasi produksi lights-out yang benar. Anda selalu memiliki beberapa dukungan. Tetapi perusahaan akan menggunakan skeleton crew otomatisasi."

Pada titik ini, masih diperlukan untuk mempertahankan orang-orang penting untuk mendukung baris, kata dia; tidak harus operator tetapi teknisi pemeliharaan dan teknisi robot untuk dukungan jika sesuatu rusak atau perlu perbaikan.

"Apa yang mendorong tren menuju operasi lights-out adalah penggunaan robot untuk perawatan mesin dan penanganan bahan," kata Fischer. "Masa depan adalah AI dan IIoT."

IIoT memungkinkan pemberitahuan dikirim ke lokasi jarak jauh bagi pekerja untuk memantau dan campur tangan jika terjadi masalah dengan menjadwalkan pemeliharaan dan akan memungkinkannya untuk melacak angka produksi. AI lebih prediktif dan memungkinkan robot untuk memulai dan melakukan penyesuaian sendiri.

Robotika AI masih dalam pengembangan, dan belum tersedia di robot apa pun, kata Fischer. "Semua OEM sedang mengerjakannya sebagai proyek R&D, tetapi tidak ada yang ada saat ini," kata dia. "Mungkin kita akan melihatnya dalam lima hingga 10 tahun mendatang."

Masalah besar lain yang menghalangi lights out yang benar adalah kualitas bagian, kata Fischer.

"Jika Anda melakukan proses assembly, proses pengelasan, kecuali kualitas bagian Anda sempurna Anda akan menghadapi masalah yang hanya dapat diidentifikasi oleh orang dari segi output kualitas atau perspektif perbaikan dan pemeliharaan," kata dia. Produsen mobil harus memiliki inspeksi visual las keselamatan untuk memastikan las berada di lokasi yang tepat dan bebas cacat. Kamera terlalu terbatas untuk melakukan inspeksi, tambah dia.

Morgan ABB telah mengalihkan perhatiannya dari lights out menuju Industry 4.0. "Anda tahu, kami telah berada di bisnis robot selama bertahun-tahun sekarang, dan saya akan mengatakan istilah 'produksi lights-out' hampir dianggap sebagai Grail Suci manufaktur otomatis," kata dia. "Orang berpikir bahwa setelah Anda mencapai proses dan bisnis Anda ke tingkat itu, Anda telah tiba."

Sementara yang lain fokus pada lights out, ABB telah menetapkan targetnya pada pabrik masa depan dan Industry 4.0, dengan fasilitas manufaktur yang fleksibel dan cepat tanggap yang dapat beroperasi dalam kerja low-mix, high-volume serta high-mix, low-volume.

"Jika Anda melihat produk volume tinggi tradisional seperti telepon seluler, lihat saja berapa banyak warna dan konfigurasi memori yang dapat Anda beli, misalnya, ponsel Android Samsung saat ini," kata Morgan. "Itulah yang kita lihat saat ini di manufaktur."

Yang baru adalah ekosistem terintegrasi di mana konfigurasi otomatisasi sepenuhnya terintegrasi dengan kebutuhan pelanggan seperti pengiriman cepat. Misalnya, kata Morgan, produsen lensa kontak mungkin miliaran lensa kontak lunak, tetapi sekarang itu memiliki operasi e-fulfillment di pabrik dengan perusahaan pengiriman dan logistik terintegrasi seperti FedEx di tempat.

"Kami benar-benar melihat fokus besar terhadap apa pun yang Anda habiskan uang Anda sebagai produsen, itu harus andal dan tersedia dengan fokus besar pada overall equipment efficiency," kata Morgan. "Angka OEE kelas dunia sebelum 80-85% sekarang adalah batas yang sangat rendah dan untuk menjadi kelas dunia saat ini, mereka memulai dengan 90%. Itu tentang efisiensi di setiap level. Itu berarti robot kolaborasi bekerja berdampingan dengan operator di lingkungan manufaktur, dan semuanya terhubung secara digital."