Bengkel Pekerja: Terima Otomatisasi untuk Produksi Campuran Tinggi, Volume Rendah
Pikirkan otomatisasi terlalu sulit dalam lingkungan campuran tinggi, volume rendah? Pikirkan lagi
Robot dan bengkel pekerja tidak biasanya dibahas bersama. Tapi, semua orang tahu bahwa otomatisasi hanya cocok untuk produksi volume tinggi, dan operasi mom-and-pop typis adalah sebaliknya—jadwalnya penuh dengan pesanan untuk pekerjaan campuran tinggi, volume rendah, dan sering kali sangat kompleks. Siapa yang butuh robot di lingkungan ini, di mana setup dilakukan beberapa kali seminggu, atau bahkan setiap hari?
Sebelum Anda melompat ke artikel berikutnya, namun, Anda mungkin ingin mempertimbangkan beberapa hal. Untuk memulai, banyak pakar menyarankan bahwa, terlepas dari apa yang dikatakan pemilik kepada diri mereka sendiri, bengkel pekerja menderita utilizasi mesin terendah di industri. Nilai OEE (Overall Equipment Effectiveness) 50 persen atau lebih rendah tidaklah asing. Otomatisasi adalah solusi yang jelas untuk memperbaiki angka ini.
Dan karena pergantian mesin lebih sering di bengkel pekerja, lebih banyak tukang mesin dan programmer yang terampil diperlukan untuk melakukan kegiatan terkait setup—orang yang menuntut gaji yang lebih tinggi dan sulit ditemukan. Ini mendorong biaya operasional naik, mengurangi peluang untuk pekerja tambahan, dan membuat produksi sekitar jam sangat menantang. Dengan kekurangan tenaga kerja yang terampil, otomatisasi seharusnya, oleh karena itu, menjadi Graha Kudus untuk setiap bengkel pekerja, meskipun implementasinya mungkin tidak mudah.
Kemungkinan Plug and Play
Pertanyaan adalah, di mana Anda memulai? Zach Spencer memiliki beberapa ide. Seorang insinyur proposal kustom untuk Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass., dia menyebutkan bahwa otomatisasi dapat hampir menjadi urusan plug-and-play, terutama ketika disertakan sebagai bagian dari pembelian alat mesin baru.
«Kami mengembangkan JobShop Cell hampir 15 tahun yang lalu, dan sejak itu menjadi salah satu solusi otomatisasi terpopuler kami untuk FANUC RoboDrill,» katanya. «Ini dirancang untuk bengkel yang setidaknya memiliki pergantian setiap hari, terbatas pada ruang lantai, dan membutuhkan fleksibilitas untuk beralih dengan mudah dari satu bagian ke bagian lainnya.»
JobShop Cell tersedia dalam dua konfigurasi, dia menjelaskan. Satu menggunakan pengaturan konveyor atas/bawah untuk membawa bahan baku ke robot dan mengambil bagian yang selesai, sementara yang lain menggunakan lemari yang berisi serangkaian lemari untuk penyimpanan workpiece dan material. Keduanya mempekerjakan robot FANUC untuk memuat dan membongkar mesin (atau pasang mesin, dalam kasus Twin RoboDrill JobShop Cell Methods), dan keduanya menyediakan cara untuk membiarkan CNC tanpa pengawas selama jam atau bahkan satu shift penuh, tergantung pada workpiece.
Untuk volume yang lebih tinggi, Methods menawarkan Plus-nya, sistem otomatisasi multi-palet gaya lift untuk pekerjaan menengah hingga volume tinggi, serta Plus-K untuk bengkel yang ingin mengotomatisasi setup serta operasi mesin, dengan kemampuan untuk menukar pemegang alat, gergaji yang telah dimuat, dan fixture. «Anda dapat memberi tahu sistem bahwa lima gergaji ini adalah Bagian A, dua gergaji berikutnya adalah Bagian B, yang setelah itu adalah Bagian C, dan sepuluh berikutnya akan menjadi Bagian D,» kata Spencer. «Setelah itu, Anda cukup memuatnya dengan bahan dan pulang ke rumah. Kedua mesin Seri Plus adalah unit yang mandiri yang duduk di samping RoboDrill, dan sempurna untuk bengkel yang mencari cara mudah untuk memasuki otomatisasi.»
Naik Kereta Rel
Methods bukan penyedia satu-satunya yang mengambil pendekatan ini. Eric Nekich, yang bertanggung jawab atas operasi, teknologi, dan penjualan dalam presso Lang Technovation Co., Hartland, Wis., mengatakan sistem otomatisasi RoboTrex perusahaan menggunakan robot FANUC dan hingga empat troli bergerak, masing-masing berisi sejumlah gergaji yang telah dimuat. RoboTrex 52, misalnya, dapat menyimpan hingga 42 gergaji per troli (berdasarkan ukuran bagian dan konfigurasi troli), yang menawarkan potensi pemesinan tanpa pengawas untuk 168 workpiece.
Seperti JobShop Cell, RoboTrex mandiri dan sepenuhnya terpagar, tetapi juga dapat diintegrasikan dengan berbagai merek dan model mesin pemesinan. Hambatan satu-satunya adalah memahami kebutuhan untuk berinvestasi dalam beberapa gergaji lima sumbu Makro-Grip Lang, yang diperlukan untuk digunakan dengan sistem (dan dibuat, secara kebetulan, pada 50 mesin pemesinan yang dilengkapi RoboTrex di pabrik Lang di Jerman). «Itu adalah investasi dengan ROI yang sangat cepat, namun, karena uptime sumbu Anda akan meningkat drastis dengan sistem RoboTrex USA,» kata Nekich.
Michael Gamache adalah manajer pengembangan bisnis di Gamache Systems, bermarkas di New Berlin, Wis., divisi dari Metalcraft of Mayville dan integrator eksklusif untuk sistem RoboTrex di Amerika Serikat. Dia mengakui bahwa beberapa pelanggan mungkin ragu untuk berinvestasi dalam sistem workholding baru, tetapi menawarkan beberapa alasan yang bagus untuk melakukannya.
«Sebagai pemilik bisnis, saya memahami fakta bahwa gergaji tidak murah, tetapi dari perspektif otomatisasi, workholding berkualitas tinggi adalah setengah pertempuran,» katanya. «Anda perlu membawa bahan baku ke robot dengan cara yang repetitif dan akurat, dan sistem Makro-Grip adalah salah satu cara terbaik untuk mencapai ini. Selain itu, sistem sangat mudah diatur dan dioperasikan karena robot menangani gergaji dan bukan berbagai ukuran bahan baku; karena itu, satu program bekerja untuk setiap bagian.»
Dapatkan Pegangan yang Kuat
Tyler Mardaus, insinyur desain di Kurt Manufacturing – Industrial Products Division, bermarkas di Minneapolis, setuju dengan kebutuhan akan workholding berkualitas tinggi, meskipun pendekatan perusahaan berbeda dari yang diusulkan oleh Lang. «Tim CEW (Custom Engineered Workholding) kami merancang banyak sistem hidrolik double-acting yang dikendalikan solenoid,» katanya. «Hidrolik menyediakan psi yang lebih tinggi dan oleh karena itu gaya clamp yang lebih besar daripada workholding manual, sementara solenoid mendukung aktivasi elektronik gergaji melalui robot atau kontrol mesin, menciptakan sistem yang benar-benar otomatis.»
Dia menambahkan bahwa bengkel harus memulai perjalanan otomatisasi mereka dengan menargetkan pekerjaan dengan volume tertinggi. Dan jika ada bagian yang dapat menggunakan gergaji (atau beberapa gergaji) dengan rahang yang dapat diproses, ini dapat ditukar selama pergantian, mengurangi waktu setup. Seperti yang terkait dengan investasi, tidak ada yang dapat dihindari dari kebutuhan akan pompa hidrolik dan plomberi, tetapi mungkin mungkin untuk meretrofit gergaji manual yang ada dengan rangka nut dan screw yang ramah hidrolik.
«Anda harus berusaha untuk menciptakan sistem kontrol closed-loop,» kata Mardaus. «Ini dimulai dengan memasang perangkat konfirmasi penempatan bagian, tetapi Anda juga perlu memverifikasi bahwa gergaji telah di-clamp dengan gaya yang benar sebelum mengizinkan siklus dimulai, dan bahwa gergaji di-unclamp sebelum robot mencoba untuk menghapus workpiece. Semua langkah ini sangat penting untuk setiap solusi pemesinan otomatis.»
Mempercepat Pergantian Workholding
Komentar Mardaus tentang pengurangan waktu setup sangat tepat. Tapi, mengapa mengurangi biaya tenaga kerja melalui otomatisasi jika Anda akan mengalami jam waktu henti yang mahal setiap kali Anda mengganti pekerja? Rahang quick-change yang disebutkan adalah tempat yang baik untuk memulai, tetapi jika anggaran memungkinkan, sistem penempatan titik nol, seperti yang dimiliki Makro-Grip Lang (dan lainnya), mengubah pergantian workholding menjadi latihan satu menit. Juga harus ada kemampuan CAM yang kuat, dengan perangkat lunak simulasi yang mengevaluasi jalur alat post-processed, pemegang alat, alat pemotong, workpiece, workholding, dan alat mesin itu sendiri.
Dan seperti yang dijelaskan oleh Dietmar Moll, direktur pengembangan bisnis di Zoller Inc., Ann Arbor, Mich., bengkel harus memberikan prioritas tinggi pada manajemen alat, dimulai dengan sistem presetting offline dan perangkat lunak terkait. «Salah satu manfaat terbesar dari strategi otomatisasi apa pun adalah bahwa pemeliharaan mesin dan pekerjaan non-nilai tambah lainnya diambil alih oleh robot atau cobot, membebaskan personel yang terampil untuk melakukan tugas yang lebih penting,» kata Moll.
Presetting alat offline adalah salah satu tugas ini, tetapi ada juga perencanaan pekerja yang menyeluruh, pemeliharaan dan organisasi pemegang alat, pemeriksaan alat pemotong, dan analisis data lantai produksi. Untuk tujuan ini, Zoller menawarkan berbagai solusi yang jauh di luar alat setting. Solusi manajemen alat (TMS) tingkat Bronze, Silver, dan Gold memungkinkan bengkel untuk meningkatkan kemampuan sesuai kebutuhan, menyediakan visibilitas yang jauh lebih tinggi ke dalam proses produksi dan aset terkait alat. Dan karena ini dapat berkomunikasi dengan robot kolaboratif «cora» Zoller, katanya, mereka berfungsi untuk «menutup lingkaran» dengan mengotomatisasi tugas kamar alat seperti pembersihan dan penyimpanan alat.
Demikian pula, solusi penyimpanan alat terintegrasi perusahaan membantu mengorganisir aset ini, mengurangi waktu henti dan ketidakefisienan lebih lanjut. Dan ketika pekerja selesai, sistem yang sama dapat digunakan untuk memeriksa kembali alat ke gudang, meninjau performanya, dan mencatat sisa umur alat. «Ini membantu bengkel lebih memahami alat pemotong mana yang bekerja dengan baik dan mana yang tidak, memberikan mereka kemampuan untuk lebih meningkatkan proses dan mengurangi biaya alat,» katanya.
Saran Penjadwalan
Manajemen alat yang kuat juga merupakan bagian penting dari penjadwalan pekerja, sesuatu yang krusial untuk utilizasi alat mesin dan robot. Menurut Moll, ini berarti mengetahui pekerja apa yang ada berikutnya dalam antrian dan alat apa yang diperlukan untuk menjalankannya. Bagi Daniel Carranco, ini berarti lebih dari itu, terutama dalam konteks otomatisasi. Direktur perbaikan berkelanjutan di Global Shop Solutions Inc., The Woodlands, Texas, dia menyebutkan bahwa semua bengkel—otomatis atau tidak—harus memiliki sistem ERP dan penjadwalan yang baik, yang juga dapat memantau lantai produksi dan mengumpulkan informasi tentang proses pemesinan.
Mencapai bagian pemantauan dan pengumpulan data dari persamaan itu memerlukan integrasi yang ramah perangkat lunak ERP, alat mesin, dan robotika. «Kami telah mengalami situasi di mana pelanggan ingin mengintegrasikan peralatan mereka dengan sistem kami tetapi menemukan bahwa platform perangkat lunak yang digunakan oleh peralatan itu hampir tidak dapat dikerjakan oleh kami,» katanya. «Jadi saran pertama bagi siapa pun yang mengejar lingkungan produksi terintegrasi adalah memastikan bahwa semuanya dapat berkomunikasi secara efektif, dan semua orang jelas tentang jenis dan volume data yang akan ditukarkan.»
Komunikasi, sepertinya, berarti lebih dari yang dulu. Di mana sistem ERP lama unggul dalam mengumpulkan data dari manusia di lantai produksi, mereka sekarang harus mengumpulkan data dari robot dan kontrol mesin juga. Selanjutnya, data ini tidak hanya berisi nomor pekerja yang umum, waktu produksi, dan jumlah yang diselesaikan (atau dibuang) yang diharapkan pengguna, tetapi mungkin juga menampilkan konsumsi material real-time, informasi inspeksi dan kualitas bagian, status mesin dan robot, dan sebagainya.
«Tentu saja ada banyak informasi yang tersedia saat ini daripada sebelumnya, dan dengan perangkat lunak ERP, peralatan, dan integrasi yang tepat, semuanya dapat dikumpulkan secara lancar dan otomatis,» katanya. «Melakukan ini menyediakan peluang yang sepenuhnya baru untuk perbaikan berkelanjutan, tetapi yang lebih penting, itu membebaskan karyawan untuk berfokus pada hal-hal yang lebih penting. Tidak ada lagi waktu yang sia-sia pada pengumpulan data manual, yang seringkali tidak lengkap, dan orang dapat bekerja pada perencanaan dan analisis proses.»
Memberi Perbaikan Best Practices
Seperti yang disarankan Carranco, teknologi ini harus diikuti terlepas dari rencana bengkel untuk mengotomatisasi, karena semuanya membantu membuat operasi lebih efisien dan tingkat OEE jauh lebih tinggi. Dan ketika langkah berikutnya diambil—mengimplementasikan robot atau sistem penanganan material—investasi akan membayar itu lebih cepat. Mengasumsikan Anda tidak peduli atau tidak dapat menggunakan salah satu sistem yang telah dikonfigurasi sebelumnya, pertanyaan kemudian menjadi, «robot apa yang harus kita beli, dan bagaimana kita harus mengimplementasikannya?»
Dean Elkins dapat merekomendasikan satu. Seorang pemimpin segmen penanganan material di Divisi Robotika Motoman Yaskawa America Inc., Miamisburg, Ohio, Elkins mengatakan bengkel pekerja sering menyajikan berbagai aplikasi robot yang cocok, baik itu pemeliharaan mesin, deburring bagian, montase otomatis, atau pengelasan robot. Menemukan peralatan yang tepat untuk aplikasi ini, namun, memerlukan banyak evaluasi dan bicara dengan orang yang knowledgeable.
«Menyarankan investasi dalam otomatisasi bergantung pada beberapa faktor,» kata Elkins. «Tentu saja, semakin besar jumlah produksi, semakin masuk akal untuk mengotomatisasinya. Namun pekerjaan berulang volume rendah juga bisa menguntungkan, asalkan bengkel mengambil langkah yang diperlukan untuk mengurangi waktu setup sebanyak mungkin. Bagian dengan waktu proses yang lama juga merupakan calon yang baik, seperti halnya bagian dengan persyaratan penanganan yang sederhana.»
Elkins mencatat bahwa sebagian besar bengkel pekerja menemukan robot lantai kecil hingga menengah—artinya payload 5-25 kg—adalah semua yang dibutuhkan untuk melakukan deburring batch bagian, pengelasan sekotak braket, atau merawat bor CNC setelah semua orang pulang untuk malam. Dengan itu, namun, beberapa level perlindungan keselamatan akan diperlukan, serta gripper, antarmuka ke alat mesin, dan mungkin perangkat lunak pemrograman dan simulasi.
Besok, Hari Ini
Dan jangan lupa pelatihan, dia memperingatkan. Otomatisasi jauh lebih sederhana dari dulu, namun pemilik bengkel pekerja yang lebih cerdas masih akan melakukan investasi tambahan dalam pelatihan, dan akan memiliki orang yang didedikasikan di staf untuk mengelola robotika bengkel. Dikatakan, robot kolaboratif dan pembatas gaya menjadi cukup populer, terutama di mana ruang lantai adalah kekhawatiran. Robot dapat dilengkapi dengan gripper yang dapat ditukar sendiri atau quick-change, meningkatkan fleksibilitas. Sistem visi sering dapat menghilangkan atau setidaknya menyederhanakan sistem pengiriman bagian, dan kemampuan untuk mengajari robot tugasnya membantu mengurangi kebutuhan akan sistem pemrograman offline. «Ada banyak yang harus dipertimbangkan,» kata Elkins. «Itulah mengapa saya mendorong siapa saja yang tertarik pada otomatisasi untuk melakukan pekerjaan rumah, bertanya, dan bekerjasama dengan integrator yang terpercaya.»
Acieta LLC, Waukesha, Wis., adalah salah satu perusahaan tersebut. Steve Alexander, wakil presiden operasi, memperingatkan bahwa tidak semua integrator sama. «Pastikan Anda bekerja dengan seseorang yang memiliki pengalaman dengan jenis pekerjaan Anda dan tingkat keterampilan untuk mengimplementasikan proyek otomatisasi robot Anda,» katanya. «Dapatkan referensi, lihat instalasi sebelumnya mereka, dan pahami kualitas pekerjaan mereka. Robot industri dirancang untuk bertahan lebih dari 10 tahun, jadi Anda ingin memastikan semuanya di sel dirancang untuk lingkungan otomatis dan sama andal dengan robot itu sendiri.»
Melakukan ini dapat mengarah pada ROI (return on investment) hanya beberapa bulan, meskipun satu atau dua tahun mungkin harapan yang lebih realistis. Sebagian besar itu bergantung pada aplikasi, tentu saja, tetapi jenis robot juga memainkan peran. Seperti yang dicatat Elkins, robot kolaboratif—atau cobot—telah menjadi sangat populer selama beberapa tahun terakhir, terutama karena kemudahan penggunaannya dan operasi yang tampak lebih aman di dekat manusia. Namun penampilan dapat menipu. Cobot dapat lebih lambat dan kurang akurat daripada robot industri yang disebut, yang mungkin memperlambat ROI, dan bahkan cobot terramah dapat melukai manusia jika prosedur keselamatan yang ditetapkan tidak diikuti.
Ini sebabnya Elkins dan orang lain sangat merekomendasikan penilaian risiko dengan setiap pemasangan robot. Dia juga menyarankan bahwa pendekatan terbaik bagi pemula otomatisasi adalah memulai kecil dan mudah. «Temukan satu titik nyeri dan kuasalah itu terlebih dahulu sebelum melihat penambahan proses atau kompleksitas,» katanya. «Anda ingin memiliki sukses segera agar semua orang—pemilik bengkel, operator mesin, dan orang yang melakukan integrasi—nyaman untuk melanjutkan ke proyek yang lebih besar atau lebih kompleks. Kadang-kadang, tantangan terbesar adalah mendapatkan setuju karyawan. Selalu ada khawatir bahwa robot akan menggantikan manusia, jadi penting untuk membuatnya terlibat dalam implementasi. Didikan mereka, gabungkan mereka dalam peluncuran, dan ketika mereka menemukan bahwa robot sebenarnya membuat pekerjaan mereka lebih mudah dan lebih menarik, mereka akan menjadi pendukung terbesar Anda.»
