Otomasi yang Dapat Diakses: Tingkatkan Efisiensi untuk Semua Produsen

Otomasi dulu hanya untuk pabrik besar, tetapi sekarang bengkel kecil juga dapat mendapat manfaat

Otomasi bengkel kecil semakin cepat, didorong oleh pengaruh gabungan Industry 4.0, kekurangan tenaga kerja manufaktur terampil yang berlanjut, dan pandemi COVID.

Ketersediaan opsi robotik dan pengangkutan materi yang lebih disesuaikan dari sebelumnya membantu produsen kecil memproduksi lebih banyak sambil memindahkan operator ke tugas yang lebih bernilai tambah. Permintaan yang melonjak untuk perlengkapan pelindung diri (PPE), coupled dengan kebutuhan untuk melindungi pekerja, juga telah meningkatkan upaya otomasi bengkel.

Manfaat otomasi, yang jelas diperkuat selama pandemi, diringkas dengan rapi oleh Courtney Ortner, chief marketing officer untuk Absolute Machine Tools berbasis di Lorain, Ohio: "Dengan penggunaan cobot (robot kolaboratif), Anda memiliki mitra kerja dan Anda tidak perlu khawatir tentang jarak sosial. Juga, banyak bengkel kehilangan pekerja karena karantina, jadi ini memungkinkan bengkel untuk tetap beroperasi meskipun kehilangan staf. Dan kita tidak boleh lupakan kemampuan manufaktur lights-out yang semakin umum karena penggunaan otomatisasi; bahkan dengan cobot, Anda dapat menyiapkan pekerjaan pada Jumat malam dan pada Senin pagi itu sudah selesai—seringkali memungkinkan Anda untuk lebih di depan dari siklus produksi Anda."

March of the Cobots

Robot sering kali hal pertama yang diingat orang ketika topik beralih ke manufaktur otomatis. Variannya yang aman bagi manusia, cobot, terus meningkat dalam kemudahan penyiapan, fleksibilitas, dan payload.

Sejak diperkenalkan 15 tahun yang lalu, unit dari Universal Robots (UR), Boston, telah menjadi makanan pokok di bengkel kecil, khususnya di lingkungan campuran tinggi, volume rendah. Dengan versi payload 16 kg (UR16) yang diperkenalkan pada tahun 2019, UR terus mendorong batas di mana robot dapat pas dalam alur kerja produksi.

Tahun 2020 adalah tahun yang sangat sibuk, kata Joe Campbell, kepala pemasaran UR untuk Amerika Utara. Dua tema telah muncul: reorganisasi yang dipicu pandemi dan penerapan model produksi baru.

Bengkel kecil khususnya—tertekan untuk menggunakan setiap inci properti terbatas secara efisien—menggunakan cobot untuk menjaga pekerja tetap menjaga jarak sosial, katanya. "Jika Anda memiliki kluster tiga alat, Anda meletakkan satu atau dua cobot untuk memberi operator ruang bernapas."

Selain itu, bengkel mulai sadar bagaimana cobot dapat meningkatkan keuntungan. "Bengkel melihat dengan pandangan berbeda" pada jadwal hanya hari kerja "dan menemukan tim manufaktur terbuka untuk lebih banyak fleksibilitas. Satu pelanggan UR menciptakan shift akhir pekan dan menemukan banyak anggota tim merayakan kesempatan baru. Dalam kasus lain, bengkel yang sebelumnya hanya memiliki satu operator terampil yang melakukan penyiapan dan pemuatan mesin telah menambahkan cobot untuk fungsi pemuatan sementara operator memantau banyak mesin."

Unit UR menghemat jam bengkel dalam waktu penyiapan. Mereka dapat diatur untuk berfungsi di lantai, dinding atau langit-langit melalui layar sentuh; robot lain sering dibuat khusus untuk orientasi tertentu. Waktu siklus juga berkurang, terutama karena cobot UR dapat dikonfigurasi dengan gripper ganda untuk secara bersamaan membongkar bagian yang selesai dan memasukkan kosong baru.

Kritis bagi fleksibilitas UR adalah kemampuan untuk menggabungkan cobot mereka dengan berbagai macam peralatan dan perangkat lunak pihak ketiga. Ini diakses melalui program UR+, "sejenis toko aplikasi" untuk UR, kata Campbell. Antarmuka mekanik, listrik dan perangkat lunak untuk robot UR dipublikasikan, dan pihak ketiga mengembangkan produk untuk memenuhi spesifikasi tersebut. "Yang lebih penting lagi, mereka mengajukannya kepada kami untuk diuji dan divalidasi. Jika kami mengatakan gripper itu plug-and-play, itu adalah—karena kami mengujinya."

Termasuk dalam ekosistem UR 288 periferal adalah majalah bagian, sistem penglihatan, sensor, opsi pemasang, tutup robot dan aplikasi. Misalnya, Beacon oleh Hirebotics memungkinkan operator memantau cobot melalui cloud. "Anda dapat melihat statistik produksi dan melakukan penyesuaian secara langsung," ucap Campbell.

Pada bulan Maret, program UR+ diperluas untuk mencakup paket aplikasi yang menggabungkan komponen seperti gripper dengan perangkat lunak "untuk menyelesaikan masalah aplikasi tertentu." Satu paket, oleh Robotiq, memiliki sander orbital, perangkat keras pemasang, selang vacuum dan perangkat lunak yang memungkinkan pengguna memprogram protokol pengosokan untuk produk seperti furnitur atau kabinet. "Anda dapat memprogram kontur kompleks dalam menit, bukan hari," ucap Campbell. Sementara itu, kit ActiNav UR adalah kit pemuatan mesin fleksibel yang memungkinkan pengguna mengambil bagian dari kotak dan memuatnya ke dalam berbagai mesin dengan orientasi yang tepat. "Anda dapat memperkenalkan bagian baru ke dalam sistem dalam kurang dari satu jam."

Kunci lain untuk membuat bengkel mengadopsi otomatisasi adalah opsi pelatihan virtual. UR baru-baru ini melalui tonggak pelatihan lebih dari 100.000 operator secara online melalui UR Academy, yang menawarkan modul pelatihan gratis dalam pemrograman dan penerapan cobot UR.

"Jika Anda harus mengirim tiga pemimpin pemesin Anda ke luar kota selama sebagian besar seminggu untuk pelatihan, produksi Anda hancur," ucap Campbell. Bengkel kecil "benar-benar tertarik dengan kemampuan untuk melakukan 90 persen pelatihan mereka secara online."

Fast Loading for the Future

Selain tekanan otomasi pandemi, reshoring produksi ke AS adalah driver utama lain dari robot dan peralatan pemuatan untuk bengkel kecil.

"Produsen dan bengkel kecil yang secara historis lambat dalam mengadopsi robotika mulai merayakan robotika lebih dari sebelumnya," ucap Jake Corning, manajer produk dan insinyur mekanis untuk Acieta LLC, Waukesha, Wis. "Karena ada lebih banyak hal yang diketahui daripada yang tidak diketahui, minat dan pesanan telah meningkat sejak pandemi dimulai. Mereka melihat manfaat yang ditawarkan robotika dalam menjaga mesin mereka tetap berjalan dan bagian-bagian tetap diproduksi bahkan di tengah jarak sosial, pekerja yang sakit, dan/atau penutupan yang mempengaruhi kemampuan produksi."

Selain itu, dengan rantai pasokan global yang terganggu, "mereka juga melihat bahwa pandemi akan membawa sejumlah besar onshoring kembali ke Amerika Serikat. Mereka akan menghadapi kekurangan tenaga kerja yang bahkan lebih signifikan daripada sebelum pandemi jika mereka gagal mengadopsi otomatisasi. Pada akhirnya, meskipun tragedi yang telah ditimbulkan pandemi di negara kita, produsen AS sudah lebih nyaman mengadopsi teknologi robotik dan melihat manfaat yang akan meningkatkan daya saing mereka, meningkatkan kepuasan dan loyalitas pekerja, dan memberikan konsumen Amerika harga yang lebih kompetitif."

Acieta menawarkan berbagai solusi yang terutama cocok untuk rutin campuran tinggi, volume rendah, penjelasan Corning.

"Sistem FastLOAD CX1000 dan CR2000 dimaksudkan untuk mudah digunakan bagi pengguna robot pertama kali," katanya. "Antarmuka layar sentuh kami untuk CR2000 membuatnya sangat mudah untuk menjalankan robot dengan ukuran bagian yang berbeda. Operator hanya perlu memasukkan parameter bagian, dan sistem secara otomatis menyesuaikan program untuk menjalankan bagian baru. Gripper robot dan fixtur bagian adalah fleksibel untuk berbagai ukuran bagian sehingga banyak bagian yang berbeda dapat berjalan pada sistem yang sama."

Penggantian pada CR2000 dapat dilakukan dalam menit, dan sistem CX1000, CR2000 dan DR2000 dirancang sehingga robot dapat terus berjalan sementara operator memuat atau membongkar bagian. "Ini memungkinkan mesin untuk bekerja tanpa henti selama istirahat, makan siang dan bahkan di luar shift selama cukup banyak bagian masuk."

Dipasang pada roda, CX1000 mudah dikontrol di lantai bengkel. Ini juga tersedia dengan berbagai opsi kartu fixtur perubahan cepat dan menggunakan robot CRX-10iA/L FANUC, "yang memiliki antarmuka layar sentuh yang sangat mudah digunakan dengan ikon pemrograman drag-and-drop," ucap Corning. "Jika tantangan Anda lebih kompleks atau skala yang lebih besar, solusi khusus kami juga dapat dirancang untuk jaliran bagian campuran tinggi, volume rendah dengan menggunakan teknologi seperti penglihatan, pengubah alat ujung lengan, dan fixtur fleksibel."

Sel pada pemeliharaan mesin yang menyertai Acieta telah terbukti populer, ucap Corning. "Ini adalah sistem robot standar yang dirancang untuk bekerja dengan berbagai macam bagian. Karena ini adalah produk standar yang telah dirancang sebelumnya, mereka jauh lebih murah daripada sistem kustom tradisional dan dapat dikirim dalam waktu singkat satu minggu. Ketiga sistem ini dapat merawat banyak alat mesin pada waktu yang sama. Selain itu, sistem CX1000 dan CR2000 kami menggunakan robot kolaboratif, yang membantu memaksimalkan penggunaan lantai karena mereka tidak memerlukan pagar keselamatan."

Untuk bengkel kecil yang mengotomatisasi untuk pertama kalinya, titik awal yang bagus adalah CX1000 kolaboratif, ucap Corning. Dengan membebaskan pekerja dari tugas berulang, otomatisasi memungkinkan mereka "belajar cara memprogram atau melakukan perawatan pada sistem robot. Operator yang sebelumnya merawat satu mesin sekarang dapat mengelola sistem robot pada banyak mesin."

Solving Essential Problems

Dengan pemahaman mendalam tentang pemesinan dan kebutuhan unik bengkel kecil, Methods Machine Tools Inc., Sudbury, Mass., membantu produsen mengotomatisasi dengan pandangan untuk membawa lebih banyak bisnis sambil menciptakan tenaga kerja yang lebih terampil.

"Kami butuh lebih banyak pemesin yang baik," tegaskan John Lucier, manajer otomatisasi FANUC untuk Methods. "Itulah yang dilakukan robot untuk kami. Robot membantu bengkel mendapatkan lebih banyak pekerja sehingga mereka dapat menempatkan lebih banyak pemesin untuk bekerja." Sebuah pemesin yang telah dilatih dengan baik tidak memuat dan membongkar mesin, "dia menyiapkannya, memilih alat dan menulis program."

Seperti pemasok lain, Methods telah melihat lonjakan otomatisasi terkait pandemi, katanya, khususnya untuk produksi bagian ventilator.

Sebelum pandemi, Lucier ingat pernah mengunjungi banyak bengkel volume rendah yang melihat otomatisasi untuk pertama kalinya. Operasi volume sedang yang mengganti sel dua atau tiga kali seminggu untuk menghasilkan sekitar 5.000 bagian semakin umum, dan Methods menyediakan garis Job Shop Cell Pro berbasis konveyor untuk lingkungan tersebut. Pembagi jalur yang dapat disesuaikan memungkinkan pergantian cepat antara bagian kecil dan besar. Opsi populer lainnya adalah serangkaian laci yang memiliki plat baja atau aluminium dengan lubang untuk 20 hingga 40 bagian.

Workholding adalah pertimbangan utama lainnya, tambah Lucier; bibit otomatis adalah solusi yang cukup sederhana. "Ini tidak perlu rumit, dengan klem ayun dan hal semacam itu. Ini bisa seperti chuck atau bibit yang baik dengan pneumatika atau hidraulika untuk membuka dan menutup, dan Anda membuat rahang Anda sendiri—tidak berbeda dengan banyak bengkel yang melakukan jaliran sekitar 50 bagian."

Untuk bagian volume rendah, bahkan sebanyak ukuran lot satu, Methods menawarkan sistem carousel penyimpanan rotary robotik Plus-K dan Plus-K 60. "Kami tidak membuat robot spesifik bagian; robot disiapkan untuk membawa workholding generik masuk dan keluar dari mesin, baik itu bibit kecil atau palet. Robot disiapkan untuk mengambil fitur umum di depan workholding." Bagian dimuat ke dalam bibit manual, dan robot telah diprogram untuk bertindak seperti sistem pemuatan palet; tidak perlu pemrograman pengguna akhir. Sistem ini juga meningkatkan tawaran alat standar pada RoboDrill, dari 21 menjadi opsi 161 alat.

Dengan solusi seperti ini, bengkel kecil biasanya melihat return on investment dalam waktu kurang dari 12 hingga 18 bulan. "Tujuan kami adalah untuk meyakinkan Anda untuk menjalankannya dua atau tiga shift—untuk mengambil sel robot, mengisi sistem input dengan bagian dan pulang pukul 5 sore, dan mendapatkan dua hingga enam jam waktu operasi. Jika saya bisa mendapatkan sistem otomatis yang menangani 80 persen pekerjaan yang Anda rencanakan, kami melakukan hal yang cukup bagus."

Pemberian informasi solusi Methods adalah hubungan yang lama dengan bengkel kecil dan pengetahuan tentang cara mereka bekerja, ucap Lucier, yang sendiri adalah pemesin profesi. Misalnya, ia sering mengingatkan bengkel bahwa mereka dapat memesin gripper baja atau aluminium mereka sendiri. Dan, menyesuaikan program yang disediakan sebelumnya pada robot dapat lebih mudah daripada pemrograman CNC. Grup integrasi otomatisasi perusahaan sangat menyadari masalah yang melingkupi alat mesin, dari pendingin dan chip hingga rotasi alat, umur alat, deburring dan lainnya.

"Jika Anda akan meletakkan robot pada alat mesin, Anda ingin integrator robot yang melakukan hal itu," ucap Lucier sebagai kesimpulan. "Manfaat robot tidak seharusnya sulit untuk dibenarkan."

Assessing Need, Adding Speed

Memahami kebutuhan bengkel kecil untuk otomatisasi dimulai dengan evaluasi menyeluruh terhadap volume yang diperlukan untuk meningkatkan produktivitas.

Saat dipekerjakan oleh klien, ucap Ortner dari Absolute, "kami melakukan tata letak sistem, memutuskan praktik terbaik untuk diotomatisasi—sistem konveyor, robot, penanganan bahan baku, penanganan bagian jadi—kemudian merancangnya dalam CAD untuk memastikan semua bagian pas di rencana lantai, sambil tetap bekerja dalam anggaran mereka."

Selain menawarkan berbagai macam peralatan otomatis standar, dari cobot hingga penanganan bagian dan pemantauan, Absolute "menawarkan paket turnkey," ucap Ortner. "Kami mencari apa yang kami rasa adalah solusi terbaik dan bekerja dengan pemasok tersebut untuk memastikan keberhasilan."

Pengalaman Absolute dalam mencari peralatan yang tepat secara jelas membayar, ucapnya. "Satu klien yang menggunakan cobot OB7 mendapatkan 20 persen lebih banyak efisiensi dan banyak lebih sedikit limbah dalam satu shift. Mereka dapat mengurangi waktu pengiriman dua minggu untuk jaliran khusus ini, yang membuka mesin atau sel untuk pekerjaan tambahan dengan ROI yang lebih tinggi. Juga, karena mereka tidak perlu melakukan tugas berulang se sering, ada lebih sedikit klaim kompensasi pekerja untuk perusahaan—dan pekerja tidak sering punah juga, menghemat [bengkel] banyak uang."

Seperti yang ditemukan oleh bengkel lain, ketersediaan operator yang lebih besar untuk tugas lain seringkali berarti "mereka memiliki lebih banyak waktu untuk berkontribusi pada proses keseluruhan, seperti pemeriksaan kualitas. Mereka lebih terlibat dalam manajemen proses daripada sekadar menekan tombol dan kurang bosan dan lelah."

Memperoleh manfaat tersebut dapat terbilang hemat biaya, tambah Ortner. "Garisan cobot kami dari Productive Robotics dimulai dari $34.900 untuk paket CNC dasar. Anda dapat pergi dari paket CNC dasar dan meningkatkan ke sel terintegrasi penuh menggunakan beberapa cobot, konveyor, pengukuran dalam proses, dan metode presentasi bagian."

Monitoring For More Output

Untuk membantu bengkel menjaga pekerjaan tetap terjadwal dan menjalankan lebih banyak proyek tanpa pengawasan, Mitsubishi Electric Automation Inc., Vernon Hills, Illinois menawarkan Integrated Machine Analytics (IMA) berbasis MTConnect untuk pemantauan mesin. Aplikasi seluler IMA menawarkan entri yang mudah dipasang ke dalam pemantauan mesin.

Dengan IMA, bengkel "dapat lebih memahami produksi, yang membantu dalam penjadwalan pekerjaan dengan akurat untuk memanfaatkan mesin dan jam kerja yang tersedia secara maksimal, serta menawar pekerjaan lebih banyak dengan lebih akurat," ucap Robert Brodecki, manajer produk layanan seluler IMA untuk Mitsubishi Electric Automation.

Perangkat keras yang diperlukan hanyalah kabel Ethernet dan hub/switch jika menghubungkan banyak mesin, dan memakan waktu sekurang-kurangnya 5-10 menit per mesin untuk diatur, ucapnya. "Dengan titik harga rendah, pengguna dapat melihat ROI dalam beberapa hari, terutama jika mereka menjalankan produksi tanpa pengawasan atau lights-out dan kehilangan waktu produksi karena kesalahan mesin dan tidak mengetahuinya hingga kemudian. Dengan notifikasi IMA Mobile, Anda akan mengetahui dalam 10 hingga 15 detik apakah mesin telah berhenti memotong, tidak importa di mana Anda."

Pemantauan mesin meningkatkan throughput secara signifikan, tambahnya. "Hanya melihat status eksekusi, banyak bengkel kecil biasanya memiliki mesin yang menjalankan pekerjaan antara 25 dan 40 persen dari waktu yang tersedia mereka. Dengan pemantauan status saat ini sederhana melalui IMA Mobile, mereka dapat dengan cepat memindahkannya ke 50 persen atau lebih dengan dapat segera menangani mesin apa pun yang telah berhenti berproduksi untuk alasan apa pun. Ini adalah data aktual langsung dari mesin, juga; itu menghilangkan tebakan seberapa lama mesin sedang memotong, dalam idle, atau mati." Jam mesin yang tersedia diperluas dengan menjalankan lebih banyak shift dengan lebih sedikit pekerja—atau tanpa pengawasan—tanpa kehilangan produksi karena penahanan yang tidak terduga.

Dengan IMA Mobile, operator dapat pindah ke tugas bernilai tambah "mengetahui bahwa aplikasi akan memberitahukan mereka ketika pekerjaan selesai atau terganggu oleh sesuatu yang memerlukan perhatian."

Dengan biaya entri yang relatif rendah, ucap Brodecki, IMA memungkinkan pengguna "memahami produksi mereka dan melakukan perbaikan, serta memulai proyek pemesinan tanpa pengawasan yang lebih sederhana sambil dijamin mesin mereka terus berjalan. Karena semuanya dibangun di sekitar standar MTConnect, jika pengguna memutuskan untuk pindah ke sistem pemantauan yang lebih mendalam dan dapat disesuaikan, mereka tidak perlu membayar untuk menghubungkan mesin mereka lagi; mereka cukup mengarahkan perangkat lunak baru ke MTConnect Agents dan data mesin dengan cepat dapat diakses."

Kemudahan entri ini sangat penting untuk otomasi pada masa COVID, ucapnya sebagai kesimpulan. "Itu masuk akal, karena perusahaan mencari untuk mengotomatisasi lebih banyak, tetapi sulit untuk mengetahui tepat di mana dan bagaimana tanpa data produksi yang akurat untuk mengidentifikasi area untuk diotomatisasi. Pada awal pandemi, banyak perusahaan yang kami bicara masih ragu-ragu tentang pemantauan mesin. Saat pandemi berlanjut dan perusahaan menyadari bahwa mereka tidak akan dapat menghindari otomatisasi dan solusi kerja jarak jauh lagi, mereka telah memindahkan proyek-proyek ini ke atas daftar."