Merevolusi Manufaktur: Sistem Pallet Canggih dan Robotika

Rentang dan persyaratan selular pemotongan fleksibel semakin meningkat

Saat proses manufaktur otomatis terus berkembang dari “nice to have” menjadi “must have” seiring dengan masalah seperti kekurangan tenaga kerja terampil, konfigurasi sistem manufaktur fleksibel terus muncul dalam bentuk baru yang menarik.

Jelas, pandemi COVID-19 mendorong produsen untuk mempercepat penambahan robot ke sistem pallet. Namun, itu bukan satu-satunya turn menarik yang telah diambil oleh FMS akhir-akhir ini.

“Sistem manufaktur fleksibel dapat berarti hal yang sangat berbeda sekarang dibandingkan dengan dulu,” jelas Zach Spencer, Manajer Otomatisasi dari Methods Machine Tools yang bermarkas di Sudbury, Mass. “Dulu, semua orang terbiasa dengan sistem pertukaran pallet untuk mencapai fleksibilitas maksimum dengan mesin mereka. Pool pallet ini memungkinkan pelanggan memasang berbagai pemegang kerja pada berbagai pallet dan menjalankan mesin mereka tanpa pengawasan.

“Saat ini, otomatisasi fleksibel dapat mengambil banyak bentuk. Ini dapat mulai dari mesin pallet, robot yang memindahkan pallet—seperti sistem otomatisasi Plus-K dan Plus-K60 kami—sampai ke sistem yang lebih kompleks namun masih mudah digunakan seperti sistem visi fleksibel untuk mengatur bagian.”

Bagi yang baru dalam permainan otomatisasi, Spencer berkata untuk memulai dengan sederhana.

“Kami biasanya merekomendasikan memulai dengan sistem yang lebih kecil dan tidak terlalu rumit untuk mencoba otomatisasi—menyesuaikan diri sebelum membuat lonjakan besar. Bagi kami, sistem yang lebih kecil atau lebih cerdas ini dapat berarti merawat satu mesin versus banyak, dan melakukan satu jalur produksi daripada melakukan banyak jenis benda kerja sekaligus.”

Solusi, Besar dan Kecil

Karena bisnis otomatisasi pallet adalah “jantung” dari Fastems, perusahaan Finlandia ini berada di garis depan tren otomatisasi yang muncul. Pandemi telah mempercepat penambahan robot untuk memuat dan membongkar bagian ke dalam pengaturan FMS, kata Mika Laitinen, direktur penjualan solusi di Fastems.

Operasi pendukung lainnya semakin banyak ditambahkan dalam sistem yang sama, tambah Christopher Rezny, manajer regional Amerika Tengah untuk Fastems. Misalnya, apakah sebuah bagian diputar atau dipotong, itu harus dicuci. Selain itu, bagian harus diperiksa—baik satu per satu atau setelah jalur produksi sekitar 100. Operasi deburring dan pemuatan fixture otomatis juga dapat dilakukan, dan konektivitas ke sistem kendaraan terpandu otomatis (AGV) menjaga aliran bahan ke dalam operasi.

Awalnya dirancang untuk pusat pemotongan horizontal, sistem FPC (untuk kontainer pallet fleksibel) dari Fastems dapat diperluas untuk melayani hingga empat mesin pemotong.

“Untuk pertama kalinya, setidaknya di Finlandia, blok mesin ini akan dimuat dan dibongkar secara otomatis dalam jenis mesin pemotong ini menggunakan AGV,” karena sistem dibangun tanpa kerucut tumpukan. AGV memindahkan pallet pemotongan dari lokasi ke lokasi untuk pencucian, inspeksi, deburring, dan finishing. “Kami juga memiliki tugas sub-assembly untuk melakukan beberapa operasi pemotongan akhir. Dan kami memiliki penyimpanan. Jadi, kami memiliki semua elemen yang sama seperti yang kami miliki pada FMS tradisional berbasis kerucut tumpukan, tetapi sekarang semuanya berada pada satu level” karena bobot komponen.

Menggunakan AGV alih-alih kerucut ideal dalam situasi seperti ini, lanjut Laitinen, mengingat waktu pemotongan cukup lama—beberapa jam—jadi tidak ada masalah menggunakan kendaraan pemuatan dan pembongkaran yang lebih lambat untuk pergantian pallet.

Waktu Operasi dan Robot

Apakah sistem pallet linier atau rotatif, dengan satu atau banyak pengaturan mesin, variasi FMS bervariasi.

Di DMG Mori, LPP-nya, atau linear pallet pool, dan RPS-nya, yang lebih dasar, atau rotary pallet system, menemukan tempat dalam berbagai konfigurasi.

Untuk LPP, “titik manis tipikal untuk bengkel pekerjaan adalah 24 hingga 36 pallet dan dua atau tiga mesin dan dua stasiun pemuatan,” kata John McDonald, manajer umum untuk pengembangan di fasilitas manufaktur DMG MORI di Davis, Calif. “Anda memiliki aliran bahan masuk dan keluar dari stasiun pemuatan, pekerjaan yang tertunda dalam sistem pool pallet, dan mesin-mesin bekerja siang dan malam.”

Sementara itu, RPS adalah “sistem satu mesin, satu pallet,” lanjut McDonald. “Terdapat biasanya lima pallet di dalamnya, dan kami pergi hingga 21 pallet. Ini sangat baik untuk, lagi, mengantrekan pekerjaan. Anda tidak memiliki campuran bagian sebanyak, atau Anda menggabungkannya dengan beberapa jenis fixture perubahan cepat sehingga Anda dapat mengubah setup pekerjaan Anda.”

Akhirnya, FMS yang tepat untuk bengkel tertentu adalah yang mengoptimalkan waktu operasi tanpa pengawasan. Ini semua tentang mendapatkan lebih banyak jam poros dalam sehari dan lebih banyak waktu “walkaway” untuk memungkinkan karyawan melakukan tugas lain, katanya.

Pekerjaan lain dari FMS, tentu saja, adalah untuk mendapatkan lebih banyak pekerjaan masuk. “Saya memiliki pelanggan yang datang ke pintu saya, mengatakan, ‘Ini pekerjaan untuk ditawarkan, ada pekerjaan untuk ditawarkan.’ Apa yang saya lihat membebani pikiran sebagian besar orang adalah, ‘Bisakah saya benar-benar menerapkan hal ini?’ Tur pribadi teknologi dan acara berbasis pendidikan kami menunjukkan kepada pelanggan ini bagaimana alat-alat ini bekerja sama untuk mencapai waktu operasi tanpa pengawasan itu.”

LPS 4 milik DMG Mori, yang diluncurkan pada 2021, adalah generasi keempat dari perangkat lunak manajemen sistem otomatisasi perusahaan. Dengan itu, produsen dapat menghilangkan beberapa langkah manajemen material dengan terhubung langsung ke ERP. Misalnya, jika seorang pelanggan memesan 500 blok aluminium 6061 untuk memproduksi pompa air, McDonald menjelaskan, “setelah Anda membuat pekerjaan pompa air itu, sistem ERP Anda dapat mendorong permintaan ke sistem pool pallet tentang apa yang akan diproduksi selanjutnya. Kami telah menghilangkan tautan manual seseorang memasukkan data dari ERP ke dalam perangkat lunak LPS 4; kami telah menutup lingkaran dengan menghubungkan keduanya. Tidak semua pelanggan siap untuk mulai menggunakan tingkat ini hari ini—tetapi beberapa bengkel yang lebih produktif melakukannya.”

Mengilustrasikan apa yang dapat dilakukan FMS-nya, DMG Mori menjalankan LPP satu meter dengan tiga mesin di bengkel mesinnya sendiri, kata McDonald. “Ini memiliki stasiun pencucian bagian, pemuatan robot, fixture hidraulik, dan pallet material di dalamnya. Kami memotong cetakan yang kami bangun mesin dengan di pabrik Davis kami di sini. Seorang operator memuat cetakan ke pallet material. Hampir semua cetakan ini harus dinaikkan dengan kerucut; mereka terlalu berat untuk diangkat siapa pun. Mereka dinaikkan dengan kerucut ke pallet yang terlihat seperti pallet forklift. Bagian ditempatkan di sana, lalu pergi ke rak pallet. Pallet material pergi ke pemuatan robot itu sendiri, serta ke pallet fixture. Jadi, robot mengambil bagian dan memuatnya pada fixture, lalu bagian dijamin dengan fixture kerja hidraulik. Dan lalu bagian pergi ke pusat pemotongan.

“Setelah operasi itu selesai, itu pergi ke pencucian bagian; bagian dibersihkan untuk menghilangkan sisa logam atau debu dari lubang yang ditempeli. Kami memiliki pelanggan yang telah mengambilnya lebih jauh, ke tempat kami telah mengintegrasikan mesin pengukuran dan sel marking laser. Selain itu, beberapa pelanggan menggunakan LPP dalam kombinasi dengan sistem manajemen alat terpusat kami—jadi, tidak hanya benda kerja tetapi juga alat di majalah mesin secara otomatis diganti. Biasanya, kami akan melihat OEM yang menerapkan jenis sel ini.”

Methods juga melayani evolusi dari sistem pertukaran pallet sederhana ke solusi yang dirawat robot dengan kontrol manajemen pallet, kata Spencer.

“Sistem yang sangat berhasil yang kami kembangkan dan terapkan adalah sistem RoboDrill Plus-K kami,” jelas Spencer. “Sistem ini menggunakan FANUC RoboDrill dengan FANUC Robot untuk merawatnya. Di sisi robot, ada kemampuan untuk menyimpan hingga 60 benda kerja dalam sistem pada satu waktu. Sistem ini memiliki fungsi manajemen pallet yang tertanam dalam kontrol mesin yang memungkinkan operator untuk menetapkan nomor program tertentu ke berbagai 60 stasiun di mana bagian dapat disimpan. Sistem fleksibel ini juga memungkinkan peralatan tambahan pada mesin, yang dapat sangat membantu saat bekerja pada berbagai jenis bagian di 60 stasiun kerja yang berbeda.”

Dan, produksi volume rendah dengan campuran tinggi tidak di luar pilihan, tambah Spencer. Dalam kasus tersebut, “kami biasanya merekomendasikan solusi yang lebih kokoh. Dengan penjualan otomatisasi atau mesin pemotong apa pun, kami mencoba menunjukkan kepada pelanggan perhitungan ROI untuk bengkel mereka untuk membantu menyetujui penjualan peralatan. Kami melakukan apa yang kita bisa untuk mencapai ROI 18 hingga 20 bulan untuk pelanggan.” Sistem Plus-K milik perusahaan ini dibuat khusus untuk pekerjaan campuran tinggi/volume rendah, tambahnya.

“Kami telah mencapai keberhasilan besar dengan industri medis dengan sistem fleksibel. Saya pikir alasan utamanya adalah kebutuhan di industri medis untuk aplikasi campuran tinggi. Dengan ini saya berarti bahwa mereka biasanya dapat menjalankan batch kecil—mungkin hingga 10 bagian pada satu waktu—sebelum perlu membuat jenis bagian yang berbeda. Ini sangat cocok untuk solusi yang lebih fleksibel yang sangat mudah diubah dari satu nomor bagian ke nomor berikutnya.”

Untuk persyaratan pelacakan dan pelacakan, lanjutnya, “kami menawarkan kontrol sel yang dapat membantu pelanggan dalam pelacakan bagian melalui sistem. Kontrol sel dapat memantau uptime peralatan, status alarm dan riwayat, serta penggunaan mesin. Sistem ini biasanya memiliki kemampuan pemindaian kode QR, kode batang, atau RFID yang memungkinkan operator untuk memindai bagian masuk dan keluar dari sel saat menjalankan produksi. Informasi ini biasanya disimpan dalam database lokal untuk sel, tempat dapat disalin ke server pelanggan.”

Sudut Laser

Saat pemotongan dan pengelasan laser memasuki persamaan, sebuah FMS mendapatkan definisi yang sedikit berbeda, kata Dominic Rickard, manajer penjualan Amerika Utara untuk Prima Power Laserdyne, yang bermarkas di Brooklyn Park, Minn.

“Sistem manufaktur fleksibel untuk pemrosesan laser 3D berarti menyediakan sistem yang dapat mendukung berbagai macam proses laser, yaitu pengelasan laser, pemboran laser, dan pemotongan laser 3D,” jelas Rickard. “Sistem perlu mendukung kebutuhan manufaktur dan dapat disesuaikan untuk kebutuhan bisnis di masa depan.”

Kesesuaian itu akan mencakup dukungan untuk:

--Volume rendah hari ini dan volume yang lebih tinggi di masa depan.

--Berbagai macam bahan, dari baja ringan, baja tahan karat, dan aluminium hingga bahan khusus. Penggantian dari satu gas bantu ke gas lain melalui kontrol elektronik dan terprogram sangat penting.

--Perubahan cepat dari satu proses manufaktur ke proses lain—dari pengelasan ke pemotongan ke pemboran dan sebaliknya. Misalnya, katanya, “Sistem LASERDYNE dapat beralih dari pemotongan laser 3D ke pengelasan 3D dalam satu hingga dua menit.”

Selanjutnya, dia menasihati, FMS berbasis laser harus menyediakan informasi parameter dan proses real-time ke sistem pemantauan operasi manufaktur—dan informasi itu juga harus direkam dan disimpan untuk referensi dan analisis di masa depan.

“Dari perspektif kami, ukuran sistem atau mesin tidak tergantung pada fleksibilitas,” kata Rickard. “Ukuran sistem ditentukan oleh bagian yang akan diproses laser oleh pelanggan. Sistem LASERDYNE dirancang untuk mendukung fleksibilitas manufaktur terlepas dari apakah sistem kecil atau besar yang dibeli.”

Tambahan terbaru dari Prima Power Laserdyne adalah sistem LASERDYNE 811, yang mendukung filosofi manufaktur fleksibel dalam beberapa cara, jelas Rickard.

“Pertama, sistem yang sama mendukung produsen yang memiliki campuran bagian tinggi dan volume rendah atau produsen yang memesan sistem untuk membangun satu bagian selama sejumlah tahun. Kedua, pelanggan dapat mengintegrasikan otomatisasi pada saat sistem dipasang atau kapan saja di masa depan. Sistem bersifat modular dan dapat disesuaikan. Ketiga, sistem dapat berupa peralatan mandiri atau bagian integral dari sel manufaktur.”

Sistem ini menjadi berkat bagi satu pelanggan, seorang subkontraktor untuk pasar otomotif, pengolahan makanan, dan barang rumah tangga, katanya. Pelanggan itu ingin memperluas kemampuan pemrosesan dan mengurangi waktu antara bagian untuk berbagai bagian logam 3D dan beberapa bagian silinder. Selain itu, pelanggan ingin mengurangi waktu pergantian fixture bagian.

“Kami menyediakan pelanggan dengan LASERDYNE 811 dengan meja indeks dua posisi [turntable] untuk memotong bagian 3D dengan laser. Selain itu, kami menyediakan antarmuka fixture umum sehingga operator dapat dengan mudah berganti fixture bagian pada turntable. Untuk mendukung bagian silinder, kami menyediakan meja putar menggunakan antarmuka fixture bagian yang sama sehingga pelanggan dapat dengan mudah menambahkan dan menghapus meja putar. Menambahkan meja putar sama dengan menambahkan dan menghapus fixture bagian.

“Hasilnya, pelanggan dapat memproses laser dengan campuran SKU tinggi dan mengurangi waktu siklus antara bagian, yang mengurangi biaya keseluruhan, meningkatkan throughput pabrik, mengurangi waktu kemunculan bagian ke pengguna akhir, dan memungkinkan pelanggan tetap kompetitif tanpa pengurangan kualitas.”

Rickard menjelaskan bagaimana evolusi FMS sangat penting untuk keberhasilan perusahaan mereka.

“Dari kebutuhan, Prima Power Laserdyne adalah pionir awal dalam pemrosesan laser 3D. Untuk berhasil kami perlu menawarkan sistem manufaktur fleksibel. Dalam awal bisnis, sangat sulit untuk menjual mesin satu kegunaan. Pelanggan menginsisti bahwa sistem perlu fleksibel. FMS adalah bagian inti dari DNA kami, jika dikatakan.

“Selama bertahun-tahun, sumber laser sistem dimulai dari laser CO2, bermigrasi ke sistem Nd:YAG hingga sekarang sistem laser serat. Dengan setiap perubahan sumber laser, sejumlah bahan yang lebih banyak dapat diproses laser. Seiring waktu, kami merancang dan meningkatkan sistem kami untuk mendukung pengelasan, pemboran, dan pemotongan dengan mengubah nozzle di ubi rantai optik laser.”

Perubahan lain adalah perkenalan perusahaan SPC dan MTConnect ke dalam sistemnya. “Dengan SPC, produsen dapat mencatat semua parameter proses dan mesin untuk analisis atau pencatatan. Dengan MTConnect, produsen dapat mengalirkan parameter secara real-time, menyediakan pemantauan proses real-time. Terakhir, sistem memiliki kendali real-time atas semua aspek mesin, termasuk kendali pulsa-dengan-pulsa dari laser. Kendali real-time memungkinkan kontroler untuk mendukung tujuh atau lebih sumbu dan menyederhanakan integrasi otomatisasi dengan sistem LASERDYNE.”

Akhirnya, katanya, “sektor manufaktur umum dan produsen kontrak adalah garis depan saat mendefinisikan dan membutuhkan FMS. Grup pelanggan ini memerlukan kemampuan untuk menyesuaikan proses manufaktur mereka.

Biasanya, grup ini mendukung berbagai produk dan pelanggan. Kehidupan dan keberhasilan mereka tergantung pada seberapa cepat dan efisien mereka dapat menyesuaikan diri dengan pekerjaan yang tersedia di pasar. Setiap sektor pasar memiliki siklus naik dan turun. Jika satu sektor pasar turun, kecepatan di mana produsen dapat menyesuaikan diri dengan sektor pasar yang tumbuh dapat berarti perbedaan antara mengembangkan bisnis dan pailit.”