Memanfaatkan Sistem Integrasi In-House untuk Manufaktur Presisi

Tidak ada yang lebih mengenal bisnis seseorang daripada orang-orang yang bekerja di sana. Kepemilikan, manajemen dan karyawan berurusan sehari-hari dengan banyak kelebihan dan kekurangan yang menyusun setiap perusahaan, terutama perusahaan yang mencoba mencari nafkah di dunia manufaktur bagian terpasi yang berkembang pesat. 

Sementara ada banyak pihak ketiga yang tak sabar menunggu di tepi untuk membantu bengkel beralih ke cara manufaktur yang baru dan lebih baik, terkadang jawaban terbaik mungkin terletak di dalam empat dinding bengkel itu sendiri. Itulah inti dari filosofi inti di Vanamatic Company, yang berlokasi di Delphos, Ohio.  

Vanamatic adalah produsen bagian terpasi generasi ketiga, 90 karyawan, yang bangga dengan keandalan dan kemampuan pemecahan masalah perusahaan. Manajemen mencari jawaban secara internal terlebih dahulu, melibatkan karyawan dalam latihan masalah/solusi dan baru kemudian mencari sumber daya eksternal yang diperlukan untuk mengisi kekosongan. 

Selama bertahun-tahun, pendekatan "melakukan lebih banyak dengan lebih sedikit" ini telah menunjukkan bahwa dengan lingkungan yang berfokus pada menyalakan bakat internal terlebih dahulu, jawaban datang lebih mudah dan dengan manfaat tambahan dari kesetiaan karyawan. Itu adalah rumus yang sukses yang telah memungkinkan perusahaan menawarkan banyak badai sejak berdirinya pada tahun 1954. 

Langkah integrasi sistem terbaru perusahaan melibatkan otomatisasi beberapa operasi dengan menggunakan robot kolaborasi (cobot) yang dapat bekerja secara independen atau bertindak sebagai sampingan dalam kerja sama dengan pekerja manusia. Cobot adalah perkembangan yang relatif baru dan salah satu yang membuat robot menjadi alat yang jauh lebih praktis di lantai produksi, terutama yang ramai seperti Vanamatic. 

Permulaan yang Baik
Selama bertahun-tahun, Adam Wiltsie, manajer pabrik, telah merancang dan mengembangkan penghematan tenaga kerja dan peningkatan proses di seluruh bengkel. Sebuah alat dimulai sebagai kombinasi pembersih bagian dan carousel akumulator. 

Ia telah berubah menjadi stasiun pengukuran yang ditetapkan mesin, dilengkapi dengan ukur yang diperlukan untuk bagian yang diproduksi. Ia terhubung ke sistem ERP pusat bengkel, memberikan informasi status real-time kepada operator dan akses ke informasi setup, pengukuran, dan pelaksanaan pekerjaan di ujung jari mereka. Unit-unit ini dirancang, dibangun dan diintegrasikan secara internal. 

Tuan Wiltsie juga telah memimpin otomatisasi pemilihan dan penempatan untuk pemuatan dan pembongkahan baik mesin bubut maupun bor di lantai produksi. Dasarnya, unit-unit ini adalah loader/unloader shuttle mekanis yang dirancang untuk melegakan monotonisasi penggunaan operator untuk melakukan tugas-tugas. Mereka sebagian besar otomatisasi tetap dengan sedikit fleksibilitas. 

Robot merupakan langkah logis ke depan untuk Vanamatic. Setelah melihat cobot (robot dengan deteksi kedekatan yang mampu bekerja dengan aman di samping orang) yang ditunjukkan di pameran, Tuan Wiltsie dapat melihat bahwa teknologi telah mencapai kebutuhan bengkel. Lengan bergelombang enam sumbu, bekerja di samping operator, tanpa perlu kandang keselamatan adalah sempurna. Dan stasiun pemasangan Rich Lindeman adalah tempat yang tepat untuk memulai. 

Cobot pertama Vanamatic adalah Ethel. Ia diberi nama oleh penangannya, Tuan Lindeman, yang baru-baru ini merayakan 50 tahun kerja penuh dengan perusahaan. Untuk operasi pemasangan yang dilakukan oleh Rich dan Ethel, mungkin Rich melihat dirinya dalam peran Lucille Ball dan cobotnya sebagai teman setia, Ethel Mertz, bekerja di konveyor permen cokelat. 
Tugas pemasangan yang akan dilakukan oleh Tuan Lindeman adalah proses delapan langkah yang dimulai dengan palet 144 bagian. Tuan Lindeman mengambil bagian, memeriksa pengukuran panjang kritis pada ukur, memasang O-ring kecil di ujung bagian, meniup ID, mendorong spacer melalui serangkaian busur untuk menempel pada sekstik, memverifikasi pemasangan dan menempatkannya dalam paket untuk pengiriman. 

Menurut Tuan Wiltsie, manajer pabrik Vanamatic, "Rich tidak memiliki masalah melakukan ini dan telah berhasil melakukan pekerjaan ini untuk beberapa waktu. Ini bukan tentang melakukan tugas sekali; ini tentang melakukannya 500.000 kali, yang merupakan kuantitas pesanan untuk pemasangan ini," katanya. "Ini adalah bagian yang siap produksi untuk sistem injeksi bahan bakar dan harus benar. Saya baru berusia 40 tahun dan melakukan pemasangan sendiri. Saya merasa sakit setelah beberapa ribu dan dengan kualitas yang kurang sempurna. Maksud saya tidak menunda Tuan Lindeman, pemasangan untuk pesanan tertentu ini tidak dimaksudkan untuk manusia, dan seperti yang saya ketahui, juga tidak manusiawi." 

Ethel adalah model UR3 yang dibuat oleh Universal Robots. Ini adalah cobot terkecil yang dibuat UR dan memiliki rentang gerakan yang hampir setara dengan manusia. Payload-nya adalah 6,6 pon, jangkauan radius adalah 19,7 inci dan footprint unit adalah 5,9 inci persegi. Namun, untuk aplikasi pemasangan injektor bahan bakar Vanamatic, robot hanyalah awal. 

Ergonomi adalah pertimbangan penting dalam mengatur ruang kerja untuk pekerja manusia. Pertimbangan termasuk di mana pekerja masuk ke zona aktivitas, penempatan peralatan pendukung seperti ukur untuk operasi pemasangan ini, di mana O-ring dan spacer ditempatkan dalam hubungan dengan aktivitas pemasangan dan orientasi bagian yang diproses serta lokasi paket keluar. 

Sementara ergonomi penting untuk Tuan Lindeman, ia sangat penting untuk Ethel. Ia cerdas, tetapi tidak memiliki kemampuan untuk membuat keputusan gerakan yang halus dan kecerdasan untuk beradaptasi di luar pemrogramannya, meskipun ia memuat subrutin untuk menangani O-ring atau spacer yang hilang. Itu akan diatasi dengan sistem penglihatan di masa depan. Sementara itu, penggunaan "poka-yoke" untuk tray masuk adalah cara sederhana dan andal untuk memastikan program Ethel dimulai dengan baik di tempat yang tepat setiap kali.  

Insinyur Vanamatic menggunakan pemodelan CAD untuk mengilustrasikan berbagai aspek proses manufaktur seperti tata letak lantai pabrik, simulasi mesin dan representasi grafis dan virtual lainnya dari area di dalam perusahaan. Keterampilan ini diterapkan dalam menyiapkan area kerja untuk Tuan Lindeman dan Ethel. Insinyur dapat melihatnya, menjalankannya dan mengujinya "what-if" sebelum apa pun dibangun atau dibeli.  

"Alat pemrograman untuk cobot luas dan dirancang dengan baik untuk kemudahan penggunaan," kata Tuan Wiltsie. "Kami membawa kemampuan internal yang telah kita asah untuk merancang dan membangun lingkungan kerja untuk sel tersebut ke pesta. Kemampuan kami untuk mengintegrasikan cobot ke dalam sistem yang menyertakan delapan operasi yang diperlukan untuk memasang bagian injektor bahan bakar telah menghemat sejumlah besar investasi bagi perusahaan. Keuntungan lain adalah dengan kemampuan desain dan pembangunan internal kami, kita dapat dengan mudah membuat perubahan dan perbaikan seiring berjalannya waktu."”

Saat ini, operasi pemasangan Tuan Lindeman terdiri dari dua langkah oleh Tuan Lindeman, memuat palet dan mengemas bagian yang selesai. Ethel melakukan enam operasi di antaranya. Mereka memiliki hubungan yang bagus. 

Encore
Pemasangan Ethel di Vanamatic telah berhasil. Ia melakukan pekerjaan pemasangannya tanpa keluhan dan yang paling penting, tidak ada bagian buruk yang dikirim.  

Cobot kedua, juga UR3, tiba di Vanamatic kurang dari setahun setelah Ethel. Diberi nama Roxy oleh penangannya, Gene Dickman, tugasnya lebih sederhana daripada Ethel. Dasarnya, ia merawat kebutuhan mesin bubut Omni-Turn, memuatnya dengan kosong dan mengeluarkan bagian yang telah diputar. 

Untuk operasi ini, fleksibilitas Roxy adalah kekuatannya. Omni menjalankan bagian yang volume rendah dan campuran tinggi. Kemampuan untuk dengan cepat mengubah program dan end-effector (gripper) adalah kunci keberhasilannya. 

Dengan aplikasi ini, Vanamatic memanggil insinyur internal untuk merancang dan mengintegrasikan double gripper, sehingga Roxy hanya perlu memasuki mesin sekali untuk memuat dan membongkar bagian-bagiannya. Footprint yang kecil dan berat yang relatif ringan dari robot (24,3 pon) memungkinkan dipasang dengan mudah di depan Omni-turn. Insinyur Vanamatic menggambar dan memproduksi bracket pemasangan khusus yang mengintegrasikan mesin dan Roxy. Mereka juga menulis perangkat lunak antarmuka yang memungkinkan robot dan mesin untuk berkomunikasi. 

Belajar dengan Melakukan
Pendidikan adalah kumulatif. Secara umum, orang mempelajari hal baru dengan membangun pada dasar yang diciptakan dari pelajaran sebelumnya yang telah mereka alami. 

Itu adalah kasus untuk instalasi cobot ketiga Vanamatic, Rocky. Rocky menghit lantai produksi sekitar 196 hari setelah perusahaan mengintegrasikan Roxy, dan seiring dengan pesatnya kurva pembelajaran untuk mengintegrasikan mesin ini dan peralatan pendukung yang diperlukan, waktu antara proyek semakin pendek. 

Rocky, yang diberi nama oleh penangannya, Paul Meiring, adalah model UR3 lain dari Universal Robots. "Kami menerapkan apa yang kami pelajari dari dua aplikasi cobot pertama saat mengaktifkan Rocky," kata Tuan Wiltsie. 

Tugas yang dipilih untuk Rocky adalah tugas pemeliharaan mesin lain (kali ini pada VMC) yang lebih rumit daripada Roxy. Seperti dua aplikasi lainnya, insinyur Vanamatic membuat model virtual dari operasi termasuk orientasi konveyor bagian masuk dan keluar. 
Untuk tugas pemuatan ini, cobot perlu ditempatkan di dalam zona kerja mesin untuk menghindari pembukaan dan penutupan pintu. Karena ruang yang sempit di dalam mesin, Rocky dipasang terbalik dan dilekatkan pada kolom mesin oleh bracket yang dirancang dan dibangun secara internal. Kosongan bagian dimuat pada konveyor yang terletak di luar pengaman dan mengirim kosongan bagian ke Rocky. 

Rocky mengambil kosongan bagian dari lokasi tetap pada konveyor, tetapi memiliki tugas tambahan untuk memindahkan workpiece ke stasiun klem kedua pada workholder. Timing antara cobot dan CNC mesin diprogram oleh Vanamatic menggunakan komunikasi antara robot dan mesin. 

Setelah bagian diproses, Rocky memverifikasi setiap bagian menggunakan ukur in-process Cognex sebelum melepaskannya ke konveyor keluar. Cobot diprogram untuk membuang bagian yang ditolak ke tempat sampah terpisah dan, jika ada tiga kegagalan berturut-turut, itu akan memberikan alarm. 

"Instalasi ini adalah langkah maju dari pemuatan VMC kami," kata Tuan Wiltsie. "Dibandingkan dengan shuttle loader yang sebelumnya kami integrasikan ke dalam VMC kami, fleksibilitas sistem cobot yang kami nikmati saat ini merupakan komitmen pada pertumbuhan bisnis kami di masa depan."”

Sumber Bantuan yang Mengejutkan
Saat manajemen Vanamatic bergerak maju dengan rencana integrasi untuk lantai produksi, mereka menemukan sekutu yang banyak orang mungkin tidak pertimbangkan. Perusahaan, seperti yang lainnya, memiliki urusan dengan Biro Kompensasi Pekerja (BWC). Kadang-kadang urusan itu kurang ramah karena peran pengawasan peraturan BWC. 

Namun, dalam kasus proyek instalasi cobot Vanamatic, semangat serupa ditemukan di BWC. Di bagian Ohio, BWC memiliki dana hibah yang tersedia untuk bisnis untuk membantu mereka mengurangi potensi klaim kompensasi pekerja melalui cara yang sederhana dan kompleks.  

Vanamatic mengajukan dan diberikan hibah untuk upaya otomatisasi mereka, yang berkontribusi signifikan pada biaya pembelian dan pemasangan cobot mereka. Sementara tawaran hibah semacam itu mungkin tidak tersedia di semua bagian, tidak ada salahnya untuk bertanya. 

Baik bengkel mempertimbangkan integrasi sistem menggunakan otomatisasi atau komunikasi atau teknik alur kerja yang lebih baik, justifikasi lantai produksi bukan tentang penggantian pekerja. Sebaliknya, melibatkan peningkatan pekerja pekerja. Tuan Wiltsie dan BWC Ohio tampaknya setuju pada titik bahwa terkadang masalah rekrutmen di seluruh industri kurang tentang orang dan lebih tentang pekerjaan yang diminta dari kita.   
 

*Vanamatic telah menjadi anggota PMPA sejak 1957.