Arbeiten mit Inhouse-Integrationssystemen

Niemand kennt sein Geschäft besser als die Menschen, die dort arbeiten. Der Eigentümer, das Management und die Mitarbeiter müssen sich täglich mit den vielen Vor- und Nachteilen auseinandersetzen, die alle Unternehmen ausmachen, insbesondere diejenigen Unternehmen, die versuchen, in der sich schnell entwickelnden Welt der Herstellung von Präzisionsteilen ihren Lebensunterhalt zu verdienen.

Während viele ängstliche Dritte in den Startlöchern stehen, um den Betrieben beim Übergang zu neuen und besseren Herstellungsmethoden zu helfen, liegen die besten Antworten manchmal möglicherweise in den eigenen vier Wänden des Betriebs. Das fasst eine Kernphilosophie der Vanamatic Company mit Sitz in Delphos, Ohio, zusammen.

Vanamatic ist ein Hersteller von Präzisionsteilen in dritter Generation mit 90 Mitarbeitern, der stolz auf die Eigenständigkeit und Problemlösungsfähigkeiten des Unternehmens ist. Das Management sucht zunächst intern nach Antworten, bezieht die Mitarbeiter in die Problem-/Lösungsübung ein und sucht erst danach nach externen Ressourcen, die zum Füllen etwaiger Lücken erforderlich sind.

Im Laufe der Jahre hat die Anwendung dieses „mit weniger mehr erreichen“-Ansatzes gezeigt, dass in einem Umfeld, das sich darauf konzentriert, zuerst interne Talente zu erschließen, die Antworten schneller und mit dem zusätzlichen Vorteil der Zustimmung der Mitarbeiter geliefert werden. Es ist eine erfolgreiche Formel, die es dem Unternehmen ermöglicht hat, seit seiner Gründung im Jahr 1954 viele Stürme zu überstehen.

Der jüngste große Systemintegrationsschritt des Unternehmens umfasst die Automatisierung mehrerer Vorgänge durch den Einsatz von kollaborativen Robotern (Cobots), die unabhängig voneinander arbeiten oder in Zusammenarbeit mit einem menschlichen Arbeiter als Kumpel fungieren können. Cobots sind eine relativ neue Entwicklung und eine, die Roboter zu viel praktischeren Werkzeugen in der Werkstatt macht, insbesondere in einer so überfüllten wie der von Vanamatic.

Ein guter Anfang
Im Laufe der Jahre hat Werksleiter Adam Wiltsie Arbeitseinsparungen und Prozessverbesserungen im gesamten Geschäft entwickelt und entwickelt. Eines dieser Geräte begann als Kombination aus Teilereinigung und Akkukarussell.

Es hat sich in eine maschinenzugeordnete Messstation verwandelt, die mit den richtigen Messgeräten ausgestattet ist, die für die zu produzierenden Teile benötigt werden. Es ist mit dem zentralen ERP-System der Werkstatt verbunden und gibt dem Bediener Echtzeit-Statusinformationen und Zugriff auf Einrichtungs-, Mess- und Auftragsausführungsinformationen auf Knopfdruck. Diese Einheiten wurden im eigenen Haus entworfen, gebaut und integriert.

Herr Wiltsie hat auch die Pick-and-Place-Automatisierung zum Be- und Entladen für Drehmaschinen und Mühlen in der Werkstatt angeführt. Im Grunde handelte es sich bei diesen Einheiten um mechanische Shuttle-Lade-/Entladevorrichtungen, die entwickelt wurden, um die Monotonie des Einsatzes eines Bedieners zur Ausführung der Aufgaben zu verringern. Sie waren so ziemlich eine feste Automatisierung mit wenig Flexibilität.

Roboter waren für Vanamatic ein logischer Schritt nach vorn. Nachdem er auf einer Messe gesehen hatte, wie ein Cobot (ein Roboter mit Näherungssensor, der sicher neben einer Person arbeiten kann) vorgeführt wurde, konnte Herr Wiltsie erkennen, dass die Technologie den Bedarf seines Geschäfts eingeholt hatte. Ein sechsachsiger Gelenkarm, der neben einem Bediener arbeitet, ohne dass ein Sicherheitskäfig erforderlich ist, war perfekt. Und die Montagestation von Rich Lindeman war ein perfekter Ausgangspunkt.

Der erste Cobot von Vanamatic war Ethel. Sie wurde von ihrem Vorgesetzten, Mr. Lindeman, benannt, der vor kurzem sein 50-jähriges Dienstjubiläum in Vollzeit im Unternehmen feierte. Für den Montagevorgang, den Rich und Ethel gemeinsam durchführen sollten, sah sich Rich vielleicht in der Rolle von Lucille Ball und seinem Cobot als ihre treue Freundin Ethel Mertz, die am Pralinenband arbeitete.
Die Montageaufgabe, die Herr Lindeman ausgeführt hätte, ist ein achtstufiger Prozess, der mit einer Palette von 144 Teilen beginnt. Mr. Lindeman nimmt das Teil, überprüft eine kritische Längenmessung auf einem Messgerät, montiert einen kleinen O-Ring am Ende des Teils, bläst den Innendurchmesser aus, schiebt einen Abstandshalter über einen Satz Gewinde, um gegen einen Sechskant zu sitzen, überprüft die Baugruppe und packt sie für den Versand in ein Paket.

Laut Mr. Wiltsie, Werksleiter von Vanamatic, „hat Rich kein Problem damit und macht diese Arbeit seit einiger Zeit erfolgreich. Es geht nicht darum, die Aufgabe einmal zu erledigen; Es geht darum, es 500.000 Mal auszuführen, was die Bestellmenge für diese Montage war“, sagt er. „Es ist ein serienreifes Teil für ein Kraftstoffeinspritzsystem und muss stimmen. Ich bin erst 40 Jahre alt und habe die Montage selbst gemacht. Ich war nach ein paar Tausend und mit weniger als perfekter Qualität schmerzhaft. Das soll keine Verunglimpfung von Mr. Lindeman bedeuten, die Versammlung für diesen speziellen Auftrag war nicht für einen Menschen bestimmt und, wie ich herausfand, auch nicht menschlich.“

Ethel ist ein UR3-Modell, das von Universal Robots gebaut wurde. Es ist der kleinste Cobot, den UR herstellt, und hat einen Bewegungsbereich, der fast dem eines Menschen entspricht. Die Nutzlast beträgt 6,6 Pfund, der Radius beträgt 19,7 Zoll und die Stellfläche für die Einheit beträgt 5,9 Quadratzoll. Für die Anwendung der Einspritzdüsenbaugruppe von Vanamatic war der Roboter jedoch nur der Anfang.

Ergonomie ist ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Gestaltung eines Arbeitsplatzes für einen menschlichen Arbeiter. Zu berücksichtigen ist, wo die Arbeit in die Aktivitätszone eintritt, die Platzierung von Hilfsgeräten wie Messlehren für diesen Montagevorgang, wo die O-Ringe und Abstandshalter in Bezug auf die Montageaktivität und die Ausrichtung der bearbeiteten Teile sowie die Position von platziert werden der Ausgangsverpackung.

Während Ergonomie für Herrn Lindeman wichtig ist, ist sie für Ethel von entscheidender Bedeutung. Sie ist schlau, aber es fehlt ihr die Fähigkeit, subtile Entscheidungen über Bewegungsänderungen zu treffen, und die Intelligenz, sich über ihre Programmierung hinaus anzupassen, obwohl sie Subroutinen enthält, um mit fehlenden O-Ringen oder Abstandshaltern umzugehen. Das wird in Zukunft mit Vision-Systemen gelöst. Die Verwendung von „Poka-Yoke“ für die Eingangskörbe ist ein einfaches und zuverlässiges Mittel, um sicherzustellen, dass Ethels Programm jedes Mal an der richtigen Stelle einen guten Start hat.

Vanamatic-Ingenieure verwenden CAD-Modellierung, um verschiedene Aspekte des Fertigungsprozesses zu veranschaulichen, wie z. B. Werkshallenlayout, Maschinensimulationen und andere grafische und virtuelle Darstellungen von Bereichen innerhalb des Unternehmens. Diese Fähigkeiten wurden angewendet, um den Arbeitsbereich für Mr. Lindeman und Ethel vorzubereiten. Die Ingenieure können es sehen, ausführen und "was-wäre-wenn" testen, bevor etwas gebaut oder gekauft wird.

„Die Programmiertools für den Cobot sind umfangreich und benutzerfreundlich gestaltet“, sagt Herr Wiltsie. „Wir brachten unsere ausgefeilte interne Fähigkeit, die Arbeitsumgebung für die Zelle zu entwerfen und zu bauen, auf die Party. Unsere Fähigkeit, den Cobot in ein System zu integrieren, das die acht Arbeitsgänge umfasste, die zum Zusammenbau des Einspritzventilteils erforderlich waren, sparte dem Unternehmen eine beträchtliche Summe an Investitionen. Ein weiterer Vorteil ist, dass wir mit unserer hauseigenen Design- und Build-Fähigkeit im Laufe der Zeit problemlos Änderungen und Verbesserungen vornehmen können.“

Heute besteht der Montagevorgang von Herrn Lindeman aus zwei Schritten von Herrn Lindeman, dem Beladen der Palette und dem Verpacken des fertigen Teils. Ethel führt die sechs Operationen dazwischen durch. Sie haben eine großartige Beziehung.

Zugabe
Die Installation von Ethel bei Vanamatic war ein Erfolg. Es erledigt seine Montagearbeit ohne Beanstandungen und am wichtigsten, es werden keine fehlerhaften Teile geliefert.

Ein zweiter Cobot, ebenfalls ein UR3, traf weniger als ein Jahr nach Ethel bei Vanamatic ein. Von ihrem Handler Gene Dickman Roxy genannt, war ihr Auftrag unkomplizierter als der von Ethel. Im Grunde kümmert sie sich um die Bedürfnisse einer Omni-Turn-Drehmaschine, beschickt sie mit Rohlingen und entnimmt fertige Drehteile.

Bei dieser Operation ist Roxys Flexibilität ihre Stärke. Der Omni führt Teile mit geringerer Lautstärke und höherem Mix aus. Die Fähigkeit, Programme und Endeffektoren (Greifer) schnell zu ändern, ist ein Schlüssel zu ihrem Erfolg.

Bei dieser Anwendung wandte sich Vanamatic an seine hauseigene Konstruktion, um den Doppelgreifer zu entwerfen und zu integrieren, sodass Roxy die Maschine nur einmal betreten muss, um ihre Teile zu laden und zu entladen. Die kleine Standfläche und das relativ geringe Gewicht des Roboters (24,3 Pfund) ermöglichen eine einfache Montage an der Vorderseite des Omni-turn. Die Ingenieure von Vanamatic entwarfen und fertigten die kundenspezifischen Montagehalterungen, die die Maschine und Roxy integrieren. Sie schrieben auch die Schnittstellensoftware, die die Kommunikation zwischen Roboter und Maschine ermöglicht.

Lernen durch Handeln
Bildung ist kumulativ. Im Allgemeinen lernen Menschen neue Dinge, indem sie auf der Grundlage aufbauen, die sie in früheren Lektionen erhalten haben.

Dies ist bei der dritten Cobot-Installation von Vanamatic, Rocky, der Fall. Rocky trat etwa 196 Tage nach der Integration von Roxy in die Fertigung ein, und da sich die Lernkurve für die Integration dieser Maschinen und der erforderlichen Zusatzgeräte beschleunigte, verkürzte sich die Zeit zwischen den Projekten.

Rocky, benannt nach seinem Handler Paul Meiring, ist ein weiteres UR3-Modell von Universal Robots. „Wir haben das angewendet, was wir aus den ersten beiden Cobot-Anwendungen gelernt haben, als wir Rocky zum Laufen gebracht haben“, sagt Herr Wiltsie.

Die für Rocky gewählte Aufgabe war ein weiterer Maschinenpflegejob (diesmal auf einem VMC), der komplizierter ist als der von Roxy. Wie bei den anderen beiden Anwendungen erstellten die Vanamatic-Ingenieure ein virtuelles Modell des Betriebs, einschließlich der Ausrichtung der ankommenden und abgehenden Teileförderer.
Für diesen Ladevorgang musste der Cobot im Arbeitsbereich der Maschine platziert werden, um das Öffnen und Schließen der Tür zu vermeiden. Aufgrund der beengten Verhältnisse in der Maschine wird Rocky verkehrt herum montiert und mit einer im eigenen Haus entwickelten und gebauten Halterung an der Maschinensäule befestigt. Teilrohlinge werden auf Förderbänder geladen, die sich außerhalb der Umzäunung befinden und Teilrohlinge an Rocky liefern.

Rocky entnimmt die Teilerohlinge von einer festen Position auf dem Förderband, hat aber zusätzlich die Aufgabe, das Werkstück zu einer zweiten Spannstation auf dem Werkstückhalter zu bewegen. Das Timing zwischen dem Cobot und der Maschinen-CNC wurde von Vanamatic mithilfe der Kommunikation zwischen dem Roboter und der Maschine programmiert.

Nachdem das Teil bearbeitet wurde, überprüft Rocky jedes Teil mit einem prozessinternen Cognex-Messgerät, bevor es an das Ausgangsförderband übergeben wird. Der Cobot ist so programmiert, dass er alle zurückgewiesenen Teile in einen separaten Behälter entlädt und bei drei aufeinanderfolgenden Fehlern einen Alarm auslöst.

„Diese Installation ist ein Fortschritt gegenüber unserer VMC-Beladung“, sagt Herr Wiltsie. „Im Vergleich zu den Shuttle-Ladern, die wir zuvor in unsere VMCs integriert haben, stellt die Flexibilität des Cobot-Systems, das wir jetzt genießen, eine Verpflichtung für unser zukünftiges Geschäftswachstum dar.“

Überraschende Quelle für Hilfe
Als das Management von Vanamatic die Integrationspläne für den Fertigungsbereich voranbrachte, stieß es auf einen Verbündeten, den viele vielleicht nicht in Betracht ziehen würden. Das Unternehmen hat, wie die meisten, Geschäfte mit dem Bureau of Workman’s Compensation (BWC). Manchmal können diese Geschäfte aufgrund der regulatorischen Durchsetzungsrolle der BWC alles andere als freundlich sein.

Im Fall des Cobot-Installationsprojekts von Vanamatic wurde jedoch im BWC ein verwandter Geist gefunden. Im Bundesstaat Ohio hat die BWC Unternehmen Gelder zur Verfügung gestellt, um ihnen zu helfen, potenzielle Arbeitnehmer-Kompensationsansprüche auf einfache und komplexe Weise zu reduzieren.

Vanamatic bewarb sich und erhielt Zuschüsse für seine Automatisierungsbemühungen, die erheblich zu den Kosten für den Kauf und die Installation seiner Cobots beitrugen. Obwohl solche Stipendienangebote möglicherweise nicht in allen Bundesstaaten verfügbar sind, kann es nicht schaden, danach zu fragen.

Unabhängig davon, ob die Werkstatt die Systemintegration mithilfe von Automatisierung oder Kommunikation oder besseren Workflow-Techniken betrachtet, geht es bei der Rechtfertigung der Werkstatt nicht um den Ersatz von Arbeitskräften. Vielmehr geht es um die Arbeitsplatzverbesserung der Arbeitnehmer. Mr. Wiltsie und die Ohio BWC scheinen sich darin einig zu sein, dass es bei branchenweiten Rekrutierungsproblemen manchmal weniger um die Menschen als vielmehr um die Aufgaben geht, die von uns verlangt werden.

*Vanamatic ist seit 1957 PMPA-Mitglied.