Automation Nation:Weniger Rüstzeiten und repetitive Stressarbeit in der Fertigung

Suchen Sie nach neuen Möglichkeiten, der Produktionsleistung Ihres Unternehmens einen Kick in die Hose zu machen? Automatisierung kann ein Kraftmultiplikator sein. Es könnte auch die Zeit Ihrer erfahrensten und ehrgeizigsten Maschinisten für Mentoring, das Erlernen neuer Systeme und das Verbessern von Maschinenprogrammierfähigkeiten freisetzen. Und es könnte helfen, die Versicherungsprämien zu senken.

Der Anwendungsfall für die Automatisierung vieler Funktionen in einer Werkstatt unterscheidet sich stark von einem großen Automobilwerk oder einer anderen Produktionsstätte mit hohem Volumen. Aber Automatisierung kann positive und produktive Ergebnisse liefern, die dazu beitragen, wiederholbare und zeitraubende Aufgaben für Geschäfte jeder Größe zu vereinfachen.

Was sind die richtigen Anwendungen von Robotern und Cobots? Welche Technologien können Qualitätsprüfungen näher an den Prozess rücken? Worauf sollten Ladenbesitzer und Produktionsleiter sich konzentrieren?

Wir untersuchen einige der Möglichkeiten, wie Hersteller heute mit Automatisierung erfolgreich sind – und was Sie wissen müssen, wenn Sie Änderungen planen.

Automatisierung in der Fertigung verschafft Mitarbeitern Zeit und hilft Betrieben, wettbewerbsfähig zu bleiben

Die Talentkrise in der Fertigung ist real. Die heutige Nachfrage nach Fertigungskapazitäten ist größer als das Arbeitskräfteangebot – und es wird erwartet, dass sie weiter steigen wird. Eine Studie von Deloitte und Manufacturing Institute aus dem Jahr 2018 kommt zu dem Ergebnis, dass aufgrund der Qualifikationslücke bis 2028 schätzungsweise 2,4 Millionen Stellen unbesetzt bleiben könnten, mit potenziellen wirtschaftlichen Auswirkungen von 2,5 Billionen US-Dollar.

„Es wird nicht besser“, erklärt John Hicks, Inhaber von Kilgore Manufacturing, in einem Artikel über das Qualifikationsdelta, das sein Unternehmen festgestellt hat.

Job-Shops können es schwierig finden, mit größeren Maschinenwerkstätten um erfahrenere und teurere Talente zu konkurrieren. Theoretisch kann die Automatisierung jedoch die Auswirkungen eines Fachkräftemangels verringern, indem die meisten Routineaufgaben reduziert werden – und das Verhältnis von Maschine zu Person erhöht wird, wo immer dies möglich ist.

Ein Roboter kann oft mehrere Maschinen bedienen. In einigen Fällen kann ein einzelner Bediener mehrere Roboter betreuen – und jeder Roboter kann mehrere Maschinen gleichzeitig handhaben.

„Das gibt den Bedienern Zeit für sekundäre Vorgänge wie das Entgraten von Teilen, den Zusammenbau oder mehr Zeit für Qualitätsprüfungen“, erklärt Steve Alexander, Vice President of Operations bei Acieta, einem Automatisierungsintegrator, im KMU-Artikel „Automating Job Shops? Wetten!“

Video:Sehen Sie, wie Augustine Die &Mold die Automatisierung nutzt, um seine Prozesse zu erweitern – und dabei hilft, ein Qualifikationsdelta zu verwalten.

Der Top-Use-Case für Automatisierung in Job Shops:Umstellungen

Es gibt keinen Zauberstab, um automatisiert zu werden. Es gibt auch andere und neue Fähigkeiten bei der Verwaltung von Automatisierungssystemen – einschließlich verschiedener Software, Sensoren und Sicherheit. Die effektivste Nutzung der Automatisierung besteht häufig darin, sich auf die Umstellungs- und Einrichtungsaktivitäten vor und nach den Teilen zu konzentrieren.

„Automatisierung, die am besten für die Anforderungen von Job-Shops geeignet ist, betont nicht nur schnelle und einfache Einrichtung und reduziert die Auftragswechselzeiten auf 15 Minuten oder weniger, sondern lässt sich auch für den Einsatz von einem Maschinentyp zum nächsten anpassen, insbesondere für Wechselaufgaben “, schreibt Chris Felix, Chefredakteur von Production Machining, im Artikel „Job Shop Automation:Fast, Simple and Agile.“

Erfahrene Maschinisten schätzen es möglicherweise, weniger Zeit mit Umrüstungen und dem Laden von Rohlingen zu verbringen – und mehr Zeit für die Fertigstellung großer Aufträge und die Lösung von Problemen bei der Präzisionsfertigung zu haben.

Im Jahr 2018 verwendete Hicks von Kilgore Manufacturing eine automatisierte Fertigungszelle, die acht Stunden am Tag unbeaufsichtigt lief und dabei half, jede Woche 3.500 Einheiten eines Flanschteils zu versenden – aber nur für ein Teil. Um die Automatisierung zu unterstützen und mehr Zeit für erfahrenere Maschinisten zu schaffen, fügte Hicks eine Ladeassistent-Maschine hinzu.

Das Ladesystem verbindet einen Roboterarm mit einem Drehtisch, um Werkstücke innerhalb einer einzelnen Arbeitsladeeinheit bereitzustellen, die neben jeder CNC-Dreh- oder Fräsmaschine stationiert und dorthin verschoben werden kann.

Hicks beschreibt, wie sich die zunehmende Automatisierung ausgewirkt hat, einschließlich:

• Mehr Arbeit von Kilgores bestehendem Kundenstamm erhalten.
• Einsparung von wichtigem Platz in einer engen Fertigungshalle.
• Sehen Sie eine Steigerung der Teilequalität, weil die Maschinisten mehr Zeit für Qualitätsprüfungen aufwenden konnten.

Die Möglichkeit, durch wettbewerbsfähige Gebote mehr Aufträge zu gewinnen, wurde durch eine vorhersehbarere Maschinenplanung verschmäht.

Ansatz zur Automatisierung in der Fertigung:Teilevolumen zählt

Funktioniert die Automatisierung in einer Umgebung, in der das Teilevolumen enorm variiert? Kann es, behauptet Ed Sinkora von SME.

Stellen Sie sich eine Umgebung für die Teileherstellung mit mittlerem Volumen vor, in der einige Male pro Woche umgestellt wird. „Bei richtiger Planung könnte eine Zelle in der bemannten Schicht umgestellt werden, was eine beträchtliche unbeaufsichtigte Produktion in der folgenden Schicht ermöglicht“, erklärt John Lucier, Automatisierungsmanager bei Methods Machine Tools, in einem SME-Artikel.

SME sagt, dass die erforderliche Geschwindigkeit des Roboters „von der Bearbeitungszykluszeit der produzierten Teile abhängen würde. Je kürzer die Zykluszeit, desto schneller muss der Roboter sein und desto unwahrscheinlicher ist es, dass ein Roboter mehrere Maschinen unterstützen kann.“

Aber auch Läden mit geringerem Volumen können gute Kandidaten für die Automatisierung sein, erklärt Lucier.

„Die wichtigste Überlegung ist die Reduzierung der Umrüstzeit oder sogar die vollständige Eliminierung der Rüstzeit. Die Leute werden von Zykluszeit und Lade-/Entladezeit eingeholt, aber wenn Ihr Volumen so gering ist, dass die Hälfte Ihrer Zeit mit Umrüsten verbracht wird, kann es sinnvoll sein, die Umrüstzeit anzugreifen, selbst auf Kosten der Zykluszeit“, sagt Lucier .

Rüsten kann im Wesentlichen durch Automatisierung eliminiert werden. Roboter können so programmiert werden, dass sie sowohl ihre eigene Armwerkzeugbestückung als auch die Werkstückhalterung in der Maschine wechseln oder Paletten von einem Karussell laden, „unabhängig davon, welches Teil hergestellt wird, wodurch die Notwendigkeit entfällt, Roboterwerkzeuge zu wechseln oder unterschiedliche Lade-/Entladebewegungen zu programmieren für verschiedene Teile.“

Es gibt auch eine Vielzahl anderer wichtiger Bereiche der Werkzeugausstattung, Klemmung und Teilestabilität zu bewerten, darunter Werkstückspannung, Messung, Zykluszeiten, End-of-Arm-Tooling, unbeaufsichtigte Prozesse – und unbeaufsichtigte Bearbeitung.

Automatisierung und Spanntechnik

„Wenn das Werkstück im Spannfutter oder in der Vorrichtung positioniert werden muss oder in der sekundären Operation basierend auf Merkmalen ausgerichtet werden muss, die in der ersten Operation erstellt wurden, können Bildverarbeitungssysteme oder Messtaster erforderlich sein, um die Aufgabe zu erledigen“, schreibt Felix. „Aufspannlösungen müssen auch so konzipiert sein, dass sie beim Be- und Entladen einen angemessenen Abstand zwischen den Werkzeugen am Ende des Arms und den Klemmen ermöglichen.“

Automatisierung und Messung

„Wenn ein nicht automatisierter Prozess erfordert, dass der Bediener das Werkstück während oder nach der Bearbeitung misst, sollte eine Automatisierung des Messvorgangs in Betracht gezogen werden“, erklärt Felix. „Mehrere In-Process- oder Post-Process-Optionen stehen zur Verfügung, darunter Messtaster, regelmäßige Artefaktkalibrierung oder sogar die Verwendung eines Post-Process-Messgeräts oder einer Koordinatenmessmaschine.“

Automatisierung und Zykluszeiten

Wenn es darum geht, einen Prozess zu automatisieren, „bestimmen Zykluszeiten die Kapazität/Größe der Wartetische und Ein-/Auslaufbänder für fertige Werkstücke“, schreibt Felix.

Bei der Koordination von Aufgaben, die „vom Roboter/der Automatisierung gefordert werden, wie z. B. das Beladen von Lehren, das Koordinieren von Messmaschinen, Waschstationen oder Wendestationen“ oder beim Verwalten von Paletten, müssen Taktzeiten sequenziert werden.

Verwendung von Automatisierung zur Verbesserung der Sicherheit am Arbeitsplatz und der Gesundheit der Arbeitnehmer

Arbeitsgesundheit und Arbeitssicherheit sind nicht die Hauptgründe, warum Hersteller in Automatisierung investieren, aber sie profitieren davon. Das Karpaltunnelsyndrom ist in Fertigungsberufen nicht ungewöhnlich.

„Etwas so Einfaches wie das Laden eines Teils in ein Drehfutter kann schnell zu einer sich wiederholenden Stressverletzung für einen Bediener werden, wenn dieser Vorgang hunderte Male am Tag wiederholt wird. Zusammen mit Zeitverlust und Ansprüchen kosten diese Verletzungen Unternehmen jedes Jahr Milliarden von Dollar“, erklärt Alexander.

Es gibt einige Bereiche in der Fertigungsarbeit, in denen die Automatisierung gefährliche Arbeiten verbessert oder beseitigt hat – und dazu beigetragen hat, unsichere Umgebungen zu reduzieren. Eine davon ist das Heben und Bewegen schwerer Gegenstände. Der andere ist Chemikalien, Partikeln und extremen Temperaturen stark ausgesetzt, erklärt Jim Vinoski, leitender Fertigungsleiter und ehemaliger Betriebsleiter und Systemingenieur bei Seagrams und General Mills, in einem Artikel für Forbes.

„Rückenverletzungen gehören zu den häufigsten in der Fertigungsarbeit, und diese Art von Aktivitäten tragen wesentlich dazu bei. Zu den automatisierten Lösungen gehören robotergestützte Pick-and-Place-Systeme, automatische Palettierer, Vakuumhebesysteme und dergleichen“, schreibt Vinoski.

„Heutzutage ist es ungewöhnlich, dass Arbeiter mehr als 50 Pfund heben, und bei wiederholtem Heben wird sogar so viel immer seltener.“

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