Die unerwarteten Vorteile von Robotic Automation

Um zu sehen, warum Stabiltec einen Roboter gekauft hat, müssen Sie nicht einmal das Werk betreten. Vor der Produktionsstätte des Unternehmens in Parks, Louisiana, listet ein auffälliges „Now Hiring“-Schild „CNC-Maschinisten“ ganz oben auf der Liste der offenen Stellen auf. Das Zeichen wird mit ziemlicher Sicherheit so lange dort bleiben, wie das starke Geschäft in der Öl- und Gasindustrie, dem Markt, den Stabiltec bedient, anhält. Das Unternehmen installierte einen Roboter, um seine Werkzeugmaschinen zu versorgen und gleichzeitig seine begrenzten Arbeitsressourcen so effizient wie möglich zu nutzen, da der Arbeitgeber nicht alle qualifizierten Fertigungspositionen besetzen kann, die durch die aktuelle Geschäftstätigkeit gerechtfertigt wären.

Tatsächlich sagt Keith Boutte, Miteigentümer des Unternehmens, dass das Werk mit ziemlicher Sicherheit einen weiteren Roboter kaufen wird. Die unerwarteten Vorteile des Wechsels des Unternehmens zur Automatisierung haben die Investition deutlich rentabler gemacht, als jeder dieser Männer erwartet hatte.

Zu einfach für Fachpersonal

Stabiltec stellt eine Reihe von Bohrlochwerkzeugen für Öl- und Gasbohrungen her. Dieses Sortiment an sich ist Teil dessen, was den Hersteller unverwechselbar macht. Das Unternehmen, aus dem später Stabiltec werden sollte, wurde vor 25 Jahren gegründet, aber eine Reihe von Akquisitionen in den letzten 3 Jahren hat es zu einem Kompletthersteller gemacht, der nicht nur Komponenten zum Bohren des Lochs, sondern auch Diagnosehardware zum Messen und Auswerten der Loch.

Richtbohren ist eine Spezialität. Stabiltec liefert die bearbeiteten Teile für Öl- und Gasbohrsysteme, die vertikal in den Boden eindringen, aber die unterirdischen Reserven horizontal durch allmähliches Bogenen des Bohrers erreichen. Herr Boutte entwickelt Richtungsbohrsystemkomponenten gemäß den verschiedenen Anforderungen verschiedener OEMs, die Richtungsbohrprodukte anbieten.

Die Herausforderung bei der Herstellung dieser Komponenten besteht darin, dass einige der Teile eine qualifizierte Bearbeitung erfordern. Unterirdische Gehäuseabschnitte, die sich um bis zu 3 Grad biegen, werden durch Drehoperationen bearbeitet, die ungewöhnliche Einstellungen auf der Drehmaschine erfordern. Nachdem ein Ende des Teils gerade gedreht wurde, wird das andere Ende durch eine von der Mittellinie versetzte Einrichtung absichtlich „schief“ gedreht. Somit wird ein Maß an Unrundheit und Abweichung von der Parallelität, das bei den meisten Drehteilen als extremer Fehler angesehen würde, absichtlich in diese Komponenten eingearbeitet. Teile wie diese müssen von erfahrenen Bedienern ausgeführt werden.

Das Problem von Stabiltec war, dass diese Fachkräfte knapp sind und andere Bearbeitungsarbeiten zu viel Zeit in Anspruch nehmen. Getriebeteile waren das Hauptbeispiel. Diese Teile sind Bestandteile eines im Wesentlichen universellen Gelenks, das es dem unterirdischen Bohrer ermöglicht, sich weiter zu drehen, während er sich allmählich krümmt. Die Getriebeteile sind nicht weniger kritisch und nicht weniger wertvoll als die Gehäuseteile, aber die Getriebeteil-Setups sind viel einfacher. Stabiltec verlor zu viel Arbeitskapazität durch die relativ ungelernte Arbeit, diese Teile mit einem Laufkran in die Werkzeugmaschinen zu manövrieren. Als die Unternehmensleiter erkannten, dass sie ihren Bedarf an qualifizierten Arbeitskräften nicht durch Einstellungen decken konnten, beschlossen sie, ihre vorhandene Arbeitskapazität durch die Automatisierung von Schritten wie diesem freizusetzen.

Aber was war der richtige Weg zur Automatisierung? Das Unternehmen sagt, dass Roboterautomatisierung nicht die erste Wahl war, die es in Betracht gezogen hat.

Gründe für eine Roboterzelle

Obwohl die Getriebeteile von Kunde zu Kunde sehr unterschiedlich sind, haben sie alle eine Kombination aus Drehen, Fräsen und Bohren gemeinsam. Aus diesem Grund hielten die Unternehmenslenker zunächst Multitasking für den richtigen Weg, um eine arbeitseffizientere Bearbeitung zu erreichen. Zuvor musste die Bearbeitung jedes Teils sowohl auf einer Drehmaschine als auch auf einem Bearbeitungszentrum durchgeführt werden. Der Wechsel zu einer Maschine, die Drehen, Fräsen und Bohren in einem Zyklus ausführen kann, würde nur noch eine Werkzeugmaschine übrig lassen, in die das Teil geladen werden könnte. Die Rolle des Betreibers würde daher reduziert.

Eine genauere Analyse ergab jedoch, dass Multitasking nicht die ideale Lösung für diese Anwendung war. Ein Manko waren die Kosten. Aufgrund von Durchgangslochbohr- und Bohrvorgängen müsste die Maschine lange Verfahrwege haben, um lange Werkzeuge aufzunehmen. Eine Multitasking-Maschine, die groß genug ist, um diese Aufgabe zu erledigen, würde genauso viel kosten wie der kombinierte Preis, den Stabiltec letztendlich für den Roboter, die Drehmaschine und das Bearbeitungszentrum bezahlt hat, die diese Arbeit jetzt erledigen.

Ein weiteres Manko war der Durchsatz. Die Multitasking-Maschine konnte ein Werkstück entweder drehen oder fräsen, aber sie konnte nicht beide Operationen gleichzeitig ausführen. Es wäre produktiver, die Arbeit zwischen einer Drehmaschine und einem Bearbeitungszentrum aufzuteilen, da die Maschinen diese Operationen gleichzeitig an verschiedenen Werkstücken ausführen könnten. Eine wiederholbare Roboterbeladung würde das Risiko von Handhabungs- oder Einrichtungsfehlern beseitigen, die typisch für Prozesse sind, an denen mehrere Maschinen beteiligt sind.

Das letzte Argument für eine Roboterzelle war die Arbeitskapazität. Eine Multitasking-Maschine würde den Bedarf an Arbeitskräften reduzieren, aber die Maschine hätte immer noch einen Bediener, der sie belädt. Die Roboterzelle hingegen würde es der Werkstatt ermöglichen, die Arbeit für lange Zeiträume bei der Bearbeitung der Getriebekomponenten einzusparen.

Jetzt werden diese Teile in einer Zelle verarbeitet, in der ein FANUC Robotics R-2000iB-Roboter mit einer Kapazität von 165 Kilogramm sowohl eine CNC-Drehmaschine Mighty USA Viper VT36CL-2000 als auch ein vertikales Bearbeitungszentrum VF-5XT von Haas be- und entlädt. Das Unternehmen begründete die gesamte Zelle mit der Entlastung des Personals während des Tages und der Fortsetzung der Produktion bis in die Nacht hinein. Sobald die Zelle jedoch in Betrieb war, begann das Unternehmen, andere, sehr reale Quellen der Amortisation durch die automatisierte Produktion zu sehen.

Unvorhergesehene Vorteile

Diese zusätzlichen Vorteile umfassen Folgendes:

1. Bessere Preise für Verträge . Stabiltec verwendet den Roboter in einem High-Mix-Low-Volume-Modus. Bestellmengen sind oft so klein wie 10 Stück. Wenn das Geschäft jedoch den Luxus hat, eine konstante Menge zu produzieren, ermöglicht die konstante Produktion des Roboters dem Geschäft, Zeit und Kosten zuverlässig vorherzusagen. Diese Vorhersagbarkeit ermöglicht eine engere Marge. Dadurch ist der preisliche Unterschied zwischen kurzfristiger Bearbeitung und Lohnfertigung bei der Roboterzelle größer als bei jedem anderen Produktionsmittel. Aufgrund der Preisersparnis haben einige Kunden, die sich zuvor nie auf jährliche Produktionsverträge festgelegt hatten, dies jetzt bei Stabiltec getan.

2. Einfacheres Insourcing . Durch die Erweiterung der Kapazität für Getriebeteile hat die Roboterzelle es dem Unternehmen ermöglicht, verschiedene andere Teile, die zuvor an Lieferanten ausgelagert wurden, wieder ins Haus zu bringen. Früher hat das Unternehmen so viele Bearbeitungen ausgelagert, dass es anscheinend ungefähr sechs neue Maschinen und sechs neue Mitarbeiter erforderlich gemacht hätte, um diese Arbeit ins Haus zu bringen. Die Roboterzelle hat dieses Bild verändert. Die automatisierte Zelle stellt im Wesentlichen eine große Menge an potenzieller Kapazität dar, die in einem kompakten System konzentriert ist. Diese konzentrierte und vereinfachte Kapazität kann viel Arbeit aufnehmen und ermöglicht dadurch viel Insourcing.

3. IP-Schutz des Kunden . Stabiltec verkauft nicht direkt an die Ölfelder; es produziert Teile für OEMs. Das bedeutet, dass der Shop Zugriff auf die Designs der OEMs hat, bevor der Rest des Marktes dies tut. Die Beibehaltung dieser Designs durch die Begrenzung des Outsourcings hilft dem Geschäft, das Vertrauen der Kunden zu gewinnen. Somit ist die vom Roboter bereitgestellte Insourcing-Kapazität nicht nur ein Effizienzvorteil, sondern auch ein Marketingvorteil.

4. Leichtere Erschließung zusätzlicher Geschäfte . Die Bearbeitungsanforderungen der Getriebekomponenten machten sie zu logischen Zielen für die Automatisierung, aber Stabiltec entdeckte bald, dass ihre Marktposition sie auch ideal für die Produktion in der Roboterzelle machte. Stabiltec ist bekannt für Richtbohren, und das Unternehmen wird oft von OEMs gesucht, die Richtbohr-Getriebesysteme mit neuen Designs herstellen möchten. Die effektive Herstellung dieses Kernprodukts hilft dem Unternehmen, Beziehungen aufzubauen, und die Beziehungen führen oft zu zusätzlichen Geschäftsmöglichkeiten. Mit anderen Worten:Verwenden Sie die Automatisierung, um den Teil, der Ihren Fuß in die Tür bringt, bestmöglich zu erledigen.

5. Größere Flexibilität . Es mag kontraintuitiv erscheinen, aber das Unternehmen sagt, dass die roboterbeladenen Maschinen flexibler sind als die von Mitarbeitern beaufsichtigten. Dies liegt daran, dass der Roboter in der Lage ist, einen neuen Prozess sofort zu „lernen“. Menschen tun dies nicht. Ein menschlicher Mitarbeiter muss geschult und schrittweise auf einen geänderten Satz von Verfahren umgestellt werden, aber ein Roboter kann innerhalb eines Tages neu eingesetzt und neu programmiert werden, ohne jemals zu veralteten Gewohnheiten zurückzukehren.

Genau so eine Veränderung stehe kurz bevor, sagt er. Derzeit findet die Bearbeitung der Getriebeteile zu viel in der Drehmaschine statt. Häufig bleibt das Bearbeitungszentrum warten. Daher wird Stabiltec eine zusätzliche Drehmaschine hinzufügen, um die Dreharbeit in dieser Zelle aufzuteilen. Der Roboter wird umprogrammiert, um Arbeit zwischen diesen drei Maschinen zu übertragen, anstatt wie bisher zwei. Diese neue Drehmaschine muss nicht so groß sein wie die jetzige, da das gesamte Langwerkzeugbohren und -bohren bei dieser ersten Maschine verbleibt. Somit wird die Werkstatt zum Preis einer relativ günstigen Werkzeugmaschine noch mehr von der potenziellen Produktivität der automatisierten Zelle ausschöpfen.

Mehr Kapazität folgt

Schweißen wird wahrscheinlich der nächste Kandidat für die Roboterautomatisierung sein, sagt Herr Boutte. Ähnlich wie bei der maschinellen Bearbeitung beinhalten bestimmte Schweißvorgänge einfache und sich wiederholende Aufgaben, die einen Mitarbeiter von höher qualifizierten Arbeiten abhalten. Im Bearbeitungsbereich hat der Roboter den Wert der Automatisierung dieser einfachen Aufgaben unter Beweis gestellt. Tatsächlich ist der einzige Ort, an dem der Roboter wie ein menschlicher Mitarbeiter ist, das ERP-System von Global Shop Solutions. Das Geschäft hat dem Roboter innerhalb dieser Software einen Mitarbeitercode gegeben, damit er die Leistung des Roboters als Ersatz für das manuelle Be- und Entladen verfolgen kann. Basierend auf dieser Nachverfolgung kann das Unternehmen sagen, dass der Roboter die Arbeitskosten im Zusammenhang mit der Bearbeitung von Getriebeteilen um 76 Prozent gesenkt und gleichzeitig die Bearbeitungskapazität von Getriebeteilen um 49 Prozent erhöht hat.

Es gibt noch mehr Kapazität zu gewinnen. Nachdem die zweite Drehmaschine hinzugefügt wurde, sagt Herr Boutte, dass die bedeutendste verbleibende Einschränkung die Stellfläche sein wird. Dass ein so einfacher Faktor so wichtig sein kann, mag überraschend erscheinen, aber im Fall von Stabiltec hat sich diese Einschränkung tatsächlich als einschränkend erwiesen. Einfach ausgedrückt, es gibt nur so viel Platz, um Waren in Reichweite des Roboters zu platzieren. Infolgedessen bestimmt dieser Raum, wie viel Produktion die Zelle liefern kann. Tatsächlich muss die Zelle aufgrund dieser Einschränkung noch keine vollen 24 Stunden laufen – normalerweise läuft sie stattdessen 16 bis 20 Stunden am Tag. Um dieses einfache Hindernis zu überwinden, erforscht das Unternehmen eine einfache Lösung:ein vertikales Gestellsystem, das die Leistung der Zelle dramatisch steigern wird.