UR hilft Tool Gauge dabei, die Produktion von Komponenten zu verdoppeln

Die Entscheidung, mehr Technologien statt mehr Körper hinzuzufügen

Tool Gauge mit Sitz in Tacoma, Washington, stellt Präzisionskomponenten und -baugruppen aus Metall und Kunststoff für die Luft- und Raumfahrtindustrie her. Die Herstellung dieser arbeitsintensiven Produkte in einem angespannten Einstellungsmarkt ist mit erheblichen Herausforderungen verbunden. Bei langfristigen Kundenverträgen, die nicht neu verhandelt werden können, wandte sich Tool Gauge der Automatisierung zu, um die Arbeitskosten zu senken und einzudämmen. Zwei kollaborative Roboter von Universal Robots haben dieses Ziel erreicht und gleichzeitig Ausschuss reduziert und die Produktqualität verbessert.

Und während Tool Gauge den Bedarf an zusätzlichen Arbeitskräften für sich wiederholende, unerwünschte Jobs reduzierte, entdeckte Tool Gauge auch neue Möglichkeiten für Mitarbeiter, einen Mehrwert zu schaffen, die Sicherheit zu verbessern und die Arbeitszufriedenheit zu steigern.

Jim Lee, General Manager von Tool Gauge, sieht sich den harten Realitäten der Geschäftstätigkeit auf einem globalen Markt gegenüber.

Obwohl das Unternehmen vielen seiner Kunden im pazifischen Nordwesten nahe steht, können diese Kunden überall auf der Welt Geschäfte tätigen, auch auf Arbeitsmärkten mit viel niedrigeren Kosten.

„Uns wurde klar, dass wir nicht konkurrieren können, indem wir mehr Karosserien hinzufügen, sondern mehr Technologie hinzufügen und dann mit dieser Technologie mehr Wert schaffen“, sagte er.

Die Festpreisverträge des Unternehmens können sich über fünf bis sieben Jahre erstrecken, ohne dass selbst bei steigenden Arbeitskosten nachverhandelt werden kann. Tool Gauge musste die Effizienz steigern – und stellte fest, dass Cobots von Universal Robots (UR) die perfekte Lösung waren.

Lee beschrieb die drei Hauptvorteile der kollaborativen Roboter von UR. „Wir haben uns für Universal Robots entschieden, weil es sich zum einen um Cobots handelt:Wir hatten immer irgendwie Angst vor der Verwendung von Automatisierung, weil es eine enorme Kapitalinvestition gibt, aber das ist bei den Universal Robots nicht der Fall. Zweitens waren wir besorgt darüber, Teile unserer Fertigung abzuschirmen, um Automatisierungszellen einzubauen, was bei UR nicht der Fall ist. Und drittens können wir die UR-Cobots so konfigurieren, dass sie Hunderte verschiedener Dinge tun; Sie sind hochgradig konfigurierbar und lassen sich leicht verschieben. Für uns war es also wirklich die einzige Lösung.“

Implementierter Cobot treibt sofortige Rückkehr voran

Tool Gauge installierte zwei UR-Cobots, um sich wiederholende, arbeitsintensive Anwendungen in seinen Abteilungen für Metall- und Kunststoffteile zu bewältigen.

Auf der Metallseite wurde ein leicht zu beschädigendes Kupferteil von einem vollständig betreuten CNC-Maschinenmechaniker hergestellt, um die Teile einfach aus der CNC-Rutsche zu ziehen, zu reinigen, zu spülen, zu trocknen und zu verpacken. Jetzt passieren die Teile einen Näherungssensor, der ein Signal an einen UR3-Cobot sendet, um sie aufzunehmen. Der Cobot legt Teile in ein Spülbad und hält sie dann vor einen Trockner, wo sie anschließend in einzelne Kartonzellen fallen.

Tool Gauge konnte den in den UR-Cobot integrierten Palettierassistenten verwenden, um den Roboter einfach so zu programmieren, dass er jedes Teil in einem Gittermuster in eine offene Zelle in der Kiste fallen lässt.

„Als wir den Universal Robot einführten, bedeutete dies eine Einsparung von 9.000 US-Dollar durch den reduzierten Arbeitsaufwand bei der allerersten Bestellung, und wir erwarten, dass dies in Zukunft mehrere Male ausgeführt wird“, sagte Lee, der die Talente seines Maschinisten nicht länger verschwendet kann ihn sich aber auf höherwertige Projekte wie das Einrichten und Programmieren der CNC-Maschinen konzentrieren.

Cobot verdoppelt die Produktion

In der Spritzgussabteilung wird ein UR5-Roboter für eine komplizierte Kunststoffextrusionsmontage verwendet, wobei Endkappen für eine Kunststoffplatte aufgenommen und durch einen Leimspender geführt werden.

Nach korrekter Abgabe des Klebstoffs in die Endkappe platziert der UR5 das Teil in einem Aktuator auf einem Tisch, wo das Teil eingespannt wird. Ein Bediener übernimmt dann, prüft die Verleimung und entnimmt das Teil. Früher erforderte diese Aufgabe vier Bediener, um etwa zweihundert Einheiten pro Tag zu produzieren. Jetzt erfordert die automatisierte Anwendung einen Bediener, der mit dem UR5-Cobot arbeitet, um vierhundert Einheiten pro Tag zu produzieren.

Der Verbindungsvorgang hatte auch eine ziemlich hohe Zurückweisungsrate. Werkzeuglehren-Fertigungsingenieur Steven Ouzts erklärt:„Jedes Mal, wenn Sie mit Klebstoff arbeiten, gibt es so viele Variablen, die sich negativ auf die Ergebnisse Ihres Produkts auswirken können, deshalb wollten wir von der von Menschen durchgeführten Verklebung auf die von Robotern aufgebrachte Verklebung umsteigen, um die Vorteile zu nutzen der Wiederholbarkeit, die ein Roboter bietet. Unsere Ausschussquote wird von 15 Prozent auf nur noch drei Prozent gesenkt.“

Lee fügte hinzu:„Was ich für eine der schwierigsten Montageoperationen hielt – die Verwendung eines Roboters zum Auftragen von Klebstoff auf eine sehr komplexe Oberfläche – funktioniert sehr, sehr gut.“

Abgesehen von der Arbeitsersparnis betont Lee auch die Qualität und Konsistenz der Roboterverbindung und die Tatsache, dass die Bediener Zeit haben, die Verbindung zu überprüfen, anstatt das Teil nur so schnell wie möglich zu produzieren.

Es war nicht nur schwierig für einen menschlichen Bediener, den Klebstoff jedes Mal auf die gleiche Weise zu dosieren, es gab auch Bedenken hinsichtlich möglicher Verletzungen.

Sagte Ouzts:„Der Bereich, auf den der Klebstoff aufgetragen werden muss, ist unglaublich schmal, sodass die Bediener im Laufe der Zeit Ermüdung in ihren Händen bemerkten.“

Diese Müdigkeit gehört nun der Vergangenheit an.

„Es ist sehr schön, den Universal Robot in dieser Zelle zu haben, weil er so sicher ist. Sie müssen sich keine Sorgen um Verletzungen durch diesen Cobot machen“, sagte er.

Verletzungen durch wiederholte Bewegungen unten

Debbie Lee, CEO von Tool Gauge, sagte, das Unternehmen habe zusätzliche Einsparungen durch einen Rückgang von Verletzungen durch wiederholte Bewegungen erzielt.

„Wir haben einen Rückgang der Arbeits- und Industrieansprüche in unserer Produktion festgestellt, da die Roboter diese monotonen Aufgaben übernehmen“, sagte sie und fügte hinzu, dass die Roboter es Tool Gauge ermöglicht haben, jüngere Arbeitnehmer anzusprechen, was einen Einstellungsvorteil für junge Absolventen bietet die mit spannenden, interessanten Technologien arbeiten wollen. „Die Arbeit mit den Cobots macht ihnen Spaß, es ist eher ein qualifiziertes Hobby, als einfach nur reinzukommen und eine Maschine zu bedienen.“

Einfacher Programmierschlüssel für einige Arbeiter

Vor den Universal Robots hatte Fertigungsingenieur Ouzts nur minimale Erfahrung mit Robotern – nur einige Zeit im College mit einem traditionellen, nicht intuitiven SCARA-Roboter.

Die einfache UR-Programmiererfahrung war also ein großer Vorteil, sagte er. „Beim Wechsel zu Universal Robots hat mich die intuitive Art der grafischen Benutzeroberfläche wirklich angezogen. Ich schätze es sehr, dass alle Begriffe in der Software für Laien verständlich sind. Ich kann sie viel leichter verstehen und weiß genau, wie der Code von Anfang bis Ende abläuft, und ich bekomme sehr gutes positives grafisches Feedback darüber, was meine Aktionen den Roboter veranlassen werden.“

Ein weiterer Vorteil der Universal Robots ist, wie einfach es ist, digitale und analoge Eingangssignale an eine Steuerbox anzuschließen.

Ouzts stellte fest, dass die Verwendung des Näherungssensors so einfach war wie das Einstecken der Drähte in einen der 12-Volt-Digitaleingänge, das Auswählen auf dem E/A-Bildschirm auf dem Programmierhandgerät des UR3 und das Warten auf ein Signal vom Sensor, um es dem Cobot mitzuteilen wenn es Zeit ist, ein Teil abzuholen.

Mitarbeiter begrüßen Cobot-Kollegen

Einer der ersten Gründe, warum sich Tool Gauge mit der Automatisierung befasste, war die Bewältigung des ernsthaften Arbeitskräftemangels. Das Unternehmen prüfte die Notwendigkeit, bis zu hundert neue Mitarbeiter einzustellen, die auf dem angespannten Arbeitsmarkt im pazifischen Nordwesten einfach nicht verfügbar waren.

Mit den UR-Cobots kann das Unternehmen diese Zahl halbieren und gleichzeitig Arbeiter für gewünschte Jobs einstellen.

„Wir fanden heraus, dass die Leute, die die Aufgaben erledigten, die der Roboter erledigen würde, wirklich froh waren, diese Aufgaben nicht mehr machen zu müssen“, sagte Lee. „Ich denke, dass wir noch viel mehr bestellen werden, weil die Leute gerne neben den Robotern arbeiten. Sie sind ruhig und sehr vorhersehbar in Bezug auf das, was sie produzieren und die Anzahl der Dinge, die sie tun können. Wenn Sie alle unsere Mitarbeiter fragen, ob sie irgendwelche Bedenken haben, neben einem Universal Robot zu arbeiten, wäre die Antwort eindeutig ‚Absolut keine‘.“

ROI schneller als erwartet

In der Luft- und Raumfahrtindustrie, wo Produktdesigns 20 oder 30 Jahre lang unverändert bleiben können, sind die Erwartungen an die Kapitalrendite länger als in vielen anderen Branchen. Lee dachte zunächst, dass sich die Roboterinvestition über drei oder vier Jahre amortisieren würde. Er war angenehm überrascht von den Universal Robots, die einen ROI von 50 Prozent für den UR5 innerhalb des ersten Produktionsquartals und einen ähnlichen Wert für den UR3 sahen, und mit einer erwarteten Amortisation für beide Roboter in weniger als einem Jahr. "Wir sind sehr begeistert davon", sagte er.

Die Fähigkeit der Cobots, für zusätzliche Prozesse leicht bewegt und neu programmiert zu werden, mit einfachen Wechseln der End-of-Arm-Werkzeuge, ermöglicht es Tool Gauge, eine breite Palette von Aufgaben zu betrachten, bei denen Cobot-Vorteile Prozesse und Leistung verbessern können.

Beispielsweise könnten herkömmliche Roboter auf Spritzgussmaschinen durch kollaborative Roboter ersetzt werden, und Cobots könnten Pressen und andere Bearbeitungsaufgaben sowie die Endmontage übernehmen.

So einfach es auch ist, die Cobots in neue Anwendungen zu bringen, freut sich Ingenieur Ouzts darauf, weitere Universal Robots einzusetzen, um zusätzliche Aufträge mit hohem Volumen zu übernehmen, darunter einen zum Nieten und Montieren.

„Ein bestimmtes Teil erfordert die Installation von 20 Nieten, und da es sich um ein so hohes Volumen handelt, sahen wir sofort eine Anwendung für einen Roboter genau dort“, sagte er. „Wir können eine halbautomatische Nietpistole am Ende des Arms anbringen lassen, die das gesamte Nieten für uns erledigt. Wir planen, dies an der Spritzgusspresse zu tun, sodass dieses Teil diesen Bereich nie für sekundäre Operationen verlassen muss.“