Universal Robots verdoppelt Produktion bei Tool Gauge bei kontrollierten Personalkosten

Mehr Technologie statt mehr Personal

Das in Tacoma, Washington ansässige Unternehmen Tool Gauge fertigt präzise Metall- und Kunststoffkomponenten und Baugruppen für die Luftfahrtindustrie. Die Produktion dieser arbeitsintensiven Produkte in einem angespannten Arbeitsmarkt stellt erhebliche Herausforderungen dar. Mit langfristigen Kundenverträgen, die nicht neu verhandelt werden können, wandte sich Tool Gauge der Automatisierung zu, um Personalkosten zu begrenzen und zu kontrollieren. Zwei kollaborative Roboter von Universal Robots erreichten dieses Ziel, während sie gleichzeitig Ausschuss reduzierten und die Produktqualität verbesserten.

Und während der Bedarf an zusätzlichen Arbeitskräften für repetitive, unerwünschte Jobs sank, fand Tool Gauge neue Möglichkeiten für Mitarbeiter, Mehrwert zu schaffen, Sicherheit zu verbessern und Arbeitszufriedenheit zu gewinnen.

Jim Lee, General Manager von Tool Gauge, stellt sich den harten Realitäten des globalen Marktes.

Obwohl das Unternehmen vielen seiner Kunden im pazifischen Nordwesten nahe ist, können diese weltweit Geschäfte tätigen, auch in deutlich günstigeren Arbeitsmärkten.

„Es wurde uns klar, dass wir nicht durch mehr Personal konkurrieren können, sondern durch mehr Technologie und dann durch mehr Wertschöpfung mit dieser Technologie“, sagt er.

Die Festpreisverträge des Unternehmens können fünf bis sieben Jahre laufen, ohne Möglichkeit zur Neuverhandlung, selbst wenn Personalkosten steigen. Tool Gauge musste Effizienzen einbauen – und fand, dass Cobots von Universal Robots (UR) die perfekte Lösung waren.

Lee beschreibt die drei entscheidenden Vorteile von UR-Cobots: „Wir wählten Universal Robots, weil erstens sie Cobots sind: Wir hatten immer etwas Angst vor Automatisierung, weil es eine riesige Kapitalinvestition bedeutet, aber das ist bei Universal Robots nicht der Fall. Zweitens machten wir uns Sorgen, Teile unserer Fertigung für Automationszellen abzutrennen, was wir bei UR nicht müssen. Und drittens können wir die UR-Cobots für hunderte verschiedene Aufgaben konfigurieren; sie sind hochkonfigurierbar und leicht zu versetzen. Für uns war es wirklich die einzige Lösung.“

Implementierter Cobot liefert sofortigen Return

Tool Gauge installierte zwei UR-Cobots für repetitive, personalintensive Anwendungen in den Abteilungen Metall- und Kunststoffteile.

Auf der Metallseite wurde ein leicht beschädigtes, bearbeitetes Kupferteil von einem voll ausgelasteten CNC-Facharbeiter gefertigt, der lediglich Teile vom CNC-Ausstieg nahm, reinigte, spülte, trocknete und in Kartons packte. Jetzt passieren die Teile einen Näherungssensor, der ein Signal an einen UR3-Cobot sendet, sie aufzunehmen. Der Cobot legt die Teile in ein Spülbad, hält sie dann vor einen Trockner und lässt sie in einzelne Kartonzellen fallen.

Tool Gauge konnte den im UR-Cobot integrierten Palettier-Assistenten nutzen, um den Roboter einfach so zu programmieren, dass er jedes Teil in einem Gittermuster in eine offene Zelle der Box ablegt.

„Als wir den Universal Robot einsetzten, ergab das eine Ersparnis von 9.000 $ durch reduzierten Personaleinsatz bereits beim ersten Auftrag, und wir erwarten, diesen mehrfach in der Zukunft zu fahren“, sagt Lee, der die Talente seines Facharbeiters nicht mehr verschwendet, sondern ihn auf höherwertige Projekte wie Einrichtung und Programmierung der CNC-Maschinen konzentrieren kann.

Cobot verdoppelt Produktion

In der Spritzgussabteilung wird ein UR5-Roboter für eine komplexe Kunststoff-Extrusionsbaugruppe eingesetzt, der Endkappen für ein Kunststoffpanel aufnimmt, sie durch einen Klebstoffspender führt.

Nach korrektem Klebstoffauftrag in der Endkappe platziert der UR5 das Teil in einem Aktuator auf einem Tisch, wo es geklemmt wird. Ein Operator übernimmt dann, prüft die Verklebung und entnimmt das Teil. Diese Aufgabe erforderte früher vier Operatoren, um etwa 200 Einheiten pro Tag zu produzieren. Jetzt produziert ein Operator mit dem UR5-Cobot 400 Einheiten pro Tag.

Der Klebevorgang hatte auch eine relativ hohe Ausschussrate. Tool Gauge Fertigungsingenieur Steven Ouzts erklärt: „Jederzeit, wenn man mit Klebstoff arbeitet, gibt es so viele Variablen, die das Ergebnis negativ beeinflussen können. Wir wollten weg von manuellem Kleben hin zu roboterappliziertem Kleben, um die Wiederholgenauigkeit eines Roboters zu nutzen. Unsere Ausschussraten sanken von 15 Prozent auf nur drei Prozent.“

„Was ich für eine der schwierigsten Montageoperationen hielt – einen Roboter Klebstoff auf einer sehr komplexen Oberfläche auftragen zu lassen – funktioniert sehr, sehr gut“, fügt Lee hinzu.

Neben der Personaleinsparung betont Lee auch die Qualität und Konsistenz der robotischen Verklebung und die Tatsache, dass Operatoren Zeit haben, die Verklebung zu prüfen, statt nur so schnell wie möglich Teile zu produzieren.

Nicht nur war es für einen menschlichen Operator schwierig, Klebstoff jedes Mal genau gleich aufzutragen, auch potenzielle Verletzungen waren ein Problem.

„Der Bereich, auf den der Klebstoff aufgetragen werden muss, ist unglaublich schmal, sodass Operatoren im Laufe der Zeit Ermüdung in den Händen spürten“, sagt Ouzts.

Diese Ermüdung gehört nun der Vergangenheit an.

„Es ist sehr schön, den Universal Roboter in dieser Zelle zu haben, weil er so sicher ist. Man muss sich keine Sorgen über Verletzungen durch diesen Cobot machen“, sagt er.

Weniger Repetitive-Verletzungen

Tool Gauge CEO Debbie Lee sagt, das Unternehmen habe zusätzliche Einsparungen durch einen Rückgang von Repetitive-Motion-Verletzungen erzielt.

„Wir haben eine Reduzierung der Arbeitsunfallansprüche auf unserem Produktionsboden gesehen, da Robotik diese monotonen Aufgaben übernimmt“, sagt sie und fügt hinzu, dass die Roboter Tool Gauge ermöglicht haben, jüngere Arbeiter anzusprechen, was einen Einstellungsvorteil für frisch Graduierte bietet, die mit spannenden, interessanten Technologien arbeiten wollen. „Mit den Cobots zu arbeiten ist etwas, das sie genießen, es ist eher ein geschicktes Hobby, als nur hereinzukommen und eine Maschine zu bedienen.“

Einfache Programmierung entscheidend für manche Mitarbeiter

Vor den Universal Robots hatte Fertigungsingenieur Ouzts minimale Robotererfahrung – nur etwas College-Zeit mit einem traditionellen, nicht intuitiven SCARA-Roboter.

So war die einfache UR-Programmiererfahrung ein riesiger Vorteil, sagt er. „Beim Wechsel zu Universal Robots war die intuitive Natur der grafischen Benutzeroberfläche das, was mich wirklich anzog. Ich schätze sehr, wie alle Begriffe in der Software in Laienbegriffen gehalten sind. Ich kann sie viel leichter verstehen und genau nachvollziehen, wie der Code von Anfang bis Ende läuft, und ich bekomme sehr gute grafische Rückmeldung, was meine Aktionen den Roboter tun lassen.“

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, die Auswahl am I/O-Bildschirm am Teach Pendant des UR3 und das Warten auf ein Signal des Sensors, das dem Cobot sagt, wann es Zeit ist, ein Teil aufzunehmen.

Mitarbeiter heißen Cobot-Kollegen willkommen

Einer der ersten Gründe, warum Tool Gauge Automatisierung in Betracht zog, war der schwere Arbeitskräftemangel. Das Unternehmen sah sich der Notwendigkeit gegenüber, bis zu hundert neue Mitarbeiter einzustellen, die im angespannten Arbeitsmarkt des pazifischen Nordwestens schlicht nicht verfügbar waren.

Mit den UR-Cobots kann das Unternehmen diese Zahl halbieren, während es Arbeiter für Jobs einstellen kann, die sie wollen.

„Wir stellten fest, dass die Leute, die die Jobs machten, die der Roboter übernehmen würde, wirklich glücklich waren, diese Jobs nicht mehr machen zu müssen“, sagt Lee. „Ich denke, wir werden noch viel mehr bestellen, weil die Leute gerne neben den Robotern arbeiten. Sie sind leise und sehr vorhersehbar in dem, was sie produzieren und wie viele Dinge sie tun können. Wenn Sie all unsere Mitarbeiter fragen, ob sie Bedenken hätten, neben einem Universal Robot zu arbeiten, wäre die Antwort emphatisch: ‚Absolut keine‘.“

ROI schneller als erwartet

In der Luftfahrtindustrie, wo Produktdesigns 20 oder 30 Jahre unverändert bleiben können, sind die Erwartungen an die Amortisation von Kapitalinvestitionen länger als in vielen anderen Branchen. Lee dachte ursprünglich, dass eine drei- bis vierjährige Amortisation der Roboterinvestition gut wäre. Er wurde von den Universal Robots angenehm überrascht: 50 Prozent ROI beim UR5 bereits im ersten Quartal der Produktion, ähnlich beim UR3, mit erwarteter Amortisation für beide Roboter unter einem Jahr. „Wir sind sehr begeistert davon“, sagt er.

Die Fähigkeit der Cobots, leicht versetzt und für zusätzliche Prozesse neu programmiert zu werden, mit einfachen Wechseln des End-of-Arm-Toolings, lässt Tool Gauge eine breite Palette von Aufgaben betrachten, wo Cobot-Vorteile Prozesse und Output verbessern können.

So könnten beispielsweise traditionelle Roboter an Spritzgussmaschinen durch kollaborative Roboter ersetzt werden, und Cobots könnten Pressen und andere Bearbeitungsaufgaben sowie Endmontage beschicken.

So einfach es ist, die Cobots für neue Anwendungen zu versetzen, freut sich Ingenieur Ouzts darauf, weitere Universal Robots für zusätzliche High-Volume-Jobs einzusetzen, einschließlich eines für Nieten und Montage.

„Ein bestimmtes Teil erfordert 20 Nieten, und da es so hochvolumig ist, sahen wir sofort eine Anwendung für einen Roboter dort“, sagt er. „Wir können ein halbautomatisches Nietgerät am Ende des Arms befestigen, das alle Nieten für uns setzt. Wir planen, dies an der Spritzgusspresse zu tun, damit dieses Teil nie den Bereich für Sekundäroperationen verlassen muss.“