PMI steigert Schweißeffizienz mit kollaborativen Robotern

Processed Metal Innovators LLC (PMI), Bloomer, Wis., ist ein Metallverarbeiter, der hunderte verschiedene gestanzte und geschweißte Metallteile für Schwerlastgeräte, Automobile, Haushaltsgeräte und mehr produziert. Teilesgrößen reichen von wenigen Zoll bis 10' (3,048 m), und von Dünnblech bis 3/4" (19,05 mm) und schwerer.

PMI startete in den frühen 1990ern mit sechs Mitarbeitern. 1998 zog es an den aktuellen Standort und beschäftigt jetzt weit über 100 Mitarbeiter. Die Anlage begann mit ca. 60.000 ft² (5.574 m²) und wurde seither auf mehr als 130.000 ft² (12.077 m²) erweitert.

Wegen weniger verfügbarer zertifizierter Schweißer und traditioneller Roboterschweißer, die kleine Serien nicht bewältigen können, wandte sich PMI dem neu veröffentlichten Universal Robots Cobot-betriebenen BotX Welder zu, um Produktivität und Rentabilität zu steigern.

Erik Larson, Vice President of Operations bei PMI, war es leid, Aufträge wegen Arbeitskräftemangel abzusagen. „Es gab viele Aufträge, die an unsere Tür klopften“, sagte er, „und viele davon haben wir in der Vergangenheit nicht bieten können, weil sie Schweißen erforderten. Wir haben nur etwa sieben Schweißer, und für einige dieser Jobs bräuchten wir neun oder zehn. Aktuell haben wir genug Angebote da draußen, dass wir 30 weitere Schweißer einstellen müssten.“ Mit dem Arbeitskräftemangel in Wisconsin vor dem neuartigen Coronavirus (COVID-19), der die Einstellung zertifizierter Schweißer erschwerte, und traditionellen Roboterschweißern, die für High-Mix/Low-Volume-Produktion nicht machbar waren, brauchte Larson eine andere Option.

Das Unternehmen hatte bereits kollaborative Roboter von Universal Robots (UR), Odense, Dänemark und Boston, eingesetzt, um zwei mechanische Pressen zu beschicken.

Die Cobots nehmen Teile von einem Förderband, legen sie in Pressen zum Stanzen und entfernen die Teile zu einem anderen Förderband. Die kollaborativen Roboter an den Pressen pausieren automatisch, wenn jemand die Arbeitszelle betritt, was sich als sicher und kosteneffektiv erwies und es Arbeitern ermöglichte, in höherwertige Rollen zu wechseln.

Die Cobots wurden von Hirebotics implementiert, einem UR-zertifizierten Systemintegrator, der cloud-vernetzte Roboter bereitstellt, die stundenweise für die Zeit abgerechnet werden, in der sie arbeiten, was Kapitaleinsatz eliminiert und Anwendungen vereinfacht. Dieser Erfolg führte PMI dazu, Anwendungen zur Automatisierung zu finden, um weiter zu wachsen. Als PMI von Hirebotics' neuem BotX Schweißer hörte, fügten sich die Teile zusammen.

„Wir wählten die BotX-Roboter, weil sie kollaborative Roboter sind und man kein großes Schutssystem um sie herum braucht. Sie sind sehr klein, einfach zu bedienen und sehr einfach zu programmieren. Es ist ein Win-Win-Paket – es ist die Zukunft für kleine Schweißnähte“, sagte Larson.

Der BotX Schweißer ist für einfache Implementierung und Programmierung konzipiert und kombiniert umfangreiches Schweiß-Know-how und zwei Jahre Entwicklungskooperation mit Red-D-Arc, Airgas und Air Liquide. Rob Goldiez, Mitgründer und CEO von Hirebotics, sagte: „Universal Robots ist aus mehreren Gründen eine großartige Wahl für diese Plattform: Erstens ist es eine extrem offene Plattform. Sie ermöglicht uns, zu steuern, wie der Roboter über die Cloud performt, und die neue e-Serie hat einzigartige Fähigkeiten in ihrem integrierten Kraft-Drehmoment-Sensor, den wir nutzen, um dem Endkunden ein besseres Benutzererlebnis zu bieten.“

Kunden können BotX die erforderlichen Schweißnähte über die Hirebotics-App auf einem Smartphone oder Tablet beibringen, wobei für BotX entwickelte Schweißbibliotheken verwendet werden.

„Das Hirebotics-Team kam herein, lud den BotX von ihrem Mietlaster, und innerhalb von zwei Stunden war er eingerichtet. Innerhalb einer halben Stunde lief er und ich programmierte ihn und machte alles selbst“, sagte Shaun Bruce, PMI's Robotik- und Automatisierungsbereichsleiter, und betonte die Hirebotics-App. „Ich bin kein zertifizierter Schweißer, aber ich kann einfach ein Programm laden, und ich habe meine Tische in Bildern abgebildet, also weiß ich, wo ich mein Werkzeug und mein Vorrichtungssystem platzieren muss, und ich kann innerhalb von 15 Minuten zwischen Teilen wechseln.“

Ein Schlüsselkonzept des HireBotics BotX Robotersystems ist, dass es keine Vorabinvestition gibt. Hirebotics liefert und richtet das System ein, und der Kunde muss nur Gas und Standardstrom liefern. Nach einer Risikobewertung ist keine spezielle Absperrung erforderlich, und das Unternehmen zahlt einen Stundensatz nur für die Zeit, in der der Roboter tatsächlich schweißt. „Verglichen mit dem, was ein Mitarbeiter für seinen Stundenlohn plus all seinen Overhead-Kosten bekommt, sparen Sie wahrscheinlich die Hälfte von dem, was Sie einen normalen Schweißer bezahlen würden“, sagte Larson.

Das neue Roboterschweißsystem hat bereits Auswirkungen auf die Fähigkeit des Unternehmens, neue Aufträge anzunehmen, trotz des akuten Schweißermangels, erklärte Larson. „Mit dem neuen BotX-System können wir rausgehen und Aufträge anbieten, die wir vorher nicht anbieten konnten, weil wir wissen, dass wir bis zur Annahme der Bestellung einen Roboter hier reinbekommen und bereit sind, die Teile zu schweißen, bevor die erste Bestellung überhaupt hereinkommt.“

Ein weiterer signifikanter Vorteil ist PMI's Fähigkeit, die BotX-Schweißnähte für Kunden zertifizieren zu lassen, die dies verlangen. „Das bedeutet jetzt, wir brauchen keine zertifizierten Schweißer mehr, um den Betrieb zu beaufsichtigen. Solange das Programm des Cobot-Schweißers zertifiziert ist, kann jeder Operator den Cobot-Schweißer bedienen. Das erschließt wirklich viele neue Ressourcen für uns“, sagte Larson.

Das ist möglich, weil Roboter und Programmierer von Schweißinspektoren zertifiziert werden, wobei dieselben Tests angewendet werden, die ein menschlicher Schweißer für die Zertifizierung durchläuft, mit Schweißproben und Zerstörungsprüfungen, um die Schweißnaht zu zertifizieren.

„Mit dem neuen BotX-System können wir einen Roboter hereinholen und drei Schichten fahren lassen, ohne drei Schweißer einstellen zu müssen. Wenn wir 30 Schweißer bräuchten, könnten wir 10 Roboter laufen lassen. Wir müssen zwar Mitarbeiter einstellen, um die Roboter zu bedienen, aber jetzt müssen sie keine qualifizierten Schweißer sein. Das gibt uns wirklich viele Ressourcen frei“, sagte Larson.

PMI hat auch traditionelle Schweißroboter im Haus, aber sie erfordern Vorrichtungen, die bis zu 16 Wochen Bauzeit benötigen. Besonders für Kleinserienteile stellte PMI fest, dass die Vorrichtungen nicht kosteneffektiv waren. PMI's Larson erklärte den Unterschied zum kollaborativen BotX-System.

„Die Tische, die mit dem BotX-Roboter kommen, beinhalten Spannsysteme und alles, was Sie brauchen, um Ihr Teil einfach auf dem Tisch zu spannen und ein paar Bilder davon zu machen. Sie haben ein kleines Diagramm davon, und jedes Mal, wenn Sie das Programm wieder laden, können Sie Ihr Teil genauso einrichten wie zuvor, also braucht es keine große oder teure Vorrichtung. Es gibt keine Kapitaleinlage, und es ist einfach Plug-and-Play.“

Zusätzlich kann Ausfallzeit bei traditionellen Robotern bis zu zwei Wochen dauern, bis ein Servicetechniker das Problem behebt. Im Vergleich dazu beinhaltet das HireBotics BotX-System eine 24-Stunden-Service-Option, die per Knopfdruck in der Hirebotics-App reagiert. Larson sagte: „Du gehst auf dein Handy, klickst die App an, und sie antworten.“ Sein Kollege Shaun Bruce fügte hinzu: „Wenn ich irgendein Problem habe, kann ich Hirebotics in dieser App eine Nachricht schicken und sofort eine Antwort zurückbekommen. Es sind nicht Stunden des Wartens, nicht Tage des Wartens; es sind manchmal Sekunden, und für Echtzeit-Fehlerbehebung ist das Problem innerhalb von Minuten gelöst.“

Wie in jeder Schweißerei ist die Gewinnmarge bei größeren Schweißkonstruktionen deutlich höher als bei kleinen Schweißnähten. „Wir können unsere bestehenden manuellen Schweißer jetzt auf die größeren Teile umverteilen, während wir die kleinen Teile trotzdem erledigen“, sagte Larson. „Also ersetzen wir niemanden in unserem Unternehmen durch Roboter; wir verschieben nur Leute dorthin, wo sie den meisten Mehrwert schaffen.“

Larson hat auch festgestellt, dass die Roboter jüngere Arbeiter ansprechen, die in Fertigungsjobs oft schwer einzustellen und zu halten sind. Er sagte: „Wir stellten fest, als wir diese Roboter einsetzten und nach einer Person suchten, die Roboter- und Technologie-Leiter wird, viele jüngere Mitarbeiter, die sich alle für diese Position interessierten. Sie mögen ihre Handys und Computer. Es ist ein großer Hit für die jüngere Generation, die in Technologie steckt und mit Robotern arbeiten und sie programmieren will.“

Während junge Menschen sich vielleicht zu kollaborativen Robotern für das Schweißen hingezogen fühlen, brauchte der Einsatz eines Cobots in der Fertigungsindustrie etwas Überzeugungsarbeit, erklärte Hirebotics' Rob Goldiez. „Die meisten Leute, die lange in der Branche sind, glauben, Schweißen – was eine schwere Aufgabe ist – sei am besten für traditionelle Roboter geeignet. Sie denken nicht, dass ein kollaborativer Roboter der Aufgabe gewachsen ist. Eines der ersten Dinge, die wir tun mussten, war, unseren Partnern bei Airgas und Air Liquide zu beweisen, dass ein kollaborativer Roboter effektiv schweißen kann.“

„Das wurde überzeugend bewiesen, und es geht nicht nur um die Bewegung des Schweißens“, fuhr Goldiez fort. „Das ist der Roboter, der eine Schweißnaht legt und sie dann schneidet und analysiert und röntgt, um sicherzustellen, dass sie den Standards entspricht, die sie erwarten und ihrem Kundenstamm präsentieren wollen.“

Einmal überzeugt, spielten diese Expertenpartner wichtige Rollen in der BotX-Entwicklung und -Implementierung. „Die Teams bei Air Liquide, Airgas und Red-D-Arc hatten tiefes, tiefes Schweiß-Know-how, das verwendet wird, um eine über die Cloud an die Roboter gelieferte Schweißbibliothek aufzubauen“, sagte Goldiez. „Das sind Schweißbibliotheken, die in einem F&E-Zentrum entwickelt wurden, das Air Liquide mit international renommierten Schweißexperten hat.“

Hirebotics kann auch Kundenfeedback schnell einbeziehen. Während frühe Versionen grundlegende Schweißnähte wie Gerade, Naht- und Punktschweißnähte boten, veranlasste Benutzerfeedback von frühen Kunden wie PMI Hirebotics, schnell anspruchsvollere Prozesse zu entwickeln, einschließlich Mehrsegment- und Radialschweißnähte.

Diese Expertise liefert nun konkrete Ergebnisse, einschließlich Konsistenz, die sogar manuelle Schweißer nicht erreichen können. PMI's Larson sagte: „Mit dem BotX-Robotersystem ist die Qualität der Schweißnähte großartig, weil, wenn Sie eine Schweißnaht an dieser spezifischen Stelle programmieren, die Schweißnaht an dieser spezifischen Stelle sein wird. Wenn Sie sie auf 2" (50,8 mm) an dieser Naht programmieren, egal wer das Programm ausführt oder wer das Teil einrichtet, wird es alle 2" an dieser Naht sein.“ Das ist bei menschlichen Schweißern nicht unbedingt der Fall, fügte Larson hinzu. „Sie gehen zurück zum traditionellen Handschweißer, und die sind sich nicht sicher, wie viel 2" ist – es könnte 1,25" (31,75 mm) sein, es könnte 1,5" (38,1 mm) sein, es könnte ein 2"-Gap sein oder ein 2,5" (63,5 mm) Gap. Also nimmt es wirklich das Raten heraus, sicherzustellen, dass Sie die Schweißnaht an der richtigen Stelle ablegen.“

Für weitere Informationen zu Processed Metals Innovators besuchen Sie www.pmillc.com oder rufen Sie 888-877-7277 an. Für weitere Informationen zu Universal Robots besuchen Sie www.universal-robots.com oder rufen Sie 844-462-6268 an.