Flexibel automation vid hög mix och låg volymproduktion

Introduktion

Sverige har varit ett föregångsland när det gäller att automatisera och effektivisera produktionsprocessen vid större produktionsvolymer. Inom gruppen små och medelstora företag (SMF) och småserietillverkning ser bilden annorlunda ut. Företagen har mestadels låg automationsgrad: 10 robotar på 10 000 anställda enligt International Federation of Robotics. Sverige har halkat efter övriga världen avseende automation, därav regeringens satsning på automation och robotisering genom bland annat ”Robotlyftet”.

Det har tidigare varit mycket svårt att automatisera småserietillverkning, som är vanlig i svenska SMF. Det har resulterat i att automationsgraden är extremt låg och att vissa SMF har svårt att attrahera medarbetare till tunga och monotona arbetsuppgifter, samtidigt som de inte är konkurrenskraftiga.

Megatrenden hög mix och låg volym driver behov av flexibilitet

Trenderna ”ökad global konkurrens” och ”hög mix och låg volym” driver kraftigt ökad automation generellt och i synnerhet flexibel och framtidssäker automation. Bakgrunden är att kunderna vill ha större valfrihet av produktkonfigurationer, kortare produktlivslängder och högre konkurrens. Detta är även något som International Federation of Robotics trycker på, se bild nedan.

Varför det är svårt att automatisera hög mix och låg volym

De flesta robotlösningar som finns i industrin har varit gjord med traditionell teknik och framförallt för hög volymproduktion med specialbyggda robotceller som är gjorda för att hantera få produkter i många skift under många år.

Det krävs mer flexibla lösningar för att automatisera småserie- samt hög mix och låg volymproduktion samt möta de behov av flexibilitet som även stora OEM och Tier1 ser i deras framtida behov som går mot större produktmix.

Många företag vill automatisera småserieproduktion, men det är svårt av flera anledningar, se nedan:

Med ny teknik öppnas nya möjligheter till flexibel automation, såsom

• snabb och enkel programmering
• flyttbara robotar
• säkerhetslösningar utan staket även vid hög fart och hög last
• flexibla gripdon
• full manuell access till maskinen

Ny teknik öppnar nya möjligheter till flexibel automation, ett exempel är OpiFlex flexibla mobila robotcell med enkel programmering samt säkerhetslösning utan staket, se video nedan

Även OEM- och Tier1-koncerner drivs mot behov av högre flexibilitet

Vi ser mer och mer stora koncerner inom t ex bilindustrin, elektronikindustri, vitvaror etc som drivs av kortare serier och högre mix och där övergripande flexibilitet blir viktigare för dem. Många stora OEM har sett en utmaning av ökad automation då de ”låst in sig” med traditionella fasta robotceller med staket då det är svårt att anpassa dessa för nya produkter eller bara att ändra layout i verkstaden.

Baserat på intervjuer och diskussioner med mer än 30 globala OEM- och Tier1-koncerner inom olika branscher som fordonsindustri, elektronikindustri, vitvaror, konsumtionsvaror och möbelindustri har följande fem gemensamma utmaningar och behov kommit fram:

Snabb integration och installation – de vill att det går snabbt, några dagar istället för några veckor, för att snabba upp omställning och undvika förlorad produktion.

Snabb och enkel upp och ner rampning av produktion – de vill kunna rampa upp och ner produktion med flexibla lösningar, så att de bättre kan utnyttja investeringarna och anpassa produktion för nya produkter.

Flexibla konfigurationer och snabb programmering – de vill snabbt kunna ställa om, så att de kan anpassa produktion för nya produkter och mixa många produkter i samma linje/maskin.

Ändra layout enkelt och slippa staket – de vill slippa staket så att de snabbt ska kunna flytta maskiner och linjer med dess robotceller, så att de ej blir inlåsta i en viss layout.

Framtidssäkra och standardiserade lösningar – då produktmixen ökar så behövs robotcellerna enkelt kunna återanvändas och då önskas flexibla lösningar som är standardiserade. Mobila robotar är ej en fast tillgång vilket ger nya möjligheter till flexibilitet.

När vi studerat vad som är viktigt har följande kommit fram för att skapa en flexibel robotlösning framtidssäker lösning:

Snabb och enkel programmering – är mycket viktigt, speciellt vid mindre serier. Operatören ska själv kunna skapa nya program snabbt och enkelt. Det finns olika lösningar för enkel programmering. Hur kort seriestorlek som är lönsamt att använda robot för, är avhängigt hur snabbt och enkelt det är att programmera. Det finns olika lösningar som gör att operatören ska själv kunna skapa nya program snabbt och enkelt,

Flexibla gripdon – det är mycket viktigt att ha flexibla gripdon som enkelt kan ställas om och användas till många olika produkter är viktigt. Behöver du skapa ett nytt gripdon för varje ny produkt, så ökar kraftigt seriestorlek som är lönsamt att använda roboten till.

Full manuell access till maskinen – vid småserietillverkning kan oftast inte alla produkter köras beroende på seriestorlek, batchstorlek samt om det är greppbart för roboten. Vid snabb och enkel programmering och flexibla gripdon så kan beroende på produktmix ca 70-80% av artiklarnas köras, vilket gör att 20-30% behöver köras manuellt. Vid traditionell programmering så kan beroende på produktmix ca 20-50% kan köras med robot, vilket gör att hela 50-80% behöver köras manuellt. Det finns olika lösningar som gör att du får manuell access till maskinen, från att den står vid sidan, kan flyttas åt sidan eller kan flyttas till andra maskiner.

Säkerhetslösningar utan staket – Det finns ett kraftigt ökat intresse för att slippa staket för att minska robotceller, öka flexibilitet och framtidssäkra lösning så att det enkelt går att ändra på layouten i verkstaden. Fundera på vilken säkerhetslösning som passar för dig. Behöver operatören samarbeta med roboten och dela arbetsområde eller vill du att roboten ska jobba med hög fart och hög last och slippa staket?

Det finns säkerhetslösningar utan staket även vid hög fart och hög last, exempelvis finns en patenterad lösning från svenska OpiFlex som uppfyller EU:s maskindirektiv 2006/42 / EG, bilaga II 1. A (EN ISO 10218-2) samt ISO / TS 15066: 2016. För OpiFlex flexibla mobila robotcell med patenterade säkerhetslösning utan staket gjord av SICK, se video nedan.

Många kollaborativa lösningar där avsikten är att människa och robot ska arbeta nära och samarbeta blir långsamma och svåra att CE märka. År 2016 kom en ny teknisk specifikation runt kollaborativa robotar och dess applikationer. ISO / TS 15066: 2016 specificerar säkerhetskrav för kollaborativa industrirobotsystem och applikationer. Där finns fem olika typer av samarbete mellan robot och människa definierade, se bild nedan. vilket gör att om det finns risk att man kan göra sig illa på något i gripdonet behöver de stå bakom staket eller ha andra säkerhetsskydd.

Flyttbar robot, dela robotcell enkelt och öka produktiviteten – med en flyttbar robot kan du enkelt dela robotceller med flera maskiner, skapa olika flexibla konfigurationer, få full manuell access samt framförallt dra nytta av den ökad produktivitet på uppåt 60-70% en robot ofta erbjuder. Detta är extra viktigt vid småserietillverkning då oftast 70-80% av volymen är möjlig att köra med robot. Om du kör manuellt 16 timmar per dag, så är roboten kanske klar på 12 timmar om hela volymen kan köras och efter ca nio timmar om 75% av volymen kan köras. Då kan du snabbt dela den med en annan maskin istället för att den står stilla som många fasta robotar gör och en mervolym kan säljas.

Välj inte för liten robot – Titta inte på hanteringskapacitet för en viss process utan tänk framåt. Vilka maskiner ska du betjäna om 5-10 år? Oftast är lång räckvidd viktigast gärna 2,5 m, då du får mer flexibilitet i cellens layout och kan nå dubbla in och utpallar. Det krävs normalt > 1,85 m räckvidd för att nå in i maskin och hel pall. Det skiljer inte mycket i pris mellan olika robotstorlekar, så oftast är valet att ta en större robot mycket bra. Roboten är normalt enbart en tredjedel av robotinstallationen.

Pall är att föredra före bana – Då materialet oftast kommer på pall är en trend att plocka direkt från pall. Tidigare med staket och vision lösningar har in- och ut-banor varit populärt, men det kostar att ha en person som lyfter upp och ner samt pallar ger oftast större buffert. Håll struktur på material för att undvika utmaningar med vision.

Sammanfattningsvis för att nå en mer flexibel automation så bör programmeringen vara snabb och enkel, gripdonen ska kunna användas till många olika produkter, det ska gå att komma åt maskinen manuellt, det ska vara säkert utan att ta för mycket plats, roboten ska gå att flytta, den ska inte vara för liten och helst komma på pall.