Robotar vid verktygsmaskinen.

Transkript

1 Robotar vid verktygsmaskinen. Maximal produktivitet genom intelligent automatisering med robotar. KUKA White Paper version 1.0

2 Sammanfattning Snabbare, säkrare och mer kostnadseffektiv produktion med automatiserade verktygsmaskiner. Produktionen måste uppfylla ständigt stigande krav på kvalitet och precision med ständigt kortare leveranstider. Samtidigt ökar risken för att göra fel i produktionen av komponenter. Sjunkande partistorlekar gör att kostnaderna för omriggning av maskinerna ökar. Och enhetsarbetskostnaderna stiger. Hur kan produktionen mot denna bakgrund utformas så effektivt och ekonomiskt som möjligt? Outsourcing till länder med lägre lönenivå stöter på gränser, för företagen behöver korta leveranstider, egen yrkespersonal med stor lojalitet samt korta vägar i kvalitetskontrollen. Många bearbetningsföretag skulle vara betydligt konkurrenskraftigare med robotar. Däremot visar undersökningar: För 20 procent av alla verktygsmaskiner skulle en automatisering med robotar höja produktionens lönsamhet och prestanda betydligt. Av dessa 20 procent är hittills dock bara en bråkdel automatiserad. För ännu finns det kvar fördomar mot robotar, fastän de på grund av den tekniska utvecklingen sedan länge är föråldrade. Robotar av idag är lönsammare, säkrare och enklare än vad som är allmänt känt i branschen. Inom verktygs- och maskinkonstruktion betalar de i genomsnitt av sig på mindre än två år. Sedan åratal används robotar inom områden med höga säkerhetskrav, som t.ex. medicinsk teknik, i direkt kontakt med människor. Och de är numera enkla att programmera och manövrera. Arbetsplatser blir lönsammare och därmed säkrare genom förstärkning med robotar. Snabbtest. Såväl bearbetningsföretag som användare frågar: Lönar det sig just i min konkreta tillämpning att använda robotar? Utslagsgivande är synpunkter som kvalitetskrav, produktivitet, enhetsarbetskostnader, leveranshastighet och säkrande av produktionsplatsen. Ett första svar får du i snabbtestet. KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 01

3 Innehåll Sammanfattning Sparsammare, snabbare och säkrare produktion med automatiserade verktygsmaskiner. S Automatisering med robotar Robotar har blivit ännu lönsammare, effektivare och enklare. S Robotar idag Robotar är lönsamma, säkra och lätta att manövrera. S Robotar säkrar arbetsplatser Öka produktiviteten säkra arbetsplatser. S Fallstudie: Personalfattig produktion av KR QUANTEC-komponenter 10 % högre produktivitet genom robotbaserad insättning Snabbtest Är din produktion mogen för användning av robotar? S 09 S KUKA Roboter GmbH En av de globalt ledande leverantörerna av industrirobotar. S 12 KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 02

4 01 Automatisering med robotar Stigande kvalitetskrav, kortare leveranstider, sjunkande priser, tilltagande konkurrenstryck: Det är utmaningar som verktygs- och maskintillverkare konfronteras med. Finns det en gemensam lösning för allt detta? I många fall vore automatisering med robotar det rätta svaret. Robotar arbetar mycket exakt. Inte ens för komplexa och tunga komponenter uppstår praktiskt taget någon makulatur. De är igång dygnet runt. Samtidigt är deras prestanda efter 24 timmar lika hög som under den första minuten. I till stor del personalfattiga och helautomatiserade skift unyttjar de maskinerna bättre och sänker enhetsarbetskostnaderna. Robotar har därför en enorm potential. Ännu utnyttjas detta alltför lite i branschen. Det börjar dock förändras. De nio största utmaningarna för användare av verktygsmaskiner Stigande kvalitetskrav på komponenter som ska bearbetas Tilltagande betydelse av kvalitet kontra pris Tilltagande komplexitet hos de komponenter som ska bearbetas Tilltagande betydelse av punktlighet kontra pris Växande konkurrenstryck inom landet Sjunkande priser för lika prestationer Ökande betydelse av uppföljande arbeten (såsom montering) Växande krav på allt kortare leveranstider Sjunkande ordervolymer/arbetskostnader för skärande bearbetning 92% 60% 85% 58% 43% 65% 56% 88% 18% Branschstudie 2011: Framtiden för skärande bearbetning i Tyskland (enkätdeltagare: 90) Robotar har blivit ännu lönsammare, effektivare och enklare. Oberoende undersökningar visar: Ofta förblir avsevärd förbättringspotential outnyttjad, för 20 procent av alla verktygsmaskiner skulle kunna användas bättre tillsammans med robotar. Ändå ligger automatiseringsgraden på bara 1,5 procent. 1 Varför denna återhållsamhet? I alla branscher stöter robotar på invändningar som sedan länge blivit inaktuella genom den tekniska utvecklingen. 1 IFR. World Robotics Report 2012 KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 03

5 De vanligaste invändningarna mot robotar vid verktygsmaskinen: För dyra I själva verket betalar investeringskostnaderna för robotar vanligen av sig inom två år. För farliga I själva verket används robotar med framgång redan sedan åratal också inom områden med höga säkerhetskrav. För komplicerade I själva verket kan robotar programmeras och manövreras mycket bekvämt. Följande sidor ger aktuell information om ekonomi, säkerhet och komfort. Dessutom belyses automatiseringens betydelse för arbetsplatserna. 02 Robotar idag Robotar är ekonomiska Avbetalningstiden är låg, produktiviteten hög. Den ständigt höga prestandan gör robotar ekonomiska: Visserligen arbetar fortfarande en människa snabbare och precisare än en robot men bara under de första 20 minuterna. Därefter avtar hennes uppmärksamhet. En robot däremot arbetar vidare i 24 timmar med samma höga kvalitet, och det utan avbrott. Utan robotar utnyttjas verktygsmaskiner till cirka 70 procent, med robotar till nästan 100 procent. Robotar behöver nämligen inga pauser. Robotar kommer aldrig att ersätta människan. Men genom att de kompenserar hennes svagheter säkrar de lönsamhet i produktionen och därmed också på arbetsplatserna. En omfördelning av produktion till låglöneländer är inget tema längre med robotar, för automatisering med robotar är påtagligt effektivare, lönsammare och säkrare. Produktiv tid under närvarotiden 2 Arbetstimmar per år 99,995 % 63 % - 84 % Stilleståndstid 3 0,005 % Utnyttjande av verktygsmaskinen ,3 % 100% % Robot Människa 2 GEO/fabrik år 2010 (tyska maskinoperatörers produktivitet under närvarotiden) 3 DAK hälsorapport 2011 (genomsnittlig frånvaro på grund av sjukdom) 4 En stor tysk biltillverkares utvärdering av flera hundra robotar (roboten är frånvarande var :e timme, och då bara under i genomsnitt två timmar) KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 04

6 En robotcell kan förvisso fördubbla investeringskostnaderna för en verktygsmaskin. Vad som räknas är avbetalningstiden. Den ligger ofta på under två år även i det omfattande detaljspektrumet. Vad dagens robotar presterar. Robotar sätter snabbt och exakt in råämnen i verktygsmaskiner och tar därefter ut de bearbetade detaljerna. Men vad gör de medan maskinen utför själva bearbetningen? Ju längre mellantiderna är, desto viktigare blir andra arbetsuppgifter, som t.ex.: Avgradning Insättning och uttagning Verktygsskifte Märkning Rengöring Sortering Robotar är säkra de kommer till användning inom områden med höga säkerhetskrav. Säkerhetsförbehåll mot användning av robotar har undanröjts sedan år tillbaka. Det har man länge varit medveten om inom många områden med höga säkerhetskrav. Så är det till exempel numera helt naturligt att använda KUKA robotar för patientförflyttning i operationssalen. Och KUKA Robocoaster är den första godkända roboten för passagerardrift, med TÜV-certifikat enligt EN (DIN 4112). Dess strukturkomponenter och transmission är certifierade till 100 procent. Säkerhetsfunktioner inom industrin. För industriell användning av robotar har särskilda säkerhetsfunktioner utvecklats. Till exempel säkerställer KUKA.SafeOperation avgränsning och övervakning av arbets- och skyddsområden. Och säkerhetsstoppet möjliggör säkert och friktionsfritt samarbete mellan människa och maskin. Kontrollerade skyddsområden med KUKA.SafeOperation Testat enligt ISO (Performance-Level d kategori 3) KUKA.SafeOperation skapar arbets- och skyddsområden för säker robotanvändning. Program- och maskinvarupaketet stöder säker samverkan mellan människa och maskin. Tack vare kontrollfunktionerna krävs ingen mekanisk axelområdesövervakning på roboten. Alla funktioner kan enkelt konfigureras. Rumslig och rumsoberoende hastighets- och accelerationskontroll. Signalering av aktuell robotposition Cellkonfiguration Anordning av övervakningsutrymmen, skyddsskrank och signalutgångar Minskat utrymmesbehov Säkert driftstopp KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 05

7 Robotar är enkla. Numera kan de projekteras, programmeras och styras utan onödig resursförbrukning. Hur du kommer fram till en lösning som lätta kan projekteras, programmeras och styras visar vi med hjälp av följande fyra exempel. Hur svårt är det att lära sig robotprogrammeringsspråket? Varje tillverkare programmerar roboten med sitt eget språk. Grundsatsen lyder: Ju lättare ett språk är att lära, desto mindre blir kundens behov av utbildningsinsatser. Programmeringsspråket för KUKA robotar KUKA Robot Language KRL kan man lära sig på ett fåtal dagar. Det finns 30 utbildningscentra runt om i världen för detta ändamål. Som alternativ erbjuder KUKA lösningar som inte förutsätter några kunskaper i något speciellt robotspråk. Hur långt har integrationen av robot och maskin nått? KUKA och Siemens erbjuder ett enhetligt användargränssnitt för robot och verktygsmaskin. CNC-gränssnittet möjliggör en fri omkoppling mellan robot- och maskinstyrning. På så sätt kan hela anläggningen manövreras helt och hållet via verktygsmaskinens manöverpanel, på samma språk för maskin och för robot. De två komponenterna växer allt mer samman till ett bearbetningscentrum. Manövrering av robot och verktygsmaskin kan idag utföras bekvämt via ett enhetligt gränssnitt i en slutenhet. En miljö för integrator och slutanvändare: Med mzautomation kan verktygsmaskin och robot programmeras och manövreras med samma programvaruredskap. Robotens rörelsemönster kan helt och hållet programmeras i Sinumerik-styrningen; projekteringen görs i Siemens-S7-miljö. Särskilda kunskaper om robotprogrammering och -manövrering krävs inte längre. Skillnaden mellan maskin- och robotstyrning i bakgrunden är praktiskt taget inte märkbar längre för operatören. För kunder med know-how i projektering och programmering av PLC-styrningar. För projekteringen är det tillräckligt med baskunskaper i robotteknik. Byggstensbibliotek för planering av robotrörelser och förlopp inklusive aktivering av komponenter som gripare och skyddsluckor. Bekväm manövrering via manöverpanelen Siemens 840D sl. KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 06

8 Hur konsistent är utvecklarmiljön? Kostnaderna för programmering av robotcellen kan reduceras avsevärt genom en utvecklarmiljö med konsistent databas och enhetlig användarvägledning under programvarans hela livscykel. KUKA.WorkVisual är en sådan miljö. 3D-cellayout och -programmering Bekväm manövrering som Copy & Paste eller Drag & Drop Konsistenskontroll Balans mellan online- och offline-miljöerna Hur kraftfull och användarvänlig är programvaran? Valet av programvara är av avsevärd betydelse för hur enkel eller komplicerad programmering och styrning av robot och verktygsmaskin blir. Hittills är det bara KUKA som erbjuder programvarupaket som möjliggör integrerad programmering och styrning av robot och verktygsmaskin. KUKA.CNC och mxautomation. Med KUKA.CNC och mxautomation krävs inte längre kunskaper i ett specifikt robotspråk. KUKA.CNC utvecklar CNC-program för robotstyrningen. Roboten programmeras direkt via en CAD/CAM-kedja. Robotar kan programmeras fullständigt i G-kod. Program kan skapas och ändras i ISO-kod direkt på styrningen. Förutom insättning och uttagning kan också avgradning, borrning och fräsning programmeras. Roboten manövreras via fönster som varje CNC-maskinoperatör genast är bekant med. Enkel växling mellan robotstyrning och CNC-bearbetning. 03 Robotar säkrar arbetsplatser Öka produktiviteten säkra arbetsplatser. Hotar robotar arbetstillfällen? Vid första åsynen ser det så ut. För faktiskt övertar robotar många arbetsuppgifter från människor. Men om man ser närmare på saken blir det klart att genom att robotar höjer lönsamheten i produktionen, ger de ett avgörande bidrag till att säkra arbetstillfällen. Robotar avlastar från enformiga, ansträngande och smutsiga arbetsuppgifter. Robotar övertar arbetsuppgifter som människor annars skulle behöva utföra. Dessutom rör det sig ofta om arbeten som arbetsgivarna inte kan hitta personal till. Ingen eftersträvar nämligen ett enformigt, intensivt fysiskt ansträngande eller smutsigt arbete. KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 07

9 Robotar gör att produktionsplatser med hög lönenivå blir konkurrenskraftiga. Ja, robotar hotar arbetsplatser men bara då arbetsgivare skulle vara tvungna att förlägga sin produktion till låglöneländer om de inte använde robotar. Många uppdrag kan bara utföras lönsamt med låga enhetsarbetskostnader. Alltså återstår bara tre möjligheter: för det första, att inte acceptera uppdraget. För de anställda skulle inget vara vunnet med det de vore utan arbete. För det andra, att förlägga produktionen till ett land med låga lönekostnader. Också i det fallet vore de anställda i hemmafabriken förlorare. För det tredje, att utföra uppdragen i samverkan mellan robot och människa. Då går företaget med vinst och arbetsplatserna i hemmafabriken bibehålls. Varför är utlokalisering av produktionen inte heller något bra alternativ lönsamhetsmässigt? Att utlokalisera produktionen till utlandet för att spara in på lönekostnader är ett tveksamt beslut, inte bara ur arbetstagar- och kundsynpunkt. Även för företaget är nackdelarna enorma: Långa logistikkedjor leder till leveransproblem. Kvaliteten kan bara kontrolleras med svårighet eller till mycket höga kostnader, och ständigt kommer det att krävas tidsödande och kostsamma resor. Dessutom är de mycket avlägsna medarbetarnas lojalitet osäker och risken för industrispionage hög. Till syvende och sist visar det sig ofta att kostnaderna för utlokalisering av produktionen mer än väl äter upp besparingen. Alternativen till utlokalisering, uppsägningar och fabriksnedläggningar. Roboten skyddar arbetsplatserna där de flesta bearbetningsföretag och verktygsmaskinsägare helst ser sina anställda: i den väl tillgängliga hemmafabriken. Människor behövs även i automatiserade bearbetningscentra. Emellertid förändras deras arbetsuppgifter: De blir intressantare och lukrativare. Tillsammans med robotar kan människor bemästra en väsentligt större orderingång. Och orderingången finns: Över hela världen tilltar arbetsvolymen. Flera arbeten är dock inte lönsamma såvida inte robotar övertar dem. De utför dem nattetid i personalfattig drift. Dagen därpå förpackas och skickas de färdiga produkterna av de anställda. Därefter återstår tillräckligt med tid för att kvalificera sig för manövrering av robotar. Det är alla gånger intressantare än att dag för dag lägga om samma spak 320 gånger. Lönsam insourcing tack vare automatisering Fördelar för företaget Kort logistikkedja Kundnära produktion Låga resekostnader Enkla, gynnsamma och säkert genomförbara kvalitetskontroller Hög lojalitet och produktivitet hos anställda Fördelar för de anställda Bortfall av enformiga, ansträngande och smutsiga arbetsuppgifter Kompetensutveckling Arbetsplatssäkerhet KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 08

10 04 Fallstudie: Personalfattig produktion av KR QUANTEC-komponenter KUKA har automatiserat tillverkningen av komponenter till robotar i den kompakta KR QUANTEC-serien. Produktiviteten har stigit med tio procent, investeringen betalar av sig inom 2,6 år eller kanske betydligt tidigare. Vid tillverkningen av industrirobotar använder sig KUKA självt av robotar. Till exempel tog Burkhardt & Weber i april 2012 ett bearbetningscentrum för skärande tillverkning i drift i Augsburg. Här bearbetas komponenter till robotserien KR QUANTEC. Roboten bearbetar växelvis svängarmen och vridsockeln till två varianter ur den kompakta KR QUANTEC-serien. Den sätter in och tar ut de upp till 1,5 meter långa komponenterna i och ur verktygsmaskinen. Under väntetiderna ägnar den sig åt underliggande uppgifter. Verktygsmaskin. MCX 900 från Burkhardt & Weber Fertigungssysteme GmbH i Reutlingen utrustad med en dubbelpallväxlare. En pall förses med spännanordningar för svängarmen, en annan med motsvarande anordningar för vridsockeln. Robot. KUKA robot KR 500 L480-3MT. Med sitt stora arbetsutrymme och armförlängningen når roboten materialmagasinen och griparstationen utan problem. Robotstyrning. Roboten installeras, programmeras och styrs med programvaran KUKA CNC. Därmed är robotens rörelser fullständigt programmerbara i G-kod. En översättning av maskinprogram till robotspråket är inte nödvändig. Operatörerna styr roboten via samma gränssnitt som de är bekanta med från manövreringen av verktygsmaskinen. KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 09

11 De två materialmatningsenheterna är utformade som svängbord och kan ta upp åtta detaljer vardera. Verktygsväxlingssystemet WWR1200 från firman Sommer-automatic i Ettlingen är utrustad med två gripare och en bearbetningsspindel ur paketet KUKA.Milling. Roboten lastar och övertar fem underliggande uppgifter som tillval även fler. Medan ett arbetsstycke bearbetas i maskinen körs den andra pallen helt ut ur maskinen ock kan lastas med ett nytt arbetsstycke. Roboten är under in- och urlastningen försedd med en hanteringsgripare. För bearbetningsläget byter den ut griparen mot en bearbetningsspindel. Med den hämtar den ut det verktyg som behövs ur verktygsmagasinet. Det finns fem olika borstar och avgradningsverktyg. Det finns plats för ytterligare fem verktyg i verktygsstationen och alltså för ytterligare uppgifter. Kroppsansträngningen för exakt justering av arbetsstycket bortfaller. Årligen bearbetas 300 komponenter fler än tidigare. 01 >> 02 << 03 >> 04 << Driften sker till stor del utan personal, nattskiften är helt automatiserade. De dyra spänndonen skadas inte längre vid insättning och uttagning. Uppspänning på två i stället för på upp till 15 minuter. Tidigare måste operatören lägga de tunga komponenterna manuellt på spännbordet med hjälp av en kran och med stort besvär sätta in dem direkt i maskinanordningen. Idag sätter han detaljerna i fattningen till robotens materialmatningsenheten. Därigenom görs en avsevärd inbesparing av den tid som krävs för uppspänning av ett arbetsstycke. Där operatören behövde upp till 15 minuter behöver roboten bara två minuter. Investeringen betalar sig inom 2,6 år. Eller till och med betydligt snabbare. Det planeras nämligen att utnyttja väntetiderna bättre genom att överföra ytterligare uppgifter från verktygsmaskinen till roboten. Exempel på detta är urborrningarna på svängarmen och vridsockeln. På detta sätt blir roboten ännu lönsammare. KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 10

12 05 Snabbtest: Är din produktion mogen för användning av robotar? Automatiseringen av verktygsmaskiner kommer att tillta. Ännu är det inte så känt inom branschen hur snabbt investeringskostnaderna för robotar i verktygs- och maskinkonstruktion betalar av sig, hur tillförlitligt robotar arbetar och hur enkelt de programmeras och styrs. Överallt där automatiseringens fördelar presenteras är dock gensvaret enormt. Beslutskriterier: För 20 procent av alla verktygsmaskiner vore automatisering med robotar till fördel. Gäller det även maskinerna i ditt bearbetningsföretag? För att avgöra detta ger följande kriterier en första ledtråd. Står du under tryck för att höja produktiviteten? Väntar sig dina kunder hög kvalitet och precision i bearbetningen? Är de komponenter du ska bearbeta av hög komplexitet? Är det viktigt för ditt företag att förkorta leveranstiderna? Anser du att enhetsarbetskostnaderna egentligen är för höga? Skulle du vilja avlasta din operatörspersonal från obehagliga uppgifter? Vill du höja spindlarnas gångtid? stämmer stämmer delvis stämmer inte Är din makulaturkvot egentligen för stor? Skulle du vilja utöka den felfria hanteringen av verktygsdelarna och reducera makulaturkvoten? Vill du införa ytterligare skift utan att det innebär ytterligare personalkostnader? Är dina detaljbuffertar mellan arbetsstegen egentligen för stora/för dyra? Vill du utforma arbetsplatserna attraktivare? Har du bockat för hälften av dessa frågor med stämmer eller stämmer delvis? Då rekommenderas du ta en närmare titt på kostnader och fördelar med en robotautomatisering även vid låga partistorlekar. Vad du ska tänka på i din konkreta situation berättar en specialist från KUKA gärna vid ett individuellt rådgivande samtal. KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 11

13 06 KUKA Roboter GmbH Robotsystem för bearbetningsföretag och användare av verktygsmaskiner. KUKA tillhandahåller alla viktiga komponenter för automatisering av verktygsmaskiner under ett tak, från robotar och styrningar till funktions- och teknikpaket. KUKA Roboter & Controller Consulting & Engineering KUKA College Technical Support KUKA Refurbishment KUKA Roboter GmbH har sitt huvudkontor i Augsburg och är ett företag inom KUKA Aktiengesellschaft samt räknas som en av världens ledande leverantörer av industrirobotar. Kärnkompetenserna ligger inom utveckling, produktion och försäljning av industrirobotar, styrningar och programvara. Företaget är marknadsledande i Tyskland och Europa och ligger på andra plats globalt. KUKA Roboter GmbH har globalt ca medarbetare. År 2013 var omsättningen 754,1 miljoner euro. Företaget är representerat med mer än 26 filialer på de viktigaste marknaderna i Europa, Amerika och Asien. Författare Andreas Schuhbauer Key Technology Management WZM KUKA Roboter GmbH Hery Park Gersthofen Phone: Mobile: AndreasSchuhbauer@kuka-roboter.de Kontakt KUKA Nordic AB A Odhners Gata 15 SE Västra Frölunda Sweden Tel: Fax: info@kuka.se KUKA White Paper Automatisering av Verktygsmaskiner S 12