Automatyka i robotyka w produkcji wysoce zróżnicowanej

Źródło: Pixabay

Fabryka realizująca produkcję wysoce zróżnicowaną wytwarza wiele różnych części, z których każda wymaga oddzielnych, innych procesów i dlatego całkowita przebudowa linii produkcyjnych w celu ich zautomatyzowania jest kosztowna. Stąd duże znaczenie odpowiedniego planowania procesów dla tego typu firm i zakładów produkcyjnych.

Duża konkurencja wśród producentów powoduje stały nacisk na obniżanie cen wyrobów i bardziej efektywną pracę fabryk. Gdy zakład produkuje tylko jeden wyrób, nietrudno zidentyfikować takie ulepszenia procesów, które zwiększą efektywność produkcji. Jednak gdy produkowanych jest kilka różnych wyrobów, mało prawdopodobne jest, że ulepszenie tylko jednego procesu produkcyjnego będzie miało znaczący wpływ na zwrot z inwestycji (ROI).

Fabryka realizująca produkcję wysoce zróżnicowaną (high-mix) wytwarza wiele różnych części, z których każda wymaga różnych procesów, takich jak obróbka sterowana numerycznie (CNC), tłoczenie/formowanie, kontrole wzrokowe i dokumentacja fotograficzna. Wszystkie one wymagają udziału człowieka (ładowanie/rozładowanie części, umieszczanie części w opakowaniach, wykonywanie i zapisywanie zdjęć itd.). Całkowita przebudowa linii produkcyjnych w celu zautomatyzowania realizowanych procesów jest kosztowna (nie wspominając o tym, że zniechęcająca), zaś niskie lub nieprzewidywalne wolumeny produkcji dla każdej z wytwarzanych części mogą sprawić, że koszt tak dużej inwestycji będzie duży i bezzasadny.

Poniżej podano przykłady typowych procesów produkcji wysoce zróżnicowanej oraz wyzwań związanych z automatyzacją tych procesów.

U podstaw każdej operacji w produkcji wysoce zróżnicowanej znajduje się koncepcja czasu przestawienia produkcji na inny wyrób. Każda próba zautomatyzowania procesu produkcji musi uwzględniać czas bez wartości dodanej, związany z przestawieniami produkcji lub wyeliminować takie przestawienia całkowicie. Mając to na uwadze, w dalszej części tekstu opisano kilka możliwych sposobów realizacji automatyzacji wytwarzania w zakładach realizujących produkcję wysoce zróżnicowaną.

Korzyści z tradycyjnej (stałej) automatyki przemysłowej

Dla tradycyjnej, stałej automatyki (fixed automation) przemysłowej są dostępne niemal nieograniczone opcje, w tym roboty przemysłowe, kartezjańskie roboty portalowe, przenośniki lub nawet gotowe do pracy maszyny, zaprojektowane przez integratora systemów. Ta kategoria rozwiązań typowo zostaje przywiązana do jednego lub kilku produktów z mieszanego asortymentu.

Pozytywne jest to, że ?skrojona na miarę? natura tej kategorii rozwiązań oznacza, iż wydają się one bardzo efektywne dla procesów, w których są wdrażane. Jeśli czasy cykli muszą być znacznie krótsze od 2 sekund, to wykorzystanie tradycyjnej automatyki przemysłowej może być najprostszą drogą do ulepszenia procesu produkcji.

Jednak w fabryce realizującej produkcję wysoce zróżnicowaną stała automatyka generalnie oznacza podjęcie decyzji o wyborze pomiędzy mniejszą inwestycją kapitałową, która wpływa jedynie na kilka produktów, a znacznie większą inwestycją w system, który potrafi obsługiwać wszystkie wyroby danej firmy produkcyjnej. Tradycyjne systemy są zazwyczaj projektowane pod kątem wydajności produkcji, nie zaś szybkiej elastyczności, tak więc zmiany oprzyrządowania mogą zabierać dużo czasu, szczególnie wtedy, gdy przepisy BHP wymagają fizycznego odseparowania maszyn od przechodzących obok ludzi. Całkowity koszt posiadania (TCO), biorąc pod uwagę sprzęt BHP, przestrzeń na hali fabrycznej oraz rozmieszczenie sprzętu, wymagane dla tradycyjnych metod zapewnienia bezpieczeństwa, jest zazwyczaj wysoki. W każdym przypadku wydłuża to czas uzyskania zwrotu z inwestycji w zakładzie realizującym produkcję wysoce zróżnicowaną, szczególnie gdy wolumeny produkcji są stosunkowo niskie.

Roboty jako platforma (RaaP)

Rozwiązanie ?roboty jako platforma? (robots-as-a-platform ? RaaP) może być tak zmienne, jak asortyment produkcji danej firmy. Istnieje jednak jedna wspólna cecha wykorzystywania robota jako części systemu zaprojektowanego do szybkiego ponownego wdrażania. W odróżnieniu od tradycyjnego modelu wdrażania robotów przez wykorzystywanie ich w jednym specyficznym procesie, rozwiązanie RaaP umożliwia wykorzystanie robotów według dowolnych potrzeb produkcyjnych w danym dniu. Idealne rozwiązanie w zakładzie realizującym produkcję wysoce zróżnicowaną powinno umożliwiać szybkie wdrażanie od jednej aplikacji do drugiej, przy jak najkrótszym czasie przestawienia produkcji. Takie podejście minimalizuje czas przestawienia bez wartości dodanej, który może uczynić inwestycję w tradycyjną automatykę ogromnie kosztowną.

W przypadku scenariusza produkcji wysoce zróżnicowanej, wymagającej znaczącego zaangażowania ludzi, więcej korzyści może przynieść zastosowanie robota współpracującego ? samodzielnego lub jako części platformy. W obydwu tych rozwiązaniach roboty można wykorzystywać dokładnie tam, gdzie są potrzebne, w celu rozszerzenia istniejących mocy produkcyjnych. Jednocześnie umożliwia to szybkie przestawienie produkcji, zwiększenie wskaźnika ROI i skrócenie czasu uzyskania zwrotu z inwestycji.

W zakładach realizujących produkcję wysoce zróżnicowaną dokonywanie ulepszeń może być trudne. Idealne ulepszenie wpłynie na kilka linii produkcyjnych, jednak inwestycja wymagana do objęcia nią kilku procesów może być wystarczająco kosztowna, aby znacznie obniżyć zwrot z inwestycji. Tradycyjna automatyka jest z pewnością efektywnym rozwiązaniem dla zakładów realizujących produkcję o dużym wolumenie czy krótkim czasie cyklu.


Manan Banerjee ? magister administracji biznesu (MBA); jest specjalistą technicznym ds. robotyki w firmie Cross Company.