Reinkarnacja robotów

Pewna fabryka silników odkrywa, jak łatwo przezbroić i przeprogramować istniejące roboty oraz zmienić ich zastosowanie, gdy wymaga tego zmiana profilu produkcji.
Kiedy chodzi o wygranie najwyższej stawki, zwłaszcza na dłuższą metę, roboty łatwo wygrywają z automatyzacją sprzętową (inaczej zwaną automatyzacją twardą). Zapytajcie o to inżynierów i operatorów w zakładach silnikowych firmy Navistar. Zakłady te produkują 6- i 8-cylindrowe silniki wysokoprężne do średniociężkich warunków pracy. Mimo że niektóre części fabryk Navistara są zautomatyzowane od wielu lat, robotyzacja nie była tam widoczna do czasu zainstalowania pierwszego robota w końcu lat 80. ub. wieku.
Firma zaczęła bardziej poważnie myśleć o robotyzacji w 1994 roku, gdy zapotrzebowanie na silniki produkowane w zakładach w Indianapolis przekroczyło limit 580 silników dziennie, na jaką zostały zaprojektowane urządzenia produkcyjne. Analiza czasu jednostkowego oraz czasu bezawaryjnej pracy urządzeń wykazała, że automatyzacja sprzętowa linii produkcyjnych stanowiła hamulec. Dzięki zastąpieniu wydzielonych węzłów robotami i usprawnieniu maszyn stanowiących wąskie gardła, produkcja wzrosła ponaddwukrotnie. W ramach tych działań zakłady zainstalowały około 200 robotów ABB do transportu materiałów, obsługi maszyn, dozowania kleju, gratowania, kontroli wymiarów, montażu, malowania oraz automatycznego magazynowania i wyszukiwania w magazynie.
Bardziej godny uwagi niż szybkość i niezawodność robotów jest fakt, że wiele z nich było co najmniej jeden raz przezbrajanych do innej pracy. Wprowadzone obowiązkowe przepisy federalne dotyczące redukcji emisji z silników wysokoprężnych radykalnie zmniejszyły liczbę lat, w ciągu których produkowany jest jeden model silnika. W konsekwencji tego większość robotów obecnie wykonujących produkcję realizuje program dotyczący swojego drugiego lub trzeciegomodelu silnika. Daje to ogromną przewagę konkurencyjną nad producentami korzystającymi z automatyzacji sprzętowej.
Przeprowadzka do nowego zakładu
W lipcu 2009 roku zakład produkcji silników w Indianapolis został zamknięty z powodu kryzysu ekonomicznego i spadku zapotrzebowania na małe samochody osobowo-ciężarowe (typu pick–up) z silnikami Diesla. Pozostała produkcja V8 została przejęta przez zakład produkcji silników w Huntsville. Wiele robotów wysłano z Indianapolis do innych zakładów Navistara do ponownego rozdysponowania.
Jeden z najbardziej znamiennych przykładów ponownego wykorzystania robotów dotyczy dwóch robotów ABB typu IRB 1400, które pierwotnie były ?zatrudnione? na linii montażu korbowodów do silników 7,3 L. Roboty te zostały zakupione do załadunku i rozładunku maszyny montażowej do korbowodów. Robot ładujący brał wał korbowy z jednego przenośnika i pokrywę z drugiego i wkładał te części do maszyny montującej. Robot rozładowujący wyjmował zmontowany korbowód i kładł go na przenośniku odprowadzającym. Czas tego cyklu wynosił 7,5 sekundy.
Roboty te były zamówione u integratora systemów ? w firmie CIM Systems w 1997 roku. Oryginalna cena zakupu jednego robota, łącznie z oprzyrządowaniem ramion roboczych, oprogramowaniem i integracją, wynosiła 66?300 dolarów. Roboty te kontynuowały obsługiwanie maszyny do montażu korbowodów do czasu zainstalowania nowej linii montażowej w lipcu 1999?r. Po wycofaniu z tej służby każdy z nich zarejestrował czas produkcji wynoszący 26?250 godzin, co oznacza, że koszt ich pracy wynosił około 2,50 dolara na godzinę. Roboty te zostały następnie wywiezione z zakładu i zwrócone do firmy CIM do przezbrojenia i przeprogramowania.
Uczenie nowych sztuczek
Po usunięciu roboty zwrócono do CIM, gdzie zostały wyposażone w głowice do dozowania kleju i zainstalowane ponownie, zastępując na linii montażowej numerycznie sterowane urządzenia dozujące do wulkanizacji na zimno. W tamtym czasie zakład miał również przenośnego robota dozującego jako rezerwę dla trzech maszyn dozujących sterowanych numerycznie. Ten przenośny robot byłby przewożony wózkiem widłowym na miejsce pracy na czas naprawy uszkodzonej maszyny dozującej. Gdy roboty poprzednio pracujące przy linii montażowej korbowodów stały się ponownie dostępne, podjęto decyzję, by zastąpić nimi wspomniane wyżej urządzenia sterowane numerycznie.
Ponieważ firma CIM już zaprojektowała oprzyrządowanie do dozowania kleju dla robota przenośnego, ponowne zainstalowanie robotów (poprzednio pracujących na linii korbowodów) nastąpiło podczas weekendu. Urządzenia sterowane numerycznie zostały usunięte, a roboty zostały zainstalowane na istniejących podstawach. Koszty ponownego ?zatrudnienia? robotów, wraz z ich oprzyrządowaniem, oprogramowaniem i integracją, wyniosły 7800 dolarów na sztukę.
Roboty obsługiwały tę linię montażową do czasu zainstalowania nowej linii w 2003 roku, po czym zostały ponownie wywiezione z zakładu i zwrócone do firmy CIM do przezbrojenia i przeprogramowania. Do tego momentu każdy z nich zarejestrował czas produkcji 47?350 godzin. Uwzględniając początkową cenę zakupu oraz koszty przezbrojenia i przeprogramowania i dzieląc je przez liczbę godzin produkcji, można stwierdzić, że koszt 1 godziny pracy robota wyniósł około 1,60 dolara.
Wkrótce po otrzymaniu robotów firma CIM zaczęła wyposażać je w nowe oprzyrządowanie ? wrzeciona do gradowania. Zakład w Huntsville miał pewien problem z nadmiernymi zadziorami na nowej linii produkcyjnej bloków silników 6,0 L, więc firma CIM wspólnie z inżynierami Navistara podjęła decyzję wykorzystania tych robotów do gratowania bloku i płyty podstawy. Do nowego oprzyrządowania wykorzystano wrzeciona o prędkości obrotowej 40?000 obr./min, z końcówkami z węglików spiekanych oraz urządzenie do automatycznej wymiany narzędzi.
Roboty-weterani zostały zainstalowane na linii produkcyjnej bloków w zakładzie w Huntsville w lipcu 2003 r. Jedynym wymienianym elementem była bateria SMB w podstawie manipulatora. Koszty przezbrojenia robota, łącznie z wrzecionami i urządzeniem do wymiany narzędzi, wraz z kosztami oprogramowania i integracji oraz ogrodzenia obwodowego, wyniosły 61?330 dolarów na 1 robota.
W późniejszym okresie roboty te zostały przeprogramowane na silnik 6,4 L i nadal obsługują daną linię. Każdy robot ma obecnie na swoim koncie 72?200 godzin produkcji, co jest równoważne z 35 latami przy 40 godzinach pracy tygodniowo. Uwzględniając początkową cenę zakupu, koszty przezbrojenia/przeprogramowania i liczbę godzin produkcji, można stwierdzić, że koszt 1 godziny pracy robota wyniósł około 1,88 dolara.
Jedyna awaria robotów zdarzyła się w 2004 roku, gdy wymieniono kabel w podstawie jednego z nich kosztem 1875 dolarów. Szacunkowe koszty energii elektrycznej i powietrza potrzebnego do pracy robotów w okresie 72?200 godzin wynoszą 21?660 dolarów na 1 robota. Oznacza to, że całkowite koszty inwestycyjne pary robotów, łącznie z kosztami części i mediów, wyniosły 316 055 dolarów, czyli 2,19 dolara na 1 godzinę. Zakładając, że średni koszt operatora wynosiłby 30 dolarów za godzinę, robocizna operatorów kosztowałyby 4?332?000 dolarów za taką samą liczbę godzin produkcji.
Te dwa bardzo doświadczone roboty nadal pracują w fabryce silników w Huntsville. Ostatnio zostały przeprogramowane na trzeci model silnika i na początku 2010 roku osiągnęły 100?000 godzin pracy.
Warunkiem osiągnięcia takiego długofalowego sukcesu, jak w opisanym wyżej przykładzie, jest, aby starać się przewidywać przyszłe zastosowania danego robota. Może to obejmować między innymi przewymiarowanie parametrów robota (np. pojemności ładunkowej lub zasięgu) w stosunku do jego pierwotnego zastosowania, gdyż takie podejście zwiększa potencjalne możliwości przezbrojenia i przeprogramowania do nowych zastosowań. Ponieważ wiele inwestycji realizowanych obecnie w zakresie automatyzacji ma dosyć krótki cykl życia, możliwość przesuwania robotów do innych zadań zwiększa ich wartość w perspektywie długofalowej.
Dave Fox jest prezesem firmy CIM Systems (www.cimrobotics.com) zajmującej się pełnym zakresem integracji robotów, którą założył w 1989 roku.
CE