Robotiserad paketering med korta cykeltider: Hur en UR5-cobot paketerar två miljoner mönsterkort per år

Vi lever i en ansluten värld och behovet av elektronik med höga prestanda ökar hela tiden, över hela världen. En av de viktigaste drivkrafterna för den här utvecklingen – särskilt i tysktalande länder – är fordonsindustrin och trenden mot allt fler intelligenta bilar.

Så det kommer inte som någon stor överraskning att ett företag som Melecs är inne på ett sådant dynamiskt tillväxtspår. Företaget levererar en andel av de elektronikkomponenter som till slut hamnar i flera olika exklusiva tyska bilar som VW, BMW och Mercedes. Faktiskt så startades detta dynamiska företag från Österrike för bara tio år sedan genom att ledningen köpte upp bolaget från Siemens AG, och det var då en nykomling i fordonsbranschen. Dagens Elektronikwerk Siegendorf (Melecs EWS) är en del av Melecs Group och räknas inte bara som Österrikes största tjänsteleverantör inom elektroniktillverkning, utan är även en global aktör i fordonsbranschen och marknadsledande när det gäller transmissionsstyrning för fyrhjulsdrivna fordon. Orsakerna blir snabbt tydliga: innovativa produkter, konkurrenskraftiga priser, högkvalitativa standarder och 100 procent pålitlighet vid leveranser. Melecs är en av de största privata arbetsgivarna i den österrikiska provinsen Burgenland och driver även fabriker i Ungern, Kina och Mexiko, vid sidan av elektronikanläggningen i Siegendorf. De anställda vid Siegendorf-anläggningen är också särskilt stolta över den utmärkelse som hänger i entréhallen och som visar att anläggningen har utnämnts till “Årets fabrik 2018” i Österrike. 

Innovationsprojekt med strategisk betydelse 

Att behålla och utöka denna konkurrenskraftiga ställning är en mycket viktig uppgift för Georg Loisel, som har befattningen VP Quality Management and Production System vid Melecs Group. Loisel letar hela tiden efter nya och intressanta tillverkningstekniker. “Vår sektor är väldigt kostnadsstyrd”, kommenterar han. “Därför är automation en integrerad del av vår dagliga verksamhet – men vi måste alltid ifrågasätta hur vi gör olika saker för att hänga med i tempot, i dag och i framtiden. Förutom förbättrad kostnadseffektivitet så ger automation även bättre kvalitetssäkring – och det är anledningen till att vi har ett starkt fokus på automation, även i lågkostnadsländer som Ungern eller Kina.” 

Under 2018 startade Georg Loisel ett innovationsprojekt för Siegendorf-anläggningen som var inriktat på driftsättning av samarbetande robotar, så kallade cobotar, i Melecs tillverkningsprocesser. Detta var startskottet för en global automationsstrategi: Loisel ville utvärdera i vilken omfattning cobotar är lämpliga att ytterligare förbättra användandet av konventionella industrirobotar och -system. “Cobotar kan vara till hjälp för oss på många olika sätt. En av de största fördelarna är att de gör det möjligt för oss att automatisera på ett mer kostnadseffektivt och snabbare sätt jämfört med traditionella lösningar. Detta ger oss slagkraft i vår strävan att uppnå snabb tillväxt.”

Pilotapplikationen för cobotar är ett resultat av samarbete med Fraunhofer Austria Research GmbH. “I början genomförde vi vissa preliminära studier tillsammans och analyserade de många olika arbetsstationerna i vår fabrikshall. Var skulle automation med cobotar göra störst nytta och varifrån kunde vi få flest resultat?”, förklarar Loisel. “Vi vill hitta en lämplig process där coboten kan avlasta våra anställda.”

Paketering av elektronikkomponenter för fordonsvattenpumpar visade sig vara det perfekta tillämpningsområdet. Fram tills nyligen hanterades de små, cirkulära mönsterkorten med en diameter på ungefär 4 cm manuellt i en process med tre steg. Georg Loisel beskriver förloppet: “Paketeringen i sig är en sluten process – monoton och standardiserad. Detta var avgörande för att rikta in innovationsprojektet på just den här processen. Våra anställda var också engagerade i de här undersökningarna”, säger han vidare och förklarar närmare vad roboten innebär för de anställda. “Det här innebär att de anställda nu kan placeras vid andra arbetsstationer på ett mer målinriktat sätt. Med tanke på vår tillväxt så behöver vi varje tillgänglig person i tillverkningsområdet.”

Samarbetande applikation med korta cykeltider

Melecs tilldelade Titanilla Komenda uppgiften att implementera det första cobotsystemet. Den unga robotingenjören från Wien är verksam vid Fraunhofer Austria Research där hon fungerar som rådgivare i projekt med företag som Melecs på deras väg mot samarbete mellan robotar och människor. 

De krav som Titanilla Komenda stod inför vad gäller automatiseringen av den här särskilda applikationen var synnerligen avancerade: “Den största utmaningen var att genomföra de mycket korta cykeltiderna på fem till sex sekunders paketeringstid per komponent. För att kunna implementera det här på ett tillförlitligt sätt valde vi UR5-modellen från Universal Robots, i samråd med Melecs”, säger hon. “En anledning var att vi såg att Universal Robots hade bäst förhållande mellan pris och prestanda. Dessutom har Universal Robots redan bevisat sitt värde på marknaderna och kan tillhandahålla tjänsteerbjudanden till Melecs via en partner som finns i deras närområde.”

För att kunna tillgodose de höga krav som ställdes på hela applikationen var UR-coboten tvungen att klara av en rad olika enskilda uppgifter. Med detta i åtanke utrustades coboten med ett särskilt gripinstrument där tre laserskannrar, tre flödesgripdon och ett vakuumgripdon kombineras i en och samma enhet.

Och sedan fortlöper processen så här: efter panelurtagningen placerar den anställda tre mönsterkort i cobotens arbetsområde. Cobotens laserskannrar registrerar först tre mönsterkort. Sedan plockar de tre flödesgripdonen upp ett mönsterkort vardera och placerar alla tre mönsterkorten på en bricka. Brickan har utrymme för totalt 54 mönsterkort. Så fort en bricka är full använder coboten sina vakuumgripdon för att placera brickan i en låda – och när lådan är full av brickor sätter cobotens vakuumgripdon på locket och lådorna är redo att levereras till kunderna.

“UR-roboten paketerar omkring två miljoner komponenter varje år”, säger Komenda med stolthet. “Min åsikt är att det här projektet bevisar att det absolut är möjligt att uppnå verkligt korta cykeltider med cobotar.” Vad gäller säkerheten så arbetar UR-coboten hos Melecs utan skyddsområde, sida vid sida med de anställda. “Inom samarbetsområdet, alltså där människor och robotar delar på samma arbetsyta, rör sig roboten med lägre hastighet”, förklarar Komenda. “Skador som inträffar vid placeringen av mönsterkort kan nu undvikas, även om en kollision med robotarmen skulle inträffa. Dessutom har gripdonet utformats så att det har en dämpningsmekanism för att hela applikationen ska fungera på ett säkert sätt.”

Avlasta de anställda 

Allt sammantaget har personalen på Melecs gett sin nya kollega ett varmt välkomnande. “Roboten är så enkel att manövrera att vår tillverkningspersonal inte stöter på några problem under interaktionen”, säger Melecs vice VD Loisel. “De slår på och stänger av coboten och kan även rätta till mindre problem själva. Den direkta interaktionen med roboten var någonting nytt för vår tillverkningspersonal, men de sköter arbetet utmärkt och är nöjda med den avlastning som de får genom applikationen.”

Med ovanstående i åtanke drar Georg Loisel en positiv slutsats av projektet: “Tack vare Universal Robots har vi kunnat uppnå en produktivitetsökning på 25 procent inom tillämpningsområdet. Roboten fungerar på ett fullständigt tillförlitligt sätt under treskiftsarbete, och vi räknar för närvarande med att investeringen har betalat sig inom ett och ett halvt år. UR-cobotarna är ett utmärkt komplement till vår automationsstrategi och vi kommer definitivt att inkludera dem i framtida projekt.”