Manuaalinen materiaalin käsittely on väsymystä aiheuttavaa ja hidasta: miten valmistavat teollisuuslaitokset voivat modernisoida toimintaansa alhaisin kustannuksin?

Valmistusteollisuuden työpajoissa monet tehokkuusongelmat eivät johtu itse käsittelylaitteista. Ne ilmenevät usein helposti huomioimattomassa alueessa: materiaalin kuljetuksessa.

Osat siirtyvät varastosta työasemille, kokoonpanosta tarkastukseen ja sitten tarkastuksesta lähetykseen. Vaikuttaa yksinkertaiselta tehtävältä, jossa esineet siirretään yhdestä paikasta toiseen, mutta kun siirtotiukkuus on suuri, etäisyys pitkä ja kuorma raskas, materiaalin käsittely muodostuu piilovahinkona tuotantoprosessin tahdissa.

Manuaalinen käsittely vie työntekijöiden aikaa ja keskeyttää heidän jo käynnissä olevaa työtään. Tämä pätee erityisesti raskaisiin paletteihin, materiaalilaatikoihin ja puolivalmiisiin työkappaleisiin. Kun nämä tehtävät perustuvat manuaalisesti ohjattaviin käsikärryihin, kantamiseen ja pitkiin odotusaikoihin, kolme ongelmaa ilmenee todennäköisesti:

Ensinnäkin tuotantotahdi muuttuu epävakkaaksi.

Materiaalien saapumisaika riippuu usein henkilökunnan työvuorojen suunnittelusta ja paikan vastauksen nopeudesta.

Toiseksi työntekijöiden työkuorma kasvaa.
Toistuva käsittely, pitkä kävelymatka, taipuminen, nostaminen ja materiaalien sijoittaminen lisäävätkin väsymystä ja voivat vaikuttaa myös työpaikan turvallisuuteen.

Kolmanneksi työmaan hallinta muuttuu epäselvemmäksi.
Materiaalien sijainti, onko käsittely suoritettu ja voidaanko siirtyä seuraavaan vaiheeseen, ovat kaikki kysymyksiä, joihin tarvitaan selkeää kirjausta. Ilman systemaattista seurantaa odottamista, varastoitumista ja toistuvaa vahvistamista voi helposti syntyä.

Siksi materiaalivirtojen optimointi ei tarkoita pelkästään ihmisten korvaamista laitteilla. Se tarkoittaa tuotantoprosessin muuttamista tilanteesta, jossa 'ihmiset etsivät materiaaleja ja materiaalit odottavat ihmisiä', tilanteeksi, jossa 'materiaalit liikkuvat tahdissa ja laitteet yhdistävät prosesseja aktiivisesti.'

1. Edullinen automaatio ei tarkoita alatasoista automaatiota

Kun monet yritykset kuulevat sanan automaatio, heidän ensimmäinen reaktionsa on usein suuri investointi, pitkät toteutusajat ja vaikeat uudistustyöt.

Todellisessa tuotannossa kuitenkaan kaikki prosessit eivät vaadi monimutkaista ja kalliita kokonaalineaarista muunnosta. Materiaalin siirto, työasemien kytkentä, materiaalilaatikoiden väliaikainen varastointi ja puolivalmiiden tuotteiden kiertokäyttö ovat erityisen sopivia alhaisen kustannustason automaatiotavalle.

Alhaisen kustannustason automaation ydin ei ole tehdä järjestelmästä mahdollisimman monimutkainen. Sen sijaan mekaanisilla rakenteilla ratkaistavat ongelmat tulisi ratkaista mekaanisilla rakenteilla, kun taas ohjausjärjestelmän koordinoimia ongelmia tulisi käsitellä antureilla, ohjelmistoilla ja ohjausjärjestelmillä.

Esimerkiksi materiaalin kuljetuksessa ja väliaikaisessa varastoinnissa rullaradat, kaltevat rakenteet, sijoitusmekanismit ja modulaariset työasemat mahdollistavat materiaalin liikkumisen osittain painovoiman avulla. Tämä vähentää monimutkaisten toimilaitteiden, kuten moottorien ja sylinterien, tarvetta sekä myös myöhempää huoltotyön vaikeutta.

Kustannustehokas automaatio ei kuitenkaan tarkoita sitä, että sähköjärjestelmiä ei käytetä lainkaan. Kun järjestelmän on määritettävä, onko työasema täynnä, onko materiaalille suoritettu vaadittu varastointiaika vai voiako AGV-/AMR-kuljetinajoneuvo ajaa paikalle, tarvitaan antureita ja digitaalisia järjestelmiä.
Todella tehokas ratkaisu on usein mekaanisten rakenteiden, painovoimakuljetuksen, liikkuvien robottien ja tietojärjestelmien yhdistelmä.

2. Manuaalisesta käsittelystä automaattiseen virtaukseen – avain on työasemien yhdistäminen

Perinteisissä tehtaissa materiaalit liikkuvat yleensä erillisissä vaiheissa.

Varasto on hallinnassa yhden henkilöryhmän, kokoonpano toisen, tarkastus kolmannen ja lähetykset vielä eri alueen vastuulla. Jokainen prosessi voi toimia normaalisti itsenäisesti, mutta prosessien väliset yhteydet perustuvat usein edelleen manuaaliseen käsittelyyn.

Tuloksena on, että jokainen työasema voi näyttää kohtalaisen tehokkaalta, mutta koko prosessi ei silti toimi sujuvasti.

Automaattisen materiaalivirran arvo piilee näiden eristettyjen pisteiden yhdistämisessä.

Kokonaisvaltainen materiaalivirtaratkaisu sisältää yleensä useita osia:

Varaston materiaalien varastointia ja väliaikaista varastointia varten.
Automaattiset työasemat materiaalien toimittamiseen, väliaikaiseen varastointiin ja palauttamiseen.
Rullaradat tai kuljetusrakenteet materiaalilaatikoiden ja palettien pienen vastuksen omaavaan liikuttamiseen.
AMR- tai AGV-kuljetusvälineet automaattiseen kuljetukseen eri alueiden välillä.
Anturit ja ohjausjärjestelmät työasemien tilan tunnistamiseen, kuljetustehtävien määrittämiseen ja materiaalitietojen tallentamiseen.

Tällä tavoin materiaalit eivät enää riipu siitä, että joku siirtää ne väliaikaisesti käsin. Sen sijaan ne siirtyvät automaattisesti seuraavaan prosessiin suunnitellun työnkulun mukaisesti.

Esimerkiksi mobiilirobotti voi ottaa materiaalit varastosta ja toimittaa ne kokoonpanotyöasemalle. Kun kokoonpano on valmis, kuljetusväline siirretään seuraavaan prosessiin. Tarkastuksen tai kovettumisen jälkeen se palaa varastoon tai siirtyy lähetyksenaluelle.
Tässä prosessissa työntekijät eivät enää käytä suurta osaa ajastaan materiaalien käsittelyyn. He voivat keskittyä arvon tuottaviin tehtäviin, kuten kokoonpanoon, tarkastukseen ja vianmetsäntään.

3. Modulaariset alumiiniprofiilit ovat tärkeä perusta halpaa automaatiota varten

Tässä tyypissä materiaalivirtaratkaisua alumiiniprofiilirakenteet usein täyttävät erinomaisen tärkeän roolin.

Syy on yksinkertainen: halpa automaatio ei ole kerran tehty ja kiinteä projekti. Sitä on säädettävä jatkuvasti todellisen tuotantopaikan mukaan.

Tänään työaseman korkeus voi olla 750 mm. Huomenna, jos käytetään eri materiaalilaatikkoa, ohjausrakennetta saattaa joutua säätämään.
Tällä hetkellä syöttö voi tapahtua manuaalisesti. Myöhemmin, jos lisätään AMR-liitännän (autonominen mobiilirobotti) kytkentä, on varattava paikka sijoittamiselle ja ohjaustilalle.
Jos nykyinen tuotantorytmi ei ole kovin korkea, yksinkertainen väliaikainen varastointi saattaa riittää. Kun kapasiteettia lisätään myöhemmin, saattaa tarvita enemmän rullaraitoja, pysäytysmekanismeja ja suojarakenteita.

Jos kaikki rakennetaan hitsattuista teräskehikoista, myöhempää muokkaamista tulee kalliiksi.
Teolliset alumiiniprofiilit tarjoavat kuitenkin selviä etuja: kevyt rakenne, korkea lujuus, nopea asennus ja helppous säätää. Niitä voidaan käyttää myös kulmapidikkeiden, liitososien, pyöräkulmien, ovenpaneelien, suojien, rullaraitojen ja muiden lisäosien kanssa, jotta voidaan nopeasti rakentaa työasemia, materiaalihyllyjä, käsikärryjä, väliaikaista varastointia varten tarkoitettuja hyllyjä ja automaatiolaitteiden kehikkoja.

Materiaalivirtajärjestelmässä alumiiniprofiileja käytetään paitsi kehän rakentamiseen myös koko automaatioyhteyden osana.

Niiden on pystyttävä kantamaan tavaroiden paino samalla kun ne varmistavat tarkkuuden liittymispaikoissa.
Niiden on sopeuduttava kohteen sijaintiin ja samalla niiden on pysyttävä myöhemmin helppokäyttöisiä huoltoa varten.
Niiden on toimittava mekaanisten rakenteiden kanssa ja samalla varattava paikkoja antureille, rajoituslaitteille, pysäytyslaitteille, oviaukkojen paneelille, suojauslaitteille ja muihin toimintoihin.

Siksi vaikuttava yksinkertainen materiaalirakko tai työasema testaa itse asiassa koko rakennemuotoilun, kohteen tahti- ja sovellustilanteiden ymmärtämistä.

4. Todellinen tehokkuuden parantaminen saavutetaan vähemmällä odottamisella, vähemmällä käsittelyllä ja vähemmällä keskeytyksillä

Kun monet yritykset toteuttavat automaatiota, ne keskittyvät usein ainoastaan laitteisiin: kulkeeko kyyti tarpeeksi nopeasti, onko robottikäsivarsi kallis vai onko kuljetusnauha tarpeeksi pitkä.

Todellisessa tuotannossa kuitenkin tärkeämpää on, onko prosessi jatkuvaa.

Hyvä materiaalivirtaratkaisu tulisi saavuttaa seuraavat tavoitteet:

Materiaalit eivät kasaa.
Työasemat eivät odota tyhjinä.
Työntekijät eivät joudu jättämään toistuvasti työpaikkaansa materiaalien siirtämiseksi.
Järjestelmä tuntee jokaisen kuljetin nykyisen tilan.
Laitteet voivat liittyä muihin laitteisiin vakauttaen sen sijaan, että niitä jouduttaisiin säätämään manuaalisesti joka kerta.

Kun nämä ongelmat ratkaistaan, tuotantopaikalla tapahtuvat muutokset tulevat hyvin selviksi:

Työntekijät kuluttavat vähemmän fyysistä energiaa ja työskentelevät tasaisemmin.
Materiaalivirta selkiytyy ja paikan päällä tapahtuva hallinta helpottuu.
Tuotantorytmi tulee paremmin hallittavaksi ja odotusaika lyhenee.
Tuleva laajentaminen tulee helpommaksi, eikä tarvita enää rakentaa kaikki alusta lähtien joka kerta.

Tämä on myös edullisen automaation arvokkain osa. Sen tavoitteena ei ole rakentaa korkealuokkaista ihmistön vailla toimivaa tehdasta yhdellä isolla lohkolla. Sen sijaan se aloitetaan kipuallisimmista, usein toistuvimmista ja eniten turhaa työtä aiheuttavista prosesseista.

Aloita yhdestä materiaalirakosta, yhdestä työasemasta, yhdestä rullaradan osasta tai yhdestä kuljetusreitistä.
Kun materiaalin virtaus muuttuu sujuvaksi, tuotantopaikan tehokkuus vapautuu vähitellen.

5. Valmistuksen modernisointi ei välttämättä vaadi suuria hankkeita

Monille pienille ja keskisuurille valmistusyrityksille käytännöllisin tie automaatioon ei ole saada kaikki valmiiksi kerralla, vaan edetä vaiheittain.

Vaihe 1: Tunnista paikalla usein käytetyt kuljetusreitit.
Mitä materiaaleja on siirrettävä joka päivä? Millä työasemilla odotetaan usein materiaalia? Mitkä prosessit kuluttavat eniten työvoimaa?

Vaihe 2: Määritä, mitkä toimet voidaan korvata mekaanisilla rakenteilla.
Esimerkiksi väliaikainen varastointi, liukuminen, ohjaaminen, sijoittaminen ja tärinän vaimentaminen voidaan usein saavuttaa rullaradoilla, alumiiniprofiilipöydillä ja yksinkertaisilla mekanismeilla.

Vaihe 3: Tarkastele sen jälkeen, tarvitaanko liikkuvia robotteja tai kuljetusjärjestelmiä.
Jos alueiden välisiä käsittelytoimintoja suoritetaan usein, etäisyys on pitkä ja tahti suhteellisen vakaa, alueiden väliseen yhdistämiseen voidaan ottaa käyttöön itsenäisesti navigoivat robotit (AMR), automaattiset ohjattavat ajoneuvot (AGV) tai kuljetinradat.

Vaihe 4: Varaa tilaa tulevaa laajentumista varten.
Työaseman korkeus, materiaalilaatikoiden koko, anturien kiinnityspaikat, suojaovien rakenteet ja huoltokäytävät tulee ottaa huomioon jo etukäteen, jotta myöhempää uudelleenmuokkaamista voidaan välttää.

Automaatio ei tarkoita tietyn henkilön korvaamista. Sen tarkoituksena on tehdä paikan päällä suoritettavat toimet vakaita, vapauttaa työntekijät toistuvista käsittelytehtävistä ja tehdä tuotantotahti selkeämmäksi.

Johtopäätös

Tehtaissa tehokkuuden parantaminen ei useinkaan johtu yhdestä kalliista laitteesta, vaan prosessin yksityiskohtien uudelleenjärjestämisestä.

Miten materiaalit saapuvat, miten ne liikkuvat, missä ne pysähtyvät, milloin ne siirtyvät seuraavaan prosessiin, kuka määrittää niiden tilan ja miten laitteet kytkentävät toisiinsa – nämä tavalliselta näyttävät kysymykset määrittelevät, onko tuotantopaikka todella tehokas.

Edullisen automaation arvo on tehdä materiaalin virtaus sujuvammaksi joustavammin, säädettävämmin ja paikallisesti suunnatulla tavalla.

Automaatiolaitteiden kehikoille, kuljetusnauhoille, työasemien materiaalirakoihin, rullaradarakenteille ja teollisuuden alumiiniprofiilisovelluksille tulevaisuuden painopiste ei ole pelkästään rakenteen rakentamisessa, vaan myös siinä, että rakennetta tehdään osaksi tuotanto-rytmiä ja älykkään valmistuspaikan osaksi.