Geautomatiseerd buigen

Tech-Info-blad nr. TI.07.38 december 2007

Geautomatiseerd buigen

Dit Tech-Info-blad is tot stand gekomen binnen het kader van het kennisoverdrachtproject "Fabricage van producten met geavanceerde productiemiddelen voor het omvormen en verbinden - FPGP". In dit kader zijn ook de volgende publicaties uitgegeven: TI.07.36 - “Laser-MIG/MAG hybride lassen” en TI.07.37 - “Laserlassen van complexe producten”. Deze publicatie is bedoeld om bedrijven die overwegen hun buigproces te automatiseren zodanig te ondersteunen dat zij een gelijkwaardige gesprekspartner worden voor de machineleveranciers en daardoor in staat zijn om samen met hen tot de optimale oplossing voor hun buigproces te komen. Meer informatie betreffende het buigen is onder meer te vinden op de websites www.verbinden-online.nl en www.dunneplaat-online.nl, waarop ook de volgende relevante Tech-Info bladen vrij gedownload kunnen worden: TI.00.12 - “Laser- en waterstraalsnijden van gelamineerde en beklede plaat” en TI.07.35 - “Omvormprocessen”.

Inhoud 1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Beheersing van het buigproces is voorwaarde voor het succesvol geautomatiseerd buigen . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Stappen in het buigproces bij manuele productie . 2.1.1 Programmeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Instellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3 Buigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.4 Meten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.5 Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Productenpakket, dat bij de automatisering wordt betrokken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Geometrie, afmetingen en toleranties . . . . . . . . 3.2 Productmaterialen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Maakbaarheid en procesbeheersing . . . . . . . . . . 3.4 Seriegroottes per jaar en per productierun . . . . . 3.5 Cyclustijden voor het manueel buigen . . . . . . . . 3.6 Logistieke aspecten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Buigprocessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Vrijbuigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Driepuntsbuigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Vijfpuntsbuigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Matrijsbuigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Strijkbuigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Zwenkbuigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7 Vergelijking buigprocessen . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8 Buigautomaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8.1 Geautomatiseerd buigen op kantpersen . . 4.8.2 Strijkbuigautomaten . . . . . . . . . . . . . . . 4.8.3 Zwenkbuigautomaten . . . . . . . . . . . . . . 5 Doelstellingen en keuzecriteria van het geautomatiseerd buigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Inventarisatie en technologische evaluatie van buigsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Inventarisatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1.1 CNC kantpers met hanteerrobot . . . . . . . 6.1.2 Robotbuigautomaten, strijkbuig- en zwenkbuigautomaten . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Technologische evaluatie . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Economische evaluatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Systeemintegratie. Mogelijkheden tot koppeling met andere deelsystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Systeemintegratie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1 Systeemspecificatie . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2 Systeemtest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3 Opleiding en training . . . . . . . . . . . . . . 8.2.4 Afname . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Programmeren van het buigsysteem . . . . . . . . . . . . . 9.1 Voordelen off-line programmeren . . . . . . . . . . . 9.2 Gevolgen voor de organisatie . . . . . . . . . . . . . . 10 Kwaliteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1 Hoeknauwkeurigheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2 Beenlengtetoleranties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3 Rechtheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.4 Oppervlaktekwaliteit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Logistiek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Gereedschapmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.1 Robotgrijpers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.2 Buiggereedschappen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Plan van aanpak voor de keuze van het geautomatiseerd buigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Cases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1 Meijer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.1 Voorwoord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.2 Samenvatting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.3 Het bedrijf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.4 Het investeringsonderzoek . . . . . . . . . . 14.1.5 Het buigproces . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.6 De aanpak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.7 Economische haalbaarheid . . . . . . . . . . 14.1.8 De proefperiode . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.9 Conclusies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.10 Commentaar van de leverancier . . . . . . 14.1.11 Aanbevelingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.1.12 Literatuurlijst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 6 6 6 8 8

14.2 Phoenix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2.1 Algemeen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2.2 Probleemstelling . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2.3 Principebesluit robotkanten . . . . . . . . . 14.2.4 Plan van aanpak . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2.5 Keuze van de leverancier . . . . . . . . . . 14.2.6 Implementatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2.7 Leereffecten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.2.8 Conclusie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3 Alliance Métal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.1 Uitgangssituatie . . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.2 Probleemstelling . . . . . . . . . . . . . . . . 14.3.3 Principebesluit robotkanten . . . . . . . . . 14.3.4 Samenstelling van het systeem . . . . . . 14.3.5 Implementatie bij Alliance Métal . . . . . . 14.3.6 Analyse van Alliance Métal na installatie 14.3.7 Evaluatie van het robotbuigsysteem . . . 14.3.8 Conclusie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Conclusie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Marktontwikkelingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.1 Algemeen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2 Buigcellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2.1 Landré Euromach . . . . . . . . . . . . . . . 16.2.2 Trumpf Nederland . . . . . . . . . . . . . . . 16.2.3 Bystronic Benelux . . . . . . . . . . . . . . . 16.2.4 Rolan Robotics en Robosoft . . . . . . . . 16.2.5 Safan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2.6 Wila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2.7 Darley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2.8 LVD & Salvagnini . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2.9 Finn-Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23 23 23 23 23 24 24 24 25 25 25 25 25 25 26 26 27 27 27 27 27 27 27 28 28 28 29 30 30 31 31

10 10 10 10 11 11 12 13 13 13 14 14 14 14 14 14 15 15 15 15 15 15 15 16 16 16 16 16 16 16 16 17 17 17 18 19 22 22 23 23 23

1

Inleiding

Waarom willen bedrijven automatiseren? Om voorop te lopen, te kunnen blijven concurreren en om aan de groeiende schaarste van vakmensen het hoofd te kunnen bieden. Tussen deze argumenten bestaat een onderling verband. Deze doelen worden gerealiseerd als automatisering leidt tot:  een lagere kostprijs,  kortere doorlooptijden,  een betere en constante kwaliteit en  een grotere flexibiliteit. De kwaliteit wordt bepaald door het proces, het materiaal, de gereedschappen, de machine, productinformatie en het vakmanschap. Hier zal in deze publicatie uitgebreid op worden teruggekomen. Gaat men over op het automatiseren van een bekend buigproces, dan zijn op dat punt de risico's te overzien. Soms kan dat ook betekenen, het onbenut laten van nieuwe mogelijkheden. De kostprijs, doorlooptijd en flexibiliteit hangen in belangrijke mate af van het aantal producten dat in de gevraagde volgorde en aantallen per tijdseenheid kunnen worden geproduceerd. Geproduceerd worden betekent niet door de buigautomaat sec, maar door de integrale productie-eenheid. Immers, een investering verdien je alleen maar terug bij voldoende omzet. We gaan er in deze publicatie van uit dat het buigproces de bottleneck van de integrale productie-eenheid is en dat de extra capaciteit van de buigcel leidt tot een evenredige vergroting van de integrale productiecapaciteit. Welk deel van het productpakket kan geautomatiseerd worden? Dit hangt onder meer af van de complexiteit 1

van het productpakket en de flexibiliteit en kosten van de gekozen oplossing. Immers: oneindige flexibiliteit kost (als deze al verkrijgbaar is) ook oneindig veel (zie figuur 1.1)

2

Beheersing van het buigproces is voorwaarde voor het succesvol geautomatiseerd buigen

Het is verstandig pas tot automatisering over te gaan, indien het productieproces voor de automatisering optimaal verloopt. Wanneer dat nog niet het geval is, moeten eerst maatregelen worden genomen om die doelstelling te realiseren. De toetsingscriteria, die in dit kader kunnen worden gebruikt, zijn:  snelheid; benutten van capaciteit en doorlooptijd van de cel en van de integrale productie;  kwaliteit; productnauwkeurigheid en proceszekerheid;  flexibiliteit; inspelen op klantvraag en mogelijkheid tot wijzigen van capaciteitsplanning.

2.1 Stappen in het buigproces bij manuele

productie

figuur 1.1 Flexibiliteit als functie van de hoogte van de investering

Beperken op dat punt kan heel verstandig zijn. Indien de vereiste flexibiliteit niet voor alle productvarianten beschikbaar is, is een operator nog onmisbaar. Afhankelijk van de omvang van het productpakket kan het kiezen van een "hybride" oplossing soelaas bieden. Met "hybride" oplossingen bedoelen we hier gecombineerde hand- en robotbediende installaties. Omdat een toenemende productdiversiteit en -complexiteit veelal tot een complexere oplossing voor de automatisering leiden, gaan zij dan ook gepaard met hogere investeringen. Nu weten we dat toeleveranciers over het algemeen een grotere verscheidenheid aan producten kennen dan producenten met een eigen product, terwijl ook de seriegroottes kleiner zijn. De behoefte aan flexibiliteit is hier in het algemeen het grootst, ook omdat de voorspelbaarheid van de samenstelling van het productpakket lager is dan bij producenten met een eigen product. Het geautomatiseerd buigen, al of niet "hybride", op kantpersen lijkt hier meer voor de hand te liggen. Verder hebben toeleveranciers vaak geen zeggenschap over de producttekening, zodat productaanpassingen om barrières weg te nemen niet of niet op tijd mogelijk zijn. Op de vraag of geautomatiseerd buigen van toepassing is in een gegeven bedrijfssituatie, zal eerst een aantal uitgangspunten moeten worden vastgesteld. Er moet duidelijkheid zijn over:  het productenpakket dat bij de automatisering wordt betrokken;  de buigprocessen die hier uit volgen en moeten worden geautomatiseerd;  doelstellingen en keuzecriteria van het geautomatiseerd buigen;  technologische evaluatie van de buigsystemen, die op dit moment op de markt zijn;  economische evaluatie van de technologisch geschikte buigsystemen;  mogelijkheden tot koppeling met andere deelsystemen;  logistieke consequenties;  off-line programmeren van het buigsysteem;  plan van aanpak. Nadat deze aandachtspunten nauwkeurig zijn uitgewerkt, kan een pakket van eisen voor een geautomatiseerde buigcel worden opgesteld. In dit kader is het goed kennis te nemen van leereffecten uit de praktijk.

Deze stappen moeten worden geoptimaliseerd om een goede investeringsbeslissing te kunnen nemen voor het geautomatiseerd buigen. Hierbij wordt gedacht aan de volgende richtwaarden:  programmeren 15%  instellen (gereedschap wisselen) 15%  vrijbuigen met hoekmeetsysteem 40%  meten 10%  handling en administratie 20% Ter verkrijging van een goed referentiekader voor een investeringsafweging voor het geautomatiseerd buigen, moeten bovenstaande richtwaarden bij het conventioneel buigen zeker worden gehaald en mogelijk worden verbeterd.

2.1.1 Programmeren (15%) Verstoringen zijn:  werkvoorbereidingen aan de machine, zoals: uitslagberekening, bepalen van de buigparameters, zoals buigvolgorde, gereedschapselectie, aanslagposities, enz. en NC programmeren;  programmeren op basis van een verkeerde uitslag;  NC-programma's zoek;  fouten in het ontwerp;  fouten in het NC-programma;  versiebeheer NC-programma.

2.1.2 Instellen (15%) Verstoringen zijn:  tijdverlies bij gereedschap wisselen door verkeerde gereedschapskeuze, gereedschap zoeken en een niet optimaal gereedschapsysteem;  instellen aanslagen, bombering, enz.;  verkeerde positie gereedschap t.o.v. geprogrammeerde positie achteraanslagen.

2.1.3 Buigen (40%) Verstoringen zijn:  onergonomische producthandling;  snelheid van de kantpers en aanslagen;  beveiliging (volgens ‘NEN-EN 13478:2002 en’ mag de stotersnelheid zonder beveiliging niet meer dan 10 mm/sec bedragen);  overbelasting operator (duur);  schoonmaken gereedschap;  vernieuwen buigfolie;  variatie materiaaleigenschappen die de uitslaglengte beïnvloeden (verstevigingsfactor "η", materiaaldikte toleranties).

In deze publicatie zullen leereffecten aan de hand van enkele cases worden behandeld.

2

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

2.1.4 Meten van de beenlengten voor relatief

eenvoudige producten (maximaal vier zettingen); 10%

Kost te veel tijd als gevolg van:  te veel proefzettingen;  slecht onderhoud van machine en gereedschappen.

2.1.5 Handling (20%) Verstoringen treden op ter zake van:  aanvoer: 1. materiaal niet tijdig beschikbaar; 2. verkeerd materiaal aangeleverd, dat niet of onjuist is gesorteerd op walsrichting.  afvoer: 1. complex stapelen; 2. verpakken tijdens kanten; 3. invullen productiedocumentatie.

3

Productenpakket, dat bij de automatisering wordt betrokken

Het betreft hier het productenpakket dat nu en in de nabije toekomst moet worden vervaardigd. Uit praktische overwegingen zal met productgroepen moeten worden gewerkt. De definitie van deze productgroepen moet zodanig zijn, dat ieder product in één van deze productgroepen kan worden ondergebracht. De productgroepen worden gedefinieerd door:  geometrie, afmetingen en toleranties;  productmaterialen;  maakbaarheidsaspecten en procesbeheersing;  seriegroottes; per jaar en per productierun;  cyclustijden voor het manueel buigen.

3.1 Geometrie, afmetingen en toleranties De geometrie van het gebogen product wordt bepaald door:  het aantal buiglijnen; onderscheidt de volgende productgroepen: 1. tot 3 buiglijnen; 2. van 4 tot 7 buiglijnen; 3. meer dan 7 buiglijnen.  de hoeken van de buiglijnen; onderscheidt de buiglijnen, die evenwijdig verlopen en die onder een hoek van 90º staan, zoals dat bij een doosvormig product het geval is. Onderscheidt verder buiglijnen, die onder andere hoeken dan 90º verlopen;  de lengte van de buiglijnen: productgebonden gereedschappen en hielstukken;  de producthoeken; onderscheidt producten met hoeken van 90º en andere hoeken;  de productafmetingen, waarbij de lengte van de buiglijnen en de beenlengten relevant zijn; onderscheidt producten met lengten <500 mm, 501 t/m 1.500 mm en >1.500 mm. Onderscheidt deze categorieën tevens in beenlengten van <10.s en >10.s (s=plaatdikte);  toleranties van producthoeken, beenlengten en de lengte van de buiglijnen (zie hiervoor ook tabel 4.2). In tabel 3.1 zijn enkele producten weergegeven, die op basis van deze criteria representatief zijn voor een productgroep. In case 14.1 zijn deze criteria ook gebruikt om het productpakket te analyseren (zie § 14.1.6).

3.2 Productmaterialen Het productmateriaal moet in de productgroepen worden verdisconteerd, omdat:  de terugveringseigenschappen voor verschillende materialen anders zijn, waardoor de noodzaak van een hoekmeetsysteem bij vrijbuigen noodzakelijk kan zijn;  de minimum buigradius materiaalafhankelijk is;  de uitslag en daarmee de ligging van de buiglijnen van TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

bijvoorbeeld staal, RVS en aluminium verschillend is.  de neiging tot aanladen verschillend is, waardoor als gevolg hiervan soms gecoate gereedschappen nodig zijn.

3.3 Maakbaarheid en procesbeheersing Gerelateerd aan de onder § 3.1. bedoelde productgroepen kunnen maakbaarheidsaspecten worden gedefinieerd, die de specificatie van de buigautomaat mede bepalen. In dit kader zijn de volgende vragen actueel:  kan de gewenste buigvolgorde worden uitgevoerd?  kunnen alle productgroepen zonder botsing met machine, robot of gereedschappen worden gemaakt?  wat is de minimum beenlengte, die in het productenpakket voorkomt?  laten de producten zich door de grijpers van een robot hanteren?  welke toleranties moeten met de nieuwe buigautomaat worden gerealiseerd?  op welke wijze wordt de spreiding van de materiaaleigenschappen gecompenseerd?

3.4 Seriegroottes per jaar en per productierun Voor een verantwoorde economische evaluatie moet per productgroep de volgende informatie beschikbaar zijn:  naam productgroep;  jaarserie en productieruns;  normtijden;  het totaal aantal producten van het representatief productenpakket;  het totaal (benaderd) aantal producten, dat de komende jaren moet worden vervaardigd. Voorts is het van belang om de huidige machinebezetting te kennen. In tabel 3.1 is een voorbeeld uitgewerkt van de economische informatie, die beschikbaar moet zijn. tabel 3.1 product achterregel

Normtijden (manueel buigen) representatief productenpakket op kantpers frequentie jaarserie normtijden (uren)

tekening 126030961

60

18.383

216

ligger

1210180561

37

3.407

55

zijplaat

1260270401

44

12.664

140

versterking

1210340741

8

5.568

139

montageplaat 1260320301

33

totaal representatief productenpakket

6.145

68

46.167

618

totaal voor werkelijke productenpakket 413.856 normtijden geautomatiseerd buigen

3.890

leverancier 1 leverancier 2 enz.

In § 6.1 zal deze productinformatie verder worden uitgewerkt. Op deze productinformatie wordt de specificatie van de buigautomaat gebaseerd. Deze specificatie heeft een belangrijke rol in de bestelprocedure.

3.5 Cyclustijden voor het manueel buigen Mochten de normtijden, zo als die zijn weergegeven in tabel 3.1, niet bekend zijn, dan kan doorgaans worden gerekend met een operationele tijd van 10 á 12 sec. per zetting.

3.6 Logistieke aspecten De mogelijkheden en beperkingen van de aanvoer van het uitgangsmateriaal en de afvoer van de gebogen pro3

ducten zijn mede bepalend voor de periode, dat onbemand kan worden geproduceerd. Hierbij speelt het productontwerp i.c. de stapelbaarheid een belangrijke rol.

4

Buigprocessen

De meest populaire processen voor het buigen van dunne plaat zijn:  vrijbuigen;  driepuntsbuigen;  vijfpuntsbuigen;  matrijsbuigen;  strijkbuigen;  zwenkbuigen. Deze buigprocessen zijn voor het merendeel beschreven in de publicaties TI.07.35 - "Omvormprocessen" en VM 113 "Buigen". De toepassing van deze processen wordt bepaald door:  afmetingen en geometrie van het product;  de gewenste nauwkeurigheid;  de seriegrootte.

4.1 Vrijbuigen Het vrijbuigen (zie figuur 4.1) is in feite een driepuntsbuiging en op grond van flexibiliteit de meest toegepaste buigmethode. Deze methode wordt met universele gereedschappen uitgevoerd. De belangrijkste gereedschapskenmerken zijn:  het bovenmes met een kleine stempelhoek (ca. 30º) en een kleinere stempelradius dan de gewenste productradius;  de ondermatrijs met een V-opening, waarvan de breedte wordt bepaald door de gewenste productradius. De ingesloten hoek van de V-opening bedraagt 30 tot 40º. In sommige gevallen is het ondergereedschap voorzien van een rechthoekige groef.

righeid van het product. Een hoekmeetsysteem is dus geen vrijbrief voor wild materiaal inkopen! Een eenvoudige, maar minder nauwkeurige bepaling van de grootte van de inwendige radius bij het vrijbuigen kan worden gedaan aan de hand van tabel 4.1. tabel 4.1

Bepaling van de grootte van de inwendige radius bij vrijbuigen

productmateriaal

Rinwendig

Aluminium 99,5

0,1 × V-opening

RVS 304

0,2 × V-opening

RVS 430

0,17 × V-opening

omvormstaal

0,17 × V-opening

De inwendige radius is van belang voor de bepaling van de uitslaglengte van het product. Wanneer alle productbenen getolereerd zijn, moet de uitslag ook nauwkeurig zijn. In dit geval zijn bovengenoemde richtwaarden niet toereikend en moet de verkortingsfactor proefondervindelijk worden bepaald.

4.2 Driepuntsbuigen Het driepuntsbuigen (zie figuur 4.2) is in feite een variant op vrijbuigen. Dit proces wordt sinds jaren door Hämmerle in praktijk gebracht. Het proces onderscheidt zich van het vrijbuigen, doordat de referentiepunten aan dezelfde zijde van de uitslag liggen. De invloed van de materiaaldikte is hierdoor dus geëlimineerd. De producthoek wordt bepaald door de hoogteverstelling (die door spieën wordt teweeggebracht) in de matrijs. Hierdoor is de invloed van de diktetolerantie van de plaatdikte op de producthoek èn de beenlengte niet meer aan de orde. De leverancier garandeert de hoeknauwkeurigheid op een kwart graad, minstens zo nauwkeurig als de huidige hoekmeetsystemen.

figuur 4.1 Principe van het vrijbuigen

De diepte-instelling van de pers bepaalt de producthoek. Dat maakt het vrijbuigen tot een flexibele technologie. De terugvering bij vrijbuigen is relatief groot en sterk afhankelijk van de terugveringseigenschappen van het productmateriaal. De terugvering kan bij het vrijbuigen sinds de introductie van hoekmeetsystemen op kantpersen snel en adequaat worden gecorrigeerd. De gevormde productradius is afhankelijk van de aard van het productmateriaal en de grootte van de V-opening. Het is van belang, dat de productradius voorspelbaar is, omdat de uitslag hiermee berekend is. Als de V-opening constant is (juiste gereedschap gemonteerd!) hangt de productradius en daarmee de beenlengte alleen nog af van de materiaaleigenschappen. Een hoekmeetsysteem corrigeert dus alleen de hoek, niet de beenlengte! In het geval geen restmaten beschikbaar zijn, heeft een afwijkende radius dus consequenties voor de maatnauwkeu4

figuur 4.2 Principe van het driepuntsbuigen

4.3 Vijfpuntsbuigen Het vijfpuntsbuigen (zie figuur 4.3) is een tussenvorm van het vrijbuigen en matrijsbuigen. Hierbij is zowel de stempelhoek als de matrijshoek 2 tot 4º kleiner dan de gewenste producthoek. Hierdoor is er aan het einde van de persslag ruimte om bij de gewenste producthoek de gevraagde productradius dichter te benaderen.

4.4 Matrijsbuigen Indien de gevraagde tolerantie van productradius en producthoek klein is, is het matrijsbuigen (zie figuur 4.4) een optie. Hiermede kunnen dank zij de hoge kalibreerdrukken bij kleine productradii (<5×de plaatdikte) hoekTI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

figuur 4.5 Principe van het strijkbuigen figuur 4.3 Principe van het vijfpuntsbuigen

a)

het strijkmes de buiging tot stand. Dit proces wordt gekenmerkt door:  grote wrijvingskrachten en dus oppervlaktebeschadigingen, die overigens worden beïnvloed door de geometrie van het strijkmes. De meest ideale vorm is in dit kader die van de torpedo. De consequentie is wel een grote slaglengte van de pers. Bij strijkbuigautomaten wordt de kans op beschadigingen verminderd door interpolatie van de assen;  de mogelijkheid om zeer korte beenlengtes te buigen. Bij de twee voorgaande buigprocessen wordt de minimale beenlengte bepaald door de grootte van de V-opening;  de hoge productiesnelheid en de geschiktheid tot automatiseren. Denk hierbij aan Salvagnini.

4.6 Zwenkbuigen

b)

De zwenkbuigmachine (zie figuur 4.6), ook wel zetbank genoemd, bestaat uit drie elementen, te weten:  tafel;  drukbalk;  buigbalk.

c)

figuur 4.4 Fasen van het matrijsbuigen

toleranties van ± 0,2º en radiustoleranties van ± 0,1 mm worden gerealiseerd. Bij kleine radii kan een kalibreerdruk van 3 tot 5 maal de trekvastheid de terugvering compenseren. Dit maakt overigens in het algemeen een productgebonden gereedschap noodzakelijk. Voor kleine series is dat dus een probleem. Met het buigen in een rubber kussen kunnen deze hoge kalibreerdrukken niet worden bereikt, maar kan toch vaak een acceptabel resultaat worden gerealiseerd. Een variant op deze werkwijze is het buigen in een PVC- matrijs, die is opgenomen in een standaard stalen opnameblok. Hierdoor kan een hogere kalibreerdruk worden opgenomen dan bij het buigen in rubber het geval is. Op deze wijze kan de PVC- matrijs hoge zijdelingse krachten opnemen.

4.5 Strijkbuigen Bij strijkbuigen (zie figuur 4.5) wordt de uitslag door een neerhouder op het ondergereedschap geklemd en brengt TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

figuur 4.6 Principe van het zwenkbuigen

De druk- en buigbalk zijn voorzien van een buiglijst. Traditionele zwenkbuigmachines werken met een vast draaipunt en een vaste drukbalk met als bezwaar, dat er sprake is van lijncontact tussen de buiglijst van de buigbalk en het omgezette been. Bij moderne machines kan de drukbalk verstelbaar worden uitgevoerd. Deze constructie maakt het mogelijk optimaal buigwerk te realiseren, waarbij niet alleen de juiste producthoek, maar tevens de gewenste productradius kan worden gerealiseerd. De zwenkbuigmachine komt bijzonder tot zijn recht in het geval grote beenlengten met hoge nauwkeurigheden moeten worden gezet. In vergelijking 5

Mocht deze afwijken, dan zal de robot deze positie corrigeren. Uit de evaluatie blijkt dat zowel de kantpers als de beide robots integraal kunnen worden geprogrammeerd.

met het buigen op kantpersen kan met zeer korte cyclustijden worden gebogen.

4.7 Vergelijking buigprocessen In tabel 4.2 is een overzicht gegeven van de belangrijkste kenmerken van genoemde buigprocessen. In het kader van flexibiliteit moet worden opgemerkt, dat de kantpers buigtechnisch gezien als een "alleskunner" moet worden getypeerd. Het strijkbuigen en zwenkbuigen zijn voor wat betreft de maakbaarheid gevoeliger voor de vorm en afmetingen van het product.

4.8 Buigautomaten De in de markt beschikbare oplossingen zijn kort samengevat:  kantpers met industriële robot;  buigautomaat met één of meer geïntegreerde robots;  zwenkbuigautomaat met geïntegreerde robot of manipulator;  zwenkbuigautomaat met industriële robot;  strijkbuigautomaat met geïntegreerde manipulator;  combinaties van genoemde oplossingen. Deze buigautomaten zijn gerelateerd aan:  geautomatiseerd buigen op kantpersen;  strijkbuigen op strijkbuigautomaten;  zwenkbuigen op zwenkbuigautomaten.

4.8.1 Geautomatiseerd buigen op kantpersen Het vrijbuigen is een zeer populair buigproces en wordt evenals het driepuntsbuigen, matrijsbuigen en vijfpuntsbuigen op de kantpers uitgevoerd. De uitspraak 'de kantpers kan alles’, heeft hier ongetwijfeld mee te maken. Zo behoeft het buigen van producten met zeer korte beenlengten geen probleem te zijn, wanneer wingbend gereedschappen worden toegepast (zie figuur 4.7). Het verdient dus aanbeveling om de verschillende buigautomaten in dit kader te evalueren. De hoekmeetsystemen, die bij het vrijbuigen zorg dragen voor een betere procesbeheersing, worden steeds meer geperfectioneerd. Er moet echter met historische materiaalinformatie worden gewerkt. Een bepaling van de mechanische eigenschappen van het productmateriaal tijdens het buigen en het relateren van deze eigenschappen naar de diepte-instelling van de pers moet in de nabije toekomst technisch haalbaar zijn. In figuur 4.8 zijn een tweetal robots te zien. Deze buigautomaat blijkt breed inzetbaar door de korte cyclustijden van ongeveer 10 seconden per buiging en een economische toepasbaarheid voor zeer kleine series van 50 tot 70 producten. Door het gebruik van een mechanische grijper kunnen er kleine en complex producten worden gehanteerd. De beschikbaarheid van een robot voor het buigen en een tweede robot voor het beladen levert een hoog rendement op. In de achteraanslag van deze samenstelling zijn sensoren gemonteerd, waardoor de positie van het product nauwkeurig wordt bepaald. tabel 4.2

hoektolerantie beenlengtetolerantie rechtsheidtolerantie (kantpers met bombering) flexibiliteit oppervlaktekwaliteit gereedschapskosten

6

figuur 4.8 Buigautomaat (Astro 100) met twee robots

Vergelijking buigprocessen profielen met lengten tot 1.000 mm in plaatdikten van 0,5 tot 3 mm buigproces

1) 2) 3) 4)

figuur 4.7 Toepassing van ‘wingbend’ gereedschap bij het buigen van een product met zeer korte beenlengte

vrijbuigen

1) 2)

driepuntsbuigen vijfpuntsbuigen

matrijsbuigen

strijkbuigen 3)

zwenkbuigen

± 0,75º ± 0,2 mm

± 0,25º ± 0,1 mm

± 0,5º ± 0,2 mm

± 0,2º ± 0,1 mm

± 0,3º ± 0,2 mm

± 0,5º ± 0,2 mm

± 0,5 mm/m

≤ 0,5 mm/m

± 0,5 mm/m

± 0,5 mm/m

± 0,5 mm/m

± 0,5 mm/m

+++ – +

+++ – ++/––

+ – +

– – –

+ –– +

++ + ++

4)

driepuntsbuigen: discussie over kenmerken. zonder gebruik van hoekmeetsysteem; met hoekmeetsysteem is ± 0,25º mogelijk. zonder gebruik van kalibreerhiel en met ruime buigspleet. ––: aanschaf; ++: levensduur. Overall: kostenneutraal. TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

4.8.1.1

Besturing

De besturing van de kantpers beïnvloedt in belangrijke mate het bedieningsgemak. Het is van belang een aantal functies in het pakket van eisen op te nemen. Hierbij wordt gedacht aan:  bedienerfuncties;  gereedschapinformatie;  machinegeheugen voor programmaopslag;  interfacing t.b.v. systeemintegratie;  materiaalinformatie;  omstelplan;  programmering; numeriek en grafisch;  bedienerspaneel.

4.8.1.2

Aanslagsystemen; X-, R- en Z-assen

Het aanslagsysteem is een belangrijk element van de kantpers. Het aantal assen en de uitvoering ervan bepalen voor een belangrijk deel de nauwkeurigheid en de efficiency, waarmee kan worden gezet. Belangrijke kenmerken zijn in dit kader:  de positioneernauwkeurigheid van de assen;  repeteernauwkeurigheid van de assen;  het aanslagbereik van de assen;  de snelheid en de acceleratie van de aanslagen;  het aandrijfsysteem van de achteraanslagen;  dynamisch gedrag en stabiliteit van de achteraanslagen;  het signaleren middels sensoren.

4.8.1.3

Automatische gereedschapwisseling

Het automatische gereedschapwisselsysteem van de buigautomaat maakt het mogelijk om gedurende een bepaalde periode onbemand te kunnen produceren, ook bij kleinere series. Zo heeft Wila in dit kader de Robot-Gripper ontwikkeld (zie figuur 4. 9). De Robot-Gripper is geschikt voor de geijkte robotopstellingen en is een universele methode voor het wisselen van gereedschappen in een buigcel. De Robot-Gripper kan een compleet New Standard gereedschapassortiment, zowel onder als boven, wisselen.

figuur 4.10

Mechanisch hoekmeetsysteem

figuur 4.11

Laserhoekmeetsysteem

Bezwaren van mechanische hoekmeetsystemen zijn de gevoeligheid voor vervuiling, slijtage en de moeilijke toepasbaarheid bij kleine V-openingen. In het algemeen kan echter het aantal proefbuigingen drastisch worden gereduceerd of zelfs geëlimineerd. Er zijn twee redenen om te investeren in een goed hoekmeetsysteem.  bij geautomatiseerd buigen werken proefbuigingen en metingen verstorend op het proces en zijn derhalve onacceptabel;  uitgaande van het feit, dat de tijd voor proefbuigen ca. 200% is van de tijd, die nodig is voor het regulier buigen, kan op basis van een betrekkelijk eenvoudige calculatie worden vastgesteld of een hoekmeetsysteem een goede optie is; zelfs bij een stand-alone machine. Bij het manueel buigen wordt het soms als een bezwaar ervaren, dat veelal een tweede persslag nodig is voor correctie van de terugvering. Dit probleem is bij geautomatiseerd buigen niet aan de orde. Bij geautomatiseerd buigen moet de robot de "terugveermeting" wel kunnen volgen! Hiervoor is een integratie van de robot en het hoekmeetsysteem nodig. Dit vergt off-line programmeren van de robot. Bij niet alle robots kan dat!

4.8.1.5

Y-meetsysteem

 t.b.v. plaatdiktemeting: Methode "Beyeler" (figuur 4.12);  t.b.v. hoekcorrectie: Methode "Beyeler" (figuur 4.13).

4.8.1.6

Plaatdiktemeting

Methode "Safan".

figuur 4.9 De Robot-Gripper wordt gebruikt voor het automatisch wisselen van gereedschap in een buigcel

4.8.1.4

Hoekmeetsysteem

De technologische waarde van het hoekmeetsysteem is afhankelijk van de door de fabrikant gekozen systematiek. Allereerst kan het systeem adaptief werken of vanuit waarden opgeslagen in het geheugen. Verder kan het systeem zijn gebaseerd op hoekmeting door een mechanische meting of een lasermeting (zie figuren 4.10 en 4.11). TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

figuur 4.12

Plaatdiktemeting

7

figuur 4.13

figuur 4.15

Buigen van korte lokale buiglijnen

figuur 4.16

Strijkbuigautomaat met geïntegreerd beladingssysteem

figuur 4.17

Strijkbuigautomaat met robot voor ontladen en stapelen

Hoekcorrectie door meten terugvering

4.8.2 Strijkbuigautomaten De strijkbuigautomaat (zie figuur 4.14) biedt voor grotere plaatdelen veel voordelen met betrekking tot zeer korte cyclustijden en nauwkeurige producten. De korte cyclustijd wordt gerealiseerd, omdat het ontladen en beladen simultaan gebeurt. Verder volgen de zettingen elkaar zeer snel op. Zo bedraagt de cyclustijd voor een doosvormig product met zes positieve zettingen 20 seconden. Omdat met twee gereedschapssets wordt gewerkt, blijft de uitslag vlak op de machinetafel liggen. De buigunit zijn uitgerust met een:  laadtafel;  ontlaadtafel;  gereedschap wisselsysteem;  manipulator.

figuur 4.14

Strijkbuigautomaat + robot + kantpers

De gereedschappen zijn universeel en hoeven niet te worden gewisseld voor verschillende profielen en plaatdikten. Niet alle plaatdelen kunnen op een strijkbuigautomaat worden gebogen. Zo zijn er beperkingen met betrekking tot:  de minimale en maximale plaatdikte; hierbij moet worden gedacht aan 0,5 mm tot ca. 3 mm voor staal;  de lengte van de buiglijn;  de producthoogte;  een minimale afstand tussen de buiglijnen;  een minimale productbreedte. Voor het beladen en ontladen zijn vaak verschillende opties beschikbaar. De belangrijkste zijn de automatische belading en ontlading voor magnetische en niet magnetische productmaterialen. Verder zijn in veelal optisch beschikbaar voor:  automatische gereedschapwisseling met hydraulische kleminrichting;  het buigen van korte lokale buiglijnen (partial bending), zie figuur 4.15.  beladen met een geïntegreerd beladingsysteem (zie figuur 4.16);  ontladen en stapelen met een robot (zie figuur 4.17). 8

Een interessante combinatie van een strijkbuigautomaat +robot+kantpers is te zien in figuur 4.14. Hierdoor kunnen producten, die niet aan voorgenoemde voorwaarden voldoen, toch op deze buigcel automatisch worden gemaakt.

4.8.3 Zwenkbuigautomaten Zwenkbuigautomaten (zie figuur 4.18) onderscheiden zich evenals de strijkbuigautomaat van de kantpers door de korte cyclustijden. Daar staat tegenover, dat het product aan bepaalde ontwerprichtlijnen moet voldoen. Dit in tegenstelling tot de kantpers, die in feite een "alleskunner" is. Zo werd het in figuur 4.19 weergegeven product maakbaar op de zwenkbuigautomaat, nadat de TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

figuur 4.18

figuur 4.19

figuur 4.21

Uitvoering van een positieve buiging

figuur 4.22

Manipulator zwenkbuigautomaat in actie

figuur 4.23

Manipulator zwenkbuigautomaat in actie

figuur 4.24

Voorbeeld van dichtdrukken van een zetting

Zwenkbuigautomaat

Paneelvormig product geschikt voor een zwenkbuigautomaat

beenlengte van 17 mm werd vergroot naar 40 mm. In figuren 4.20 en 4.21 is een zwenkbuigautomaat te zien, die een negatieve en een positieve buiging uitvoert. De manipulator zorgt voor de positionering, waarna de plaatklem de uitslag overneemt (zie figuren 4.22 en 4.23).

figuur 4.20

Uitvoering van een negatieve buiging

De plaatklem kan zowel roteren als positioneren. Voor speciale bewerkingen, zoals het dichtdrukken zijn geen speciale gereedschappen nodig. Het dichtdrukken vóór en achter een zetting is in de figuren 4.24 en 4.25 weergegeven. Voorts kunnen met deze gereedschappen tevens grote radii worden gebogen. De mogelijkheid van het automatisch beladen en ontladen maken deze machines in principe geschikt voor het (tijdelijk) onbemand produceren. TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

9

figuur 6.1 Stappen in evaluatieproces buigsystemen

6.1 Inventarisatie

figuur 4.25

Voorbeeld van dichtdrukken van een zetting

De beperkingen van deze buigautomaten zijn ten opzichte van kantpersen:  de maximale plaatdikte bedraagt voor plaatstaal ca. 3 mm;  de maximale plaatlengte bedraagt ca. 3 m;  de kleinste productafmetingen zijn ca. 300×200 mm.

5

Doelstellingen en keuzecriteria van het geautomatiseerd buigen

Deze doelstellingen moeten in een vroegtijdig stadium worden geformuleerd en door betrokkenen in het bedrijf worden gedragen. De prioriteiten van doelstellingen zijn voor ieder bedrijf weer anders. De meest gestelde doelen zijn:  besparen directe loonkosten c.q. onbemand produceren;  realiseren constante kwaliteit; voorwaarde bij het geautomatiseerd buigen is, dat het eerste product bij voorkeur gelijk goed is. Is dit altijd haalbaar? Zo niet, dan legt dit een druk op de rentabiliteit;  reduceren van de steltijden t.b.v. grotere flexibiliteit en kortere doorlooptijden;  verkorten van de doorlooptijden;  vergroten van de integrale flexibiliteit;  vergroten van de omzet;  vergroten van de productiecapaciteit;  opvangen verloop van vakmanschap;  verbeteren van veiligheid en ergonomie. In dit voorbereidingsstadium moet reeds een duidelijke indicatie beschikbaar zijn van de rentabiliteit van de investering. Bovengenoemde doelstellingen moeten daarom concreet worden uitgewerkt. De keuzecriteria worden bepaald door de technologische eisen en de economische voorwaarden, die aan de buigautomaat moeten worden gesteld.

6

Inventarisatie en technologische evaluatie van buigsystemen

Alvorens een evaluatie van de op de markt beschikbare buigsystemen kan worden uitgevoerd, moet eerst duidelijk zijn welke buigsystemen op de markt beschikbaar zijn. De stappen, die in dit kader moeten worden gezet, kunnen schematisch worden weergegeven, zoals in figuur 6.1 is te zien. 10

Onafhankelijk van de verwachte realisatie van de eindoplossing zullen op basis van de gedefinieerde doelstellingen de verschillende buigsystemen moeten worden geïnventariseerd. Eén en ander op basis van het in hoofdstuk 3 geïnventariseerde productenpakket, dat bij de automatisering wordt betrokken. Tegen deze achtergrond zal een inventarisatie moeten worden gemaakt van:  CNC kantpersen al of niet gekoppeld aan één of twee hanteerrobots;  robotbuigautomaten, waarbij de robot(s) in het systeem is (zijn) geïntegreerd;  strijkbuigautomaten;  zwenkbuigautomaten;  logistiek systeem voor opslag, aan- en afvoer van uitslagen en eindproducten. In het hiernavolgende zal deze inventarisatie voor de CNC kantpers met hanteerrobot worden uitgewerkt. Voor de andere buigautomaten is de werkwijze identiek.

6.1.1 CNC kantpers met hanteerrobot De inventarisatie moet zijn gebaseerd op o.a. de volgende vragen, die aan verschillende machineleveranciers kunnen worden gesteld: Algemeen  nominale perskracht, bedlengte en maximum te hanteren productgewicht. Eén en ander op basis van een representatief productenpakket;  welke buigprocessen zijn geschikt voor het representatief productenpakket?  met welke aanlooptijd moet rekening worden gehouden, voor storingvrij kan worden geproduceerd?  kan een bestaande kantpers worden geautomatiseerd? Is dan turn-key afname mogelijk?  welke eisen stelt de machinesoftware aan de reeds aanwezige technische en logistieke informatiesystemen?  welke eisen worden gesteld aan fundering, energie en klimaatbeheer?  zijn er bijzondere maatregelen nodig voor afscherming? Robot  welk merk en type robot wordt aan de kantpers gekoppeld (bijvoorbeeld ABB, Fanuc, Kuka, Motoman, Antil, aantal assen)?  robotopstelling: vast, op rails of hangend aan portaal, enz.  welk maximaal gewicht kan de robot hanteren?  is de robot voorzien van een standaard gripperinterface? Onbemand produceren  welke algemene voorwaarden worden gesteld aan onbemand produceren?  welke voorwaarden moeten voor onbemand produceren aan de kantpers worden gesteld? TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

 hoe lang kan de buigcel onbemand produceren?  kunnen plaatdikte toleranties en spreiding in mechanische eigenschappen zodanig worden verwerkt, zonder dat de gevraagde maat- en vormtoleranties worden overschreden?

6.1.2 Robotbuigautomaten, strijkbuig- en

Hoekmeetsysteem  hoe werkt het hoekmeetsysteem en hoe nauwkeurig is het?  welke eisen stelt het hoekmeetsysteem aan de afmetingen en de geometrie van het product?

6.2 Technologische evaluatie

zwenkbuigautomaten

De vragen, die in dit verband kunnen worden gesteld, zijn vergelijkbaar met de onder § 6.1.1 geformuleerde vragen.

Met de geïnventariseerde informatie kan per productgroep de geschiktheid van de verschillende buigsystemen worden vastgesteld. De criteria, die in dit kader worden gebruikt, zijn:  productafmetingen en producttoleranties op hoeken en beenlengten;  productgeometrie, aantal buiglijnen, buigradii;  plaatdikte;  vereist buigproces (vrijbuigen, driepuntsbuigen, strijkbuigen of zwenkbuigen);  productgewicht;  botsingsgevaar;  afstand buiglijn tot eventuele doordrukkingen;  enz.

Gereedschap wisselen  hoe lang duurt het gereedschap wisselen: 5 à 10 seconden per gereedschapselement?  is een gereedschapsmagazijn beschikbaar?  zo ja, hoeveel "dockingstations" bevat het gereedschapsmagazijn en wat is de capaciteit?  met hoeveel uur kan de capaciteit van de buigcel toenemen door de aanschaf van een automatisch gereedschapwisselsysteem?  is automatisch gereedschap wisselen economisch verantwoord?

De resultaten kunnen dan in een matrix worden vastgelegd op de wijze zoals in tabel 6.1.

Programmawisseling en software  kunnen de programma's voor een bepaalde periode worden opgeslagen?  zo ja, voor welke productietijd kan dat dan?  zo neen, wat is de tijd voor het manueel wisselen van het programma?  wat is hierbij de wisseltijd tussen twee productieruns?  zijn productiesimulaties beschikbaar?  worden vragen met betrekking tot maakbaarheids- en logistieke aspecten beantwoord?  welke eisen worden gesteld aan data uitwisseling?

Uit deze technologische evaluatie blijkt, dat alle productgroepen op een al of niet geautomatiseerde kantpers kunnen worden gemaakt. Met betrekking tot het criterium "botsingsrisico" moeten de productafmetingen worden getoetst aan de machine- en gereedschapsafmetingen. Voor wat betreft bijzondere kwaliteitseisen ligt de zaak vaak gecompliceerder dan hier is voorgesteld. De producten, die speciale opties van de buigautomaat noodzakelijk maken, moeten in aparte productgroepen worden geplaatst. De matrix moet dan per buigautomaat verfijnd worden uitgewerkt. Zo kan de verfijnde matrix voor een kantpers met robot er uitzien zoals in tabel 6.2.

Opleiding en training  wat is het programma en de duur van de opleidingen en trainingen?  is de training voor de robot en van de buigcel geïntegreerd?  waar worden de opleidingen verzorgd?  vindt er een aanvullende training op eigen locatie plaats?  welke kosten zijn aan deze opleidingen verbonden?  wie moeten er een opleiding en training volgen?

Naarmate deze matrix meer gedetailleerd is, kan een nauwkeuriger specificatie van de buigautomaat worden opgesteld. Voor wat betreft bijzondere kwaliteitseisen, is het niet geheel mogelijk via voornoemde matrices tot een betrouwbaar verwachtingspatroon te komen. Deze onzekerheid wordt veroorzaakt door andere invloeden dan de machinespecificatie. Hierbij wordt gedacht aan de invloed van:  het productontwerp;  het productmateriaal.

Zakelijk  levert u turn-key? Wat is hierbij de te verwachten aanlooptijd?  wat zijn de mogelijkheden van lease?  hoe lang is de garantietermijn voor machine, hardware en software?  wat zijn de mogelijkheden van servicecontracten?  wat is de restwaarde na 5 jaar?  wat zijn de gemiddelde kosten en baten? tabel 6.1

Productontwerp

Belangrijk is in dit kader de grootte van de productradius. Naarmate deze groter is, zal de terugvering en de

Technologische evaluatie productpakket kantpers stand alone

kantpers met robot(s)

robotbuigautomaat

1

x

x

x

2

x

x

x

3

x

x

x

*)

4

x

x

x

*)

5

x

x

x

*)

productgroep

strijkbuigautomaat

zwenkbuigautomaat

logistiek systeem *)

x

*)

enz. aantal percentage

5

5

5

0

1

100%

100%

100%

0%

20%

*)

*) Hardwarematige en softwarematige koppelbaarheid in gewenste logistieke systeem in te vullen per buigsysteem

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

11

tabel 6.2

Detail evaluatie producten voor kantpers met robot

productgroep hoekmeting 1

x

CNC bombering

buighulpen

buigvolgorde bepaling

botsingcontrole

gripper

uitslagafmeting

productgewicht

x

x

x

x

mech.

<400×600

< 5 kg

vac.

<250×450

< 2 kg

x

vac.

<600×700

< 7 kg

2

x

3

x

x

4

x

x

x

x

mech.

<200×300

< 1 kg

5

x

x

x

x

x

vac.

<700×800

<10 kg

aantal

3

3

4

4

4

60%

60%

80%

80%

80%

percentage

spreiding van de terugvering ook groter zijn. Hierdoor zal bij toenemende productradius een groter wordende tolerantie moeten worden geaccepteerd (zie het voorbeeld in tabel 6.3). tabel 6.3

Voorbeeld van groter wordende tolerantie bij toenemende productradius

productradius plaatdikte productmateriaal haalbare tolerantie door matrijsbuigen

1 mm 5 mm 1 mm 1 mm RVS 304 *) RVS 304 *) 1±0,1 mm 5±0,5 mm

*) licht koud nagewalst tot Rm = 600 N/mm2

Productmateriaal

De haalbaarheid van nauwe toleranties op de productradius wordt minder, naarmate de spreiding in de plaatdikte en de mechanische eigenschappen (trekvastheid en verstevigingsfactor) toeneemt.

tabel 7.1

Bij de voorbereidingen van een investering in een buigautomaat kan dus niet worden volstaan met gedetailleerde informatie van de fabrikant van de buigautomaat. Men zal tevens voor het eigen productenpakket over de nodige technologische informatie moeten beschikken. Het z.g. "Fingerspitzengefühl" is in dit kader niet toereikend, omdat het niet of moeilijk overdraagbaar is.

7

Economische evaluatie

Nadat de technologisch vergelijkbare opties zijn geïnventariseerd, zullen in het algemeen economische afwegingen een belangrijke rol spelen bij de keuze van de buigautomaat. Ter illustratie is in tabel 7.1 een calculatievoorbeeld uitgewerkt voor de bepaling van de uurprijs van een CNC kantpers en een buigrobot. Uitgaande van een aantal cruciale aannamen, blijkt de buigrobot voor een aanzienlijk lager uurtarief te kunnen werken dan de CNC kantpers. Deze aannamen moeten goed worden onderbouwd, omdat anders verkeerde conclusies kunnen worden getrokken. Naast een vergelijking van het machine-uurtarief is de cashflow (zie tabel 7.2) en de rentabiliteit van de investering belangrijk voor de economische afweging.

Calculatieschema uurprijs machine

machine

robotcel

investering economische levensduur afschrijving per jaar rente benodigde oppervlakte M2 kosten ruimte kosten basis onderhoudscontract totale onderhoudskosten werkuren per jaar bezettingsgraad netto uren aansluitvermogen kW uurtarief energiekosten gereedschapkosten start vervanging gereedschap gereedschapkosten per jaar loonkosten per uur percentage bemand totale loonkosten

machine

kantbank

investering economische levensduur afschrijving per jaar rente benodigde oppervlakte M2 kosten ruimte kosten basis onderhoudscontract totale onderhoudskosten werkuren per jaar bezettingsgraad netto uren aansluitvermogen kW uurtarief energiekosten gereedschapkosten start vervanging gereedschap gereedschapkosten per jaar loonkosten per uur percentage bemand totale loonkosten machine uurtarief

12

beiden

machine uurtarief

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

tabel 7.2

Schema cashflow investering

opbrengst/uur

cashflow verloop cumulatief robotcel

kantpers

investering restwaarde productieuren buigtijd (sec./buiging) opbrengst zetwerk/uur kosten/uur investering CF na 1 jaar CF na 2 jaar CF na 3 jaar CF na 4 jaar CF na 5 jaar CF na 6 jaar CF na 7 jaar

8

Systeemintegratie; mogelijkheden tot koppeling met andere deelsystemen

8.1 Inleiding Een buigcel of een lascel is een systeem dat bestaat uit diverse deelsystemen (bijv. kantbank, robot) maar is op zich zelf weer een subsysteem van het fabricagesysteem. Alvorens wordt overgegaan tot het investeren in een buigautomaat is het goed een strategie te hebben uitgewerkt met betrekking tot de aansturing vanuit de werkvoorbereiding en met betrekking tot een mogelijke koppeling met de uitslagfabricage enerzijds en het afstapelen en afvoeren van de gebogen producten anderzijds. Overwegingen daarbij zijn:  doorlooptijdverkorting;  vermindering van de personele kosten.

robotcel

kantpers

aanschaf jaar 1 jaar 2 jaar 3 jaar 4 jaar 5 jaar 6 jaar 7

rentabiliteit ROI GR

Lange termijn denken is lastig en geeft daarbij ook een aantal problemen. Toch is dit de beste weg. Immers een investering levert niet meer geld op, dan dat het integrale fabricagesysteem toestaat (conclusie uit het bottleneck denken van Eli Goldratt). Het is dus goed om elke automatisering te beginnen met het opstellen van een informatieplan voor de fabriek met een bijbehorende informatiearchitectuur. Hier lopen we tegen het eerste probleem aan: in het verleden zijn al heel wat pogingen gedaan om orde in deze chaos te scheppen door het opstellen van referentiemodellen en één er van te standaardiseren. Ook al is er conceptueel een grote overeenkomst tussen de diverse modellen (zie voorbeeld in figuur 8.1), in de praktijk blijkt het vaak lastig te zijn om de diverse oplossingen aan elkaar te knopen.

Hierbij moeten allereerst de fysieke koppelingsmogelijkheden worden onderzocht. Verder moet er een helder beeld zijn van de besturingstechnische aspecten van de deelsystemen. Dit kan problematisch zijn in het geval de deelsystemen door verschillende fabrikanten zijn geleverd. Het in de arm nemen van een z.g. systeemintegrator kan dan een goede oplossing zijn. Wanneer een degelijke snij-buigcel turn-key wordt geleverd, zijn er waarschijnlijk minder problemen te verwachten, dan in het geval dat er in een later stadium een eventuele koppeling tot stand moet worden gebracht. In de volgende paragraaf 8.2 “Systeemintegratie” wordt hier in algemene termen verder op in gegaan. Resteert nog de noodzaak tot een logistieke afstemming van de uitslagfabricage en de buigautomaat. Of anders gezegd: komt de bezetting van beide machines redelijk overeen? Hiervoor zijn interessante simulatiepakketten op de markt, zoals Arena, Automod, eM-plant, Enterprise Dynamics en Flexsim, die een beeld geven van de bezetting van de machines voor het scheiden en buigen van plaat (zie verder hoofdstuk 11 “Logistiek”).

8.2 Systeemintegratie Automatisering van deelsystemen kan gemakkelijk leiden tot suboptimalisatie wanneer dat bottom-up gebeurt. Het gevolg is dat de automatisering niet het verwachte resultaat oplevert en/of dat verdere automatiseringsstappen onnodig bemoeilijkt worden. Waarom gebeurt het dan zo vaak? Daar is een aantal redenen voor. Korte termijn denken is aantrekkelijk: snel resultaat behalen heeft een grote aantrekkingskracht. Dit is gemakkelijker als het probleem niet te omvangrijk wordt gemaakt. TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

figuur 8.1 Model voor fabrieksautomatisering

Conceptueel werkt een automatisering altijd, maar daar verdien je geen geld mee. 13

Het voorgaande betekent ook dat als het buigproces wordt geautomatiseerd, het optimale resultaat pas wordt bereikt bij een succesvolle koppeling aan het ERP-systeem. Het is niet verstandig om dit soort beslissingen louter aan uw softwareleveranciers over te laten, noch kunt u verwachten, dat zij voor elk budget dit probleem voor u kunnen oplossen.

8.2.1 Systeemspecificatie De systeemspecificatie begint met het in kaart brengen van de markt, de producten die de markt nu en in de toekomst vraagt en vandaar uit het optimale proces en organisatie. Deze publicatie gaat hierover en als zodanig staat dit proces uitvoerig beschreven, ook in de diverse cases. Wat er hier aan toegevoegd wordt, is het aandacht geven aan de systeemintegratie aan de bovenkant (bijvoorbeeld koppelen aan ERP) en aan de onderkant (koppelen kantbank aan robot en/of aan magazijn). De functionele specificatie is vooral het domein van de gebruiker, de technische specificatie is het domein van de specialist, meestal de leverancier. Geen van beide partijen zal zijn gehele gebied compleet overzien, goede communicatie is dus zeer gewenst en kritisch meedenken van beide kanten is aan te bevelen.

8.2.2 Systeemtest Hoewel het geautomatiseerde (sub)systeem zichzelf moet terugverdienen door het realiseren van zijn beoogde functionaliteit, is het niet verstandig om alleen het systeem functioneel te testen. Immers een systeem bestaat weer uit deelsystemen die met elkaar verbonden zijn door interfaces. Ook deze interfaces moeten in de test worden betrokken. Dit zijn de fysieke interfaces (mechanische interfaces, energie interfaces), de datacommunicatie interfaces en de functionele interfaces (hardware/software, software/software en mens/machine interfaces). Anderzijds is het niet zo, dat als alle deelsystemen en alle interfaces zijn getest, de systeemtest achterwege kan blijven. Hoe gestructureerder en completer de test, hoe sneller de investering is terugverdiend en bijvoorbeeld hoe kleiner de kans dat de robot in zijn buitengebied niet de vereiste functionaliteit kan opbrengen. Bezuinigingen op dit onderdeel zijn uit den boze, ook als het project uitloopt.

8.2.3 Opleiding en training Precies als voor de systeemspecificatie geldt, is het zo dat de test een zaak is voor gebruiker en leverancier. Om hier voldoende inbreng in te hebben, dient de gebruiker goed geschoold en getraind te zijn en wel vooraf. Dit betreft zowel programmering als gebruik. Het systeem is pas rendabel als het in alle aspecten operationeel is, voor alle beoogde producten.

8.2.4 Afname De hoofdstukken 5 en 6 vormen de leidraad voor de afname. Het is verstandig om de afname in stappen te doen: een eerste afname als het systeem de afgesproken technische en functionele test doorstaat. Aandachtspunten zijn programmering, productkwaliteit, omstelsnelheid, productiesnelheid en integratie met de omgeving. Een definitieve afname na een langere periode als het systeem voor een voldoend aantal producten is uitgetest en ook een goede indruk is verkregen van de technische ondersteuning van de leverancier.

14

9

Programmeren van het buigsysteem

Off-line programmeren van het integrale buigsysteem moet als een voorwaarde worden gezien voor een optimale benutting. Dit vereist een integratie van alle functies (robot en kantbank), zoals bij een aantal standaardoplossingen al het geval is (zie figuur 4.8). Echter: offline programmeren kan alleen nadat het buigproces is geoptimaliseerd. In vele bedrijven wordt de machinecapaciteit onvoldoende benut en is automatisering tot mislukken gedoemd door:  lange insteltijden, die worden veroorzaakt door:  werkvoorbereiding aan de machine; uitslagberekening, programmaparameters, NC programmeren enz.;  zoeken en stellen van gereedschappen;  verstoring van productie door:  proefzettingen;  slecht productontwerp;  fouten in NC-programma;  gebrek aan vakkundig personeel.

Off-line programmeren Met een grafisch pakket wordt de gebruiker op eenvoudige wijze in staat gesteld de productievoorbereiding buiten de machinetijd op de computer uit te voeren. De producten kunnen met behulp van het softwarepakket worden gedefinieerd en grafisch weergegeven. Voorts wordt een keuze uit het gereedschappenbestand gemaakt, waarvan bij het opstellen van het NC-programma gebruik wordt gemaakt. De machineconstanten kunnen rechtstreeks vanuit de kantpersbesturing naar het grafisch pakket worden gestuurd. Het NC-programma voor de vervaardiging van een bepaald product is dan direct bruikbaar op de besturing van de buigautomaat. De mogelijkheden, die een grafisch pakket moet hebben, kunnen als volgt kort worden samengevat:  definiëring van gereedschappen;  productdefiniëring; tekenen, inlezen geometrie, vastleggen van codenummers, enz.;  bepaling uitslaglengte, buigvolgorde en botsingscontrole;  simuleren van de productie met bepaling en vastlegging van: 1. bewegingen van de robot; 2. aanslagpositie en terugtrekafstand van de X-as; 3. bovenste dode punt; 4. omschakelpunt; 5. onderste dode punt; 6. maximale buigkracht; 7. buigsnelheid; 8. houdtijd;  zenden en printen.

9.1 Voordelen off-line programmeren Voordelen van het off-line programmeren kunnen worden gekoppeld aan:  snelheid;  kwaliteit;  flexibiliteit. Snelheid  minder machinestilstand;  korte programmeertijd (productgeometrie uit CAD-bestand en krachtige automatische functies);  beter hergebruik van bestaande NC-programma's (programmabeheer en wijzigingen);  korte steltijden door de off-line werkvoorbereiding. Kwaliteit  minder productiefouten door uitslagberekening, bepaling buiglijnen en buigvolgorde, alsmede botsingscontrole;  maakbaarheidcontrole door buigsimulatie. Flexibiliteit  betere planning door voorbereiding vroeg in het proces;  beter gereedschapbeheer;  eenduidige wijze van productieaansturing. TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

Andere mogelijkheden tot optimalisatie zijn o.a.:  snelwisselsysteem of zelfs automatische gereedschapswisseling. Het economisch effect van automatische gereedschapwisseling op kantpersen staat nog ter discussie. Een economische evaluatie van de door Wila ontwikkelde Robot-Gripper en andere systemen moet hierover per bedrijfssituatie duidelijkheid geven;  hoekmeetsysteem voor vrijbuigen.

 bombering of andere systemen, die de invloed van de doorbuiging van persbed en stoter verminderen;  de wijze waarop plaatdiktemetingen worden uitgevoerd en verwerkt. De invloed van plaatdikteverschillen op de hoeknauwkeurigheid is het grootst bij het vrijbuigen (zie tabel 4.2). In dit kader is het systeem van Bystronic, waarmede uitvering van de zijframes wordt gemeten, interessant.

9.2 Gevolgen voor de organisatie

10.2

Wanneer de organisatie niet in staat is om de gevolgen van de introductie van het off-line programmeren goed te verwerken, resulteert dit in teleurstellingen. De gevolgen voor de organisatie kunnen als volgt kort worden samengevat:  de buigkennis moet van machine naar kantoor verschuiven;  hierdoor is de buigkennis beschikbaar in de gehele organisatie;  er moeten nieuwe eisen aan het CAD-bestand worden gesteld;  management moet sturen: operator met talent naar kantoor of nieuwe uitdagingen op de vloer!

De haalbare beenlengtetoleranties worden voornamelijk bepaald door:  het buigproces; de haalbare beenlengtetoleranties zijn weergegeven in tabel 4.2.  het productontwerp, waarbij aan de voorwaarde moet worden voldaan dat afwijkingen van de uitslag in een sluitmaat kunnen worden weggewerkt. Deze afwijkingen kunnen worden veroorzaakt door het gebruik van verkeerde verkortingen per radius en mogelijke knipfouten.  bovengenoemde fouten kunnen worden voorkomen door de aangeboden software te beoordelen op juistheid met betrekking tot de buigvolgorde en de mogelijkheid tot het genereren van de juiste correctiefactor.  positioneernauwkeurigheid van de aanslagen en de hanteerrobot.

10

Kwaliteit

De relatie tussen buigmachine en productnauwkeurigheid kan voor een belangrijk deel worden gevonden in de machinespecificatie. Hierbij wordt gedacht aan:  de uitvering van de zijframes en de compensatie er van;  de doorbuiging van persbed en stoter en de methode, waarop de bombering wordt gerealiseerd. Dit kan langs mechanische en hydraulische weg worden geregeld;  plaatdiktemeting en de correctie van de diepte-instelling van de stoter;  de mogelijkheid om variatie in de sterkte-eigenschappen van het productmateriaal te compenseren;  correctie van temperatuurvariaties. De productkwaliteit van gebogen producten wordt uitgedrukt in de volgende kwaliteitsaspecten:  maat- en vormtoleranties met betrekking tot hoeknauwkeurigheid, beenlengtenauwkeurigheid en rechtheid;  oppervlaktekwaliteit, die wordt beïnvloed door de aard van het buigproces en het intern transport van het uitgangsmateriaal, halffabrikaten en de gerede producten. Bij de evaluatie van de verschillende geautomatiseerde buigsystemen is het van belang deze kwaliteitsaspecten in de beschouwing te betrekken. Naast de keuze van het buigsysteem speelt het productontwerp uiteraard een belangrijke rol. De gewenste productkwaliteit kan worden gewaarborgd, indien aan een aantal voorwaarden wordt voldaan. Deze zijn gerelateerd aan een aantal nauwkeurigheidsaspecten, die hieronder verder zijn uitgewerkt. Voorts speelt de noodzaak van proefbuigen een belangrijke rol. Voor complexe plaatdelen is proefbuigen onvermijdelijk. De ondersteuning, die de software in dit verband levert, is mede bepalend voor de mogelijkheid het aantal proefbuigingen tot een minimum te beperken. De noodzaak hiertoe is uiteraard sterk afhankelijk van de seriegrootte.

10.1

10.3

Beenlengtetoleranties

Rechtheid

De haalbare rechtheidstoleranties (zie tabel 4.2) worden voornamelijk bepaald door de methode waarop het effect van de doorbuiging van persbed en stoter wordt gecorrigeerd.

10.4

Oppervlaktekwaliteit

In tabel 4.2 is een indicatie gegeven van de invloed van het buigproces op de oppervlaktekwaliteit van het product. Verder is het van belang vast te stellen welke maatregelen de machinefabrikant heeft genomen om beschadigingen tijdens het schuiven van het materiaal te voorkomen. De toepassing van borstels is in het algemeen een goede optie.

11

Logistiek

Een bedrijf ontleent zijn bestaansrecht aan het op het juiste moment met de juiste prijs en kwaliteit kunnen leveren van gevraagde producten en diensten. Kostprijs, kwaliteit, levertijd, leverbetrouwbaarheid en flexibiliteit zijn hier de sleutelwoorden. Een drietal ketens, weergegeven in figuur 11.1 spelen hierin een hoofdrol.

Hoeknauwkeurigheid

De haalbare nauwkeurigheden worden in dit kader bepaald door:  het buigproces; de haalbare hoeknauwkeurigheden zijn weergegeven in tabel 4.2;  de aard van de hoekmeting, die bij vrijbuigen tot een kwaliteitsverbetering leidt;  het productontwerp, waarbij de productradius een grote rol speelt. Een kleinere productradius resulteert in geringere terugvering; TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

figuur 11.1

Overzicht van de logistieke ketens

15

Het gaat hierbij om de fabricageketen, de ontwerpketen en de planning- en besturingsketen. In de figuur is de gehele fabricageketen in één bedrijf ondergebracht, in werkelijkheid zal deze veelal over meerdere samenwerkende bedrijven verdeeld zijn. In de fabricageketen worden materialen met behulp van gereedschappen en machines in producten omgezet, en aan de klant geleverd, ondersteund door de transporten opslagfunctie. In de ontwerpketen, het domein van CAD/CAM, wordt het product op basis van de klantenwensen in stappen productierijp gemaakt. De output van deze keten is het technische product en productie-informatie. In de planning- en besturingsketen worden de ontwerpen de fabricageketen op elkaar afgestemd, zodanig dat aan de wensen van elke individuele klant wordt voldaan. Richten we onze aandacht op de fabricageketen, dan betekent dat bij elke processtap het materiaal, het gereedschap, de machine, het transportmiddel, de informatie en de operator tegelijkertijd beschikbaar moeten zijn. Om dit te realiseren is goed capaciteitsmanagement, van alle drie de ketens, onontbeerlijk. Goed capaciteitsmanagement richt zich op de totale keten èn op de individuele schakels en met name op de z.g. bottleneck. Deze is bepalend voor de maximale output van de organisatie. Het is niet alleen onverstandig om meer orders aan te nemen dan deze bottleneck aankan, ook bij nieuwe investeringen speelt deze capaciteitsgroep een belangrijke rol. Zo zal een nieuwe buigcel moeilijk rendabel te maken zijn, als de werkvoorbereiding de bottleneck is en blijft en de besparing in de status-quo op operationele kosten onvoldoende is om de investering te rechtvaardigen. Of als het gereed product niet in het tempo van de machine kan worden afgevoerd, omdat geen automatische magazijnfunctie beschikbaar is, of omdat producten niet goed stapelbaar zijn. Voor een volledige rentabiliteit zal de extra capaciteit omgezet moeten kunnen worden in extra orders zonder dat andere processtappen, zoals werkvoorbereiding, transport en opslag, dat belemmeren.

12

Gereedschapmanagement

Het doel van het gereedschapmanagement is om overeenkomstig de planning de juiste gereedschappen (robotgrijpers en buiggereedschappen) aan het systeem beschikbaar te stellen.

12.1

Robotgrijpers

Het type grijper hangt af van de materiaalsoort en de productgeometrie. Magnetische grijpers voor staal, pneumatische grijpers voor staal, rvs en aluminium en mechanische grijpers waar magnetisch en pneumatische grijpers niet voldoen. In welke mate grijpers positioneringsfouten kunnen compenseren is belangrijk, evenals of zij aan de productgeometrie kunnen worden aangepast. Is dat het geval en ook nodig, dan dient het gereedschapmanagement systeem dit aan te geven. Zijn diverse soorten grijpers nodig, dan is een (geautomatiseerd) grijperwisselsysteem noodzakelijk: hoeveel grijpers kunnen door de robot automatisch gewisseld worden. Dit laatste is afhankelijk van de omvang van het docking station en het bereik van de robot.

12.2

Buiggereedschappen

De buiggereedschappen kunnen zowel handmatig als automatisch gewisseld worden. Een "klik"systeem heeft in beide gevallen de voorkeur. Het is in beginsel mogelijk om het wisselen van de buiggereedschappen uit te voeren met de robot die de producten tijdens het buigproces hanteert. Uit bedrijfseconomische overwegingen is dit niet praktisch: een aparte gereedschapmanipulator heeft de voorkeur. 16

De systeembesturing stuurt de manipulator aan om de buiggereedschappen op het juiste moment te wisselen. Hierbij wordt rekening gehouden met de productgeometrie en de materiaalsoort. Indien het gereedschapmagazijn bij de machine niet alle voorkomende gereedschappen kan bevatten, geeft het gereedschapmanagement systeem tijdig aan welke gereedschappen in het machinemagazijn vervangen dienen te worden. Tenslotte worden in het gereedschapmanagement systeem de gereedschapgeometrie en de standtijden bijgehouden.

13

Plan van aanpak voor de keuze van het geautomatiseerd buigen

Uitgaande van de in het voorgaande beschreven uitgangspunten kan het plan van aanpak als volgt kort worden samengevat.  zorg, dat de "conventionele" methode goed worden beheerst. Hierbij moeten allerlei "kunstgrepen" niet meer noodzakelijk zijn;  selecteer de productgroepen, die nu en in de toekomst met de buigcel moeten worden geproduceerd;  technologische evaluatie van methoden van geautomatiseerd buigen op basis van de producteisen;  onderzoek de mogelijkheden van fysieke en besturingstechnische koppeling met bestaande systemen in uw productieomgeving;  onderzoek de logistieke consequenties;  economische evaluatie van technologisch geschikte buigsystemen.

14

Cases

Meijer Plaatbewerking V.O.F.: Investeringsonderzoek naar de automatisering van het buigproces 14.1.1 Voorwoord 14.1

Het betreft hier een automatiseringshaalbaarheidsonderzoek gehouden in 2004 naar het buigproces van dunne plaat bij Meijer Plaatbewerking V.O.F.. Het was bedoeld om binnen de randvoorwaarden en op basis van reële aannames en feitenkennis tot een gedegen investeringsbeslissing te komen. De behoefte naar dit onderzoek ontstond, nadat de meningen binnen Meijer Plaatbewerking V.O.F. rondom deze automatisering nogal uiteen liepen.

14.1.2

Samenvatting

Door middel van een gedegen haalbaarheidsonderzoek naar de mogelijkheden van automatisering van het buigproces, kunnen we de juiste beslissingen maken betreffende de keuze van het buigproces. Dit gebeurt in eerste instantie door een technisch onderzoek, waarin we vooral de nadruk op het doorlichten van het productenpakket leggen. Het is namelijk van het grootste belang te weten welke producten nu en in de nabije toekomst met de buigcel moeten worden vervaardigd. Vervolgens worden de geboden gebruiksmogelijkheden van de buigcel getoetst aan de producteisen. Het resultaat van het technisch onderzoek is, dat met name de snelle Astro 100 een mogelijke goede keuze zou kunnen zijn. Het onderzoek naar de economische haalbaarheid geeft echter aan, dat een investering in een robotcel (uitvoering 2004, geen gereedschapswissel systeem) met de aanvankelijke uitgangspunten (series vanaf 50 stuks) geen goed plan is. De bevindingen op dit punt bij Meijer Plaatbewerking komen overeen met de uitkomsten van een later opgesteld en in hoofdstuk 5 uitgewerkt rekenmodel. TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

Met voorgaande onderzoeksgegevens is indertijd met de leverancier gesproken over de prijsprestatie verhouding van de beoogde buigcel. Dit heeft uiteindelijk geresulteerd in een nieuw voorstel met een terugverdientijd van 5 jaar. Al met al heeft deze investering goed bijdragen in het al ingezette manarme produceren van dunne plaatwerkdelen. Het is ook een investering die niet direct een hoog rendement oplevert, maar minstens zo belangrijk is, dat het fysiek zware en eentonige werk vervangen kan worden door een geautomatiseerde buigcel.

14.1.3

Het bedrijf

Inleiding Meijer Plaatbewerking V.O.F. is een middelgroot familiebedrijf gevestigd aan de Oudebildtdijk te St. Jacobiparochie. Op deze locatie is ook Meijer Special Equipment V.O.F. gevestigd. Beide bedrijven zijn ontstaan vanuit hetzelfde familiebedrijf, maar hebben zich ontwikkeld tot twee zelfstandige bedrijven met hun eigen kenmerken, markten en activiteiten. Meijer Special Equipment is onder andere de producent van de 'Kooi Reachfork', de hydraulisch uitschuifbare heftruckvork. Historie Meijer is als eenmanszaak begonnen in 1921. Al meer dan dertig jaar produceert Meijer plaatwerkonderdelen voor de kachelindustrie. Vanaf 1985 werd plaatbewerking echter ook een hoofdactiviteit en vanaf 1988 voert Meijer onder de naam Meijer Plaatbewerking een beleid van klantenspreiding. Meijer onderscheidt zich door de inzet van creativiteit en technische kennis en heeft een zeer modern machinepark. De markt De markt voor Meijer Plaatbewerking is de 'business to business'- markt binnen een straal van 500 km rond Sint Jacobiparochie. Meijer voorziet in de behoefte aan toelevering van onderdelen van machines, apparaten, installaties, e.d. voor onder andere de machine- en meubelindustrie, en producenten van consumentenproducten. Meijer realiseert dit door het toepassen van een afgestemd pakket van gespecialiseerde fabricageprocessen, waarmee kleine tot middelgrote series dunne plaatwerkonderdelen of plaatwerksamenstellingen kunnen worden geproduceerd. Huidige mechanisatie De belangrijkste productieprocessen binnen Meijer zijn: lasersnijden, ponsnibbelen, kanten en lassen. De voorbewerking, waaronder we het lasersnijden en ponsnibbelen van vlakke plaatwerkproducten verstaan, bestaat uit twee lasersnijmachines en twee ponsnibbelmachines. Een ponsnibbelmachine is voorzien van een geïntegreerde toevoer van plaatmateriaal en een 'part pikker' welke het gerede product afstapelt op een pallet. De twee lasersnijmachines hebben allebei een geautomatiseerd plaatmateriaal aanvoer- en een product afvoersysteem. De genoemde mechanisatiegraad op de afdeling voorbewerking stelt Meijer in staat om in een 2-ploegensysteem (2-man per ploeg) en 1-man in dagdienst, deze 4 machines ongeveer 80% productietijd, van de beschikbare 5x 24 uur/week, te laten draaien. Dit betekent dus dat zo mogelijk in de nacht en in het weekend onbemand geproduceerd wordt. De volgende bewerking in het productieproces is in de meeste gevallen het kanten. Deze afdeling bestaat uit 12 CNC gestuurde stand-alone kantbanken, met een maximale perskracht van 200 KN en 1 CNC gestuurde vouwbank. Op deze afdeling zijn vorig jaar drie nieuwe kantbanken geplaatst. Deze machines hebben een hoge productiesnelheid gecombineerd met korte wisseltijden van de gereedschappen. Dit gegeven gecombineerd met TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

de hoge nauwkeurigheid van deze nieuwe kantbanken heeft de efficiency van de afdeling flink verbeterd. In de assemblage/lasafdeling is in 2004 geïnvesteerd in twee nieuwe ABB 6-assige lasrobots met manipulator. Deze afdeling telt nu drie lasrobots op een totaal van 23 werkplekken. Deze afdeling bestaat dus nog veel uit handwerk, zoals handlassen, popnagelen, slijpwerk, enz. Meijer Plaatbewerking heeft dus alleen te maken met flexibele productieautomatisering. De harde mechanisatie, het productspecifiek automatiseren, is bij Meijer gezien de samenstelling van het productpakket niet aan de orde. Dit houdt verband met het bedrijfsbeleid. Meijer kiest voor een hoge mate van flexibele mechanisatie, waardoor concurrerend plaatwerk in kleine (1 - 50 stuks) en middelgrootte series (50 - 2.000 stuks) kan worden gefabriceerd.

14.1.4

Het investeringsonderzoek

Haalbaarheidsonderzoek automatisering buigproces Als logisch vervolg op het flexibel geautomatiseerd bewerken van plaatuitslagen, ontstond de vraag welke vorm van automatisering Meijer kon doorvoeren in het buigproces. Hierin liepen de meningen nogal uiteen en werden discussies intern vooral op 'gevoel' gevoerd. Zodoende ontstond de behoefte aan een gedegen onderzoek naar de technische mogelijkheden en de economische haalbaarheid van een dergelijke investering. Het doel van dit haalbaarheidsonderzoek is dan om op basis van een gedegen onderzoek, reële aannames en feitenkennis tot een verstandige investeringsbeslissing te komen, binnen de gestelde randvoorwaarden. Deze randvoorwaarden waren:  budget: € 800.000,--;  terugverdientijd: 4 jaar;  maatvoeringtoleranties: ± 0,2 mm;  hoektoleranties: ± 0,5º.

14.1.5

Het buigproces

Inleiding Het buigproces is het proces waarbij de vlakke plaatwerkdelen (ook wel plano's of blanks genoemd) worden gebogen tot ruimtelijke producten. Dit proces wordt tegenwoordig nog veel op stand-alone kantpersen uitgevoerd, waarbij de machineoperator het plaatwerk handmatig oppakt, afkant en weglegt. Er zijn echter mogelijkheden om dit proces te automatiseren. Het is ook een logische stap, om aansluitend op volautomatische productie van plaatuitslagen, ook in het buigproces de loonkostenfactor sterk te reduceren. De diverse mogelijkheden worden verder in deze paragraaf kort beschreven. De kantbank Het vrijbuigproces op de kantbank gaat als volgt: de 'blank' wordt handmatig naar de kantbank gebracht, waarbij hij tussen het bovenmes en de onderbalk (veelal met V-groef) wordt geschoven en tegen de achteraanslag wordt gedrukt. Vervolgens wordt door middel van pedaalbediening het bovenmes naar beneden bewogen en na klemming van het plaatwerkdeel volgt de gewenste vervorming, ingegeven door de persdiepte. Vervolgens worden de gekante producten weer handmatig op een pallet gestapeld. Het programmeren van aanslagen, perskracht, enz. gebeurt aan de machine door de operator. De kantbank met robot Een logische stap in de flexibele automatisering lijkt al snel voorhanden: het vervangen van de man achter de kantbank door een vrijstaande handelingsrobot. Bij deze optie moet de robot eerst de 'blank' oppakken en vervolgens op een nulpuntstafel leggen. Vervolgens kan de robot de blank naar de kantbank brengen voor het afkanten en kan het gekante product vervolgens weer afleggen op een pallet. 17

Duidelijk zal zijn dat de cyclustijd langer zal gaan duren dan het handmatig afkanten, vooral bij gemakkelijk hanteerbare dunne plaatwerkproducten. Het grootste bezwaar van deze optie is het programmeren. De kantbank en de robot moesten in 2004 nog afzonderlijk worden geprogrammeerd. Dit is een lastige en tijdrovende klus en onhandig wanneer er vaak moet worden omgesteld. En dit is nu juist het geval bij een processupplier met veelal seriegroottes van 2 tot 250 stuks. Deze optie is dan ook om deze redenen buiten het onderzoek gelaten. Robot afkantcel "Astro 100" Machineproducent Amada heeft een buigcel ontwikkeld speciaal voor het buigen van kleine tot middelgrote, complexe werkstukken tot 20 kg. Deze cel onderscheidt zich door de geïntegreerde kantpers en robot, waardoor extern op een snelle manier kan worden geprogrammeerd, en de inzet voor kleinere series aantrekkelijk wordt. Deze buigcel bestaat uit een servo-hydraulisch aangedreven kantpers, een afkantrobot gemonteerd aan de ondertafel en een apart station met een laad- en ontlaadrobot. Alles geënt op het realiseren van een snelle cyclustijd. Deze buigcel lijkt dus op voorhand een serieus alternatief voor automatisering van het buigproces bij Meijer, omdat zo'n 90% van het afkantwerk bij Meijer dun, handzaam en binnen de maximale 20 kg valt. Figuur 14.1 geeft een weergave van de opstelling van de Astro 100.

figuur 14.2

14.1.6

Het strijkbuigproces

De aanpak

Inleiding Allereerst is het goed om na te gaan met welke methodiek moet worden beoordeeld of een flexibele buigcel al dan niet in aanmerking komt voor de productie van kleine tot middelgrote plaatwerkproducten. Deze methodiek zal verder in deze paragraaf worden besproken. Keuzecriteria Welke vorm van flexibele automatisering van het buigproces is nu geschikt voor Meijer? Op deze vraag kan alleen een antwoord worden gegeven, indien de juiste keuzecriteria worden gehanteerd.

figuur 14.1

De opstelling van de Astro 100

Strijkbuigen Het strijkbuigproces is een snel buigproces wat erg goed te automatiseren is. Er is dan ook al een aantal machineproducenten die dit buigproces hebben aangegrepen voor het ontwikkelen van een flexibel geautomatiseerd proces voor het buigen van vooral paneelachtige producten. Het buigprincipe is als volgt: De blank ligt op een vlakke tafel vastgeklemd door een zogenaamde manipulator. Deze manipulator beweegt de blank op de tafel, hij draait de blank, brengt hem binnen de buigeenheid en draait hem weer uit de machine. De buigeenheid bestaat uit een C-frame, waarin de buigmessen zitten opgesloten. Voor het buigproces begint, wordt een neerhouder vlak bij de te buigen zetting geplaatst, waarmee de blank wordt geklemd. Het strijkbuigproces is in figuur 14.2 schematisch weergegeven. Gezien het snelle buigproces en de bijbehorende korte cyclustijden is bij voldoende bezetting ook dit buigproces een serieus alternatief voor automatisering van het buigproces bij Meijer. De bezettingsgraad zal bij een dergelijke machine een grote rol spelen gezien het hoge investeringsbedrag (±€ 700.000,-- tegenover € 425.000,-voor de Astro 100). 18

Er zijn in feite vijf aspecten die de keuzecriteria bepalen, te weten:  de aard van het productenpakket;  de strategie, die aangeeft of er in de toekomst met stand-alone machines of met gekoppelde deelsystemen wordt gewerkt;  de economische afweging;  de wens de doorlooptijd te verkorten;  maakbaarheid met de betreffende machines. Het productenpakket Het is van het grootste belang te weten welke producten nu en in de nabije toekomst met deze buigcel moeten worden vervaardigd. Er zal dus een technische en economische inventarisatie moeten worden gemaakt. In hoeverre alle producten geïnventariseerd moeten worden hangt af van:  het aantal verschillende producten;  de onderlinge verschillen in vorm, afmetingen, nauwkeurigheid, enz. De inspanningen in dit traject van de investeringsvoorbereiding kan nooit te groot zijn. We hebben dan ook voor een omvangrijke steekproef gekozen. Dit betrof alle geboekte productie-uren op de buigafdeling over het gehele 2e kwartaal van 2004. Daarnaast wordt nog een project in de winkelinrichting en het fietsendragerproject over de looptijd van september 2003 t/m september 2004 doorgelicht. Deze projecten vullen namelijk voor een aanzienlijk deel de planning op deze afdeling. We stellen dat alle producten met meer dan 4 geboekte productie-uren geregistreerd moeten worden. Enerzijds omdat het bijna ondoenlijk is meer dan 2.000 producten te analyseren en anderzijds, omdat we aannemen dat orders vanaf 4 productie-uren goed te automatiseren zijn. TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

Omdat de grensgevallen voor productie op de Astro 100 buigcel nog niet goed beoordeeld kunnen worden, hebben we voor deze buigcel een best- en worst case registratie ingevoerd. Een deel van deze registratie staat in tabel 14.1. De hierin opgenomen producten kunnen allemaal op de Astro 100 worden gemaakt (worst case = best case). Op deze wijze wordt het gehele productenpakket met meer dan vier geboekte productie-uren geregistreerd. Hierin worden de producten per klant geordend en de geboekte uren op de stand-alone kantbank ingevuld en afgevinkt. Vervolgens moet voor dezelfde producten worden onderzocht of deze ook op de Astro 100 buigcel of op een strijkbuigmachine kan worden gemaakt. Ook zal een inschatting moeten worden gemaakt voor de te verwachten productietijd. Technische inventarisatie De geboden gebruiksmogelijkheden van de buigcel, zullen moeten worden getoetst aan de producteisen. De gebruiksmogelijkheden zijn bijvoorbeeld:  de maximale en de minimale productafmetingen;  de plaatdikte van het productmateriaal;  enz. zie figuur 14.3 (beslissingsdiagram). Met behulp van een op deze wijze opgesteld beslissingsdiagram zullen alle buigmachines aan de productcriteria moeten worden getoetst. In dit diagram wordt met paneelbuigen strijkbuigen bedoeld. De toetsing voor wat betreft bijzondere kwaliteitseisen laten we hier buiten beschouwing en wel om de volgende reden: Wanneer een product(groep) moet voldoen aan nauwe (hoek)toleranties van respectievelijk ±0,5º en ±0,1 mm dan worden de toleranties niet alleen bepaald door de specificaties van de buigcel, maar ook door de producten materiaalinvloeden. Een belangrijke productinvloed is de binnenhoekradius. Naarmate deze groter is, zal de terugvering en de spreiding in de terugvering ook groter

zijn. Hierdoor moet bij een groter wordende productradius een grotere tolerantie worden geaccepteerd. Ook zullen plaatdikteverschillen de haalbaarheid van bovengenoemde nauwe toleranties zeer bemoeilijken. Spreiding in mechanische eigenschappen heeft een extra negatief effect op de productradius. Evaluerend moet dus worden vastgesteld, dat men meestal onvoldoende informatie bezit over haalbare producttoleranties. Resultaten technisch onderzoek De resultaten van de technische inventarisatie worden in ‘tabel 14.1' ingebracht. Ook is rekening gehouden met een geschat aantal productie-uren/order. Hierin komt duidelijk de vertragende werking van de Astro 100 en de snellere cyclustijden van een strijkbuigmachine ten opzichte van stand-alone kantbanken naar voren. Onder aan tabel 14.1 staan de totalen van de productieuren van de verschillende automatiseringsopties op basis van het 2e kwartaal 2004. Hierin wordt het beperkte aanbod van paneelachtige producten, welke zeer geschikt voor een strijkbuigmachine zouden zijn, direct al duidelijk. Deze 117 uren voor 3 maanden is veel te weinig gezien het grote investeringsbedrag (±€ 700.000,--) wat hiermee gemoeid is. De Astro 100 lijkt een betere kans van slagen te hebben, omdat met een veel kleiner investeringsbedrag (±€ 425.000,--) een veel groter productenpakket, met rond 700 productie-uren in het 2e kwartaal, kan worden aangepakt. Deze economische afweging zal in § 14.1.7 worden behandeld.

14.1.7

Economische haalbaarheid

Uitgangspunten Uit technisch onderzoek is gebleken dat een investering in een strijkbuigmachine geen goede keus is. Of dat wel voor de buigcel Astro 100 geldt, zullen we met een onderzoek naar de economische haalbaarheid willen aantonen.

tabel 14.1 Registratie van productietijden van de representatieve producten opgedeeld in productgroepen

artikelnr.

kantpers

productietijd

Het productenpakket best case Astro 100 NT

productietijd

worst case

Astro 100 NT

productietijd

strijkbuig

productietijd

Productgroep 1 1 2 3 4 5 6 Productgroep 2

x x x x x x

6,08 6,17 5,00 4,50 6,50 4,33

x

7,20

x

7,20

x x x x

6,00 5,40 7,80 5,20

x x x x

6,00 5,40 7,80 5,20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

x x x x x x x x x x x x

8,17 12,00 10,25 11,75 19,42 12,25 8,25 17,17 33,50 12,58 13,77 8,00

x

9,80

x

9,80

x x x x x

12,30 14,10 23,30 14,70 9,90

x x x x x

12,30 14,10 23,30 14,70 9,90

x x

16,50 9,60

x x

16,50 9,60

enz. Totaal

x

4,00

x x x x x x

6,00 8,00 6,00 8,00 12,00 8,00

x

9,00

. . . .,. .

. . .,. .

. . .,. .

. .,. .

1676,00

701,00

625,00

117,00

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

19

figuur 14.3

20

Beslissingsdiagram (paneelbuigen=strijkbuigen) TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

Bij een investering in dure geavanceerde machines welke (deels) geautomatiseerde productietechnieken uitvoeren, stelt Meijer dat een bezetting van 3.200 uur/jaar wenselijk is voor een goed rendement. De kostprijs wordt dus gebaseerd op een 2-ploegensysteem, waarbij we het rendement op kunnen voeren door deels ‘s-nachts (onbemand) en in het weekend (zo mogelijk onbemand) extra uren te draaien. De extra uren in het weekend zijn dus niet begroot, ze worden als overcapaciteit beschouwd. Het economisch rekenmodel Op basis van het technisch onderzoek plus een nieuw project dat ±330 uren/jaar 'Astro 100' productie-uren bevat, komen we al dicht bij de gewenste 3.200 productie-uren/jaar. In tabel 14.2 staan de diverse uitgangspunten van de investering. tabel 14.2 Uitgangspunten investeringsberekening machine

Astro 100 NT

investering

€ 425.000,00

economische levensduur (jaar)

7

werkuren per jaar

3600

gereedschapkosten start

€ 25.000,00

loonkosten per uur

afhankelijk van seriegrootte

totale loonkosten

afhankelijk van seriegrootte

investering (totaal)

€ 450.000,00

buigtijd (sec/buiging)

12

opbrengst zetwerk/uur

€ 40,00

De manbezetting is op twee manieren afhankelijk van de seriegrootte. Op de eerste plaats geldt: hoe kleiner de series, hoe vaker er moet worden omgesteld. Hiervoor is een operator nodig. Verder geldt: hoe kleiner de series, hoe korter er in de tweede ploeg onbemand kan worden door geproduceerd. Dit fenomeen is in figuur 14.4 in kaart gebracht.

figuur 14.4

Totale productietijd als functie van de seriegrootte

Eveneens een belangrijk gegeven is de vertragende buigcyclus van de Astro 100 t.o.v. het huidige kantproces. De buigtijd per zetting wordt bij de Astro 100, op aangeven van de leverancier, gesteld op 12 sec/buiging. De buigtijd per zetting van het kantproces, is door tijdstudie en ervaring op 8 sec/buiging gesteld. Dit is inclusief omstellen en aan- en afvoer van de producten. De opbrengst/uur wordt bij de kantpers gesteld op € 60,00. Voor de Astro 100 geldt dan: 8/12*60,00=€ 40,00 opbrengst/uur. Het gekante product mag immers op de Astro 100 niet duurder worden dan een gekant product op de kantpers. Deze gegevens worden samen met bijv. energiekosten, m2 kosten, rente, onderhoudskosten, gereedschapskosten, enz. in een rekenmodel ingevoerd. De uitkomsten zijn te zien in tabel 14.3. De terugverdiencapaciteit per uur bedraagt € 40,-- per uur minus de kosten per uur. Naast de bovengenoemde kosten zijn deze afhankelijk van de personeelskosten. Deze worden bepaald door de manbezetting (ρ). De rentabiliteit van de opstelling wordt bepaald door de manbezetting èn het totaal aantal productie-uren: hoeveel uur per dag kan de machine onbemand produceren? Het omstellen (nieuw programma, nieuwe gereedschappen, controle) en de logistiek vergen zoals gezegd ingrijpen van de operator bij het wisselen van de serie. Hiermee is de seriegrootte de belangrijkste onafhankelijke variabele: hoeveel tijd moet een operator in de dagploeg aanwezig zijn en hoe lang kan er achter elkaar in de 2e en eventueel in de 3e ploeg worden gefabriceerd? Dit laatste heeft niet alleen invloed op de manbezetting, maar ook op de hoeveelheid productie-uren per dag. Hoe groter de seriegrootte, hoe lager de manbezetting en hoe hoger het mogelijke aantal productie-uren en daarmee hoe hoger de terugverdiencapaciteit van de installatie. De manbezetting De steltijden voor een bekend product blijken 1 à 1,5 uur te zijn en voor een nieuw product 3 à 4 uur. De logistiek vraagt ¼ à ½ uur. Als we er van uit gaan dat tijdens de logistieke werkzaamheden de machine kan produceren, komen de uren logistiek niet ten laste van de productietijd, wel dragen ze bij tot de manbezeting. 5 à 10% van het productpakket bestaat uit nieuwe producten: we gaan uit van 7,5%. De gemiddelde steltijd inclusief logistiek bedraagt dan 1,69 uur, zonder logistiek 1,42 uur. Een en ander is in figuur 14.4 weergegeven. De totale productietijd is gelijk aan de dagploeg (8 uur) plus de gemiddelde steltijd exclusief logistiek plus de productietijd voor de maximale serie van die dag.

tabel 14.3 Resultaten berekeningen seriegrootte

manbezetting

productieuren

totale loonkosten (€)

uren per jaar

kosten per terugverdiencapaciteit (€) uur (€) per uur per jaar -

4 jaar -

5 jaar

1

1,174

9,45

92.367

2127

59,50

50

0,694

11,09

54.561

2494,5

35,58

4,42

11.024

44.096

55.120

100

0,476

12,75

37.439

2869,5

24,96

15,04

43.145

172.581

215.727

150

0,356

14,42

28.033

3244,5

19,18

20,82

67.552

270.208

337.760

200

0,282

16,09

22.172

3619,5

15,57

24,43

88.413

353.652

442.065

250

0,232

17,75

18.210

3994,5

13,12

26,88

107.374

429.497

536.871

300

0,195

19,42

15.375

4369,5

11,34

28,66

125.209

500.838

626.047

350

0,169

21,09

13.257

4744,5

10,00

30,00

142.327

569.309

711.636

400

0,148

22,75

11.622

5119,5

8,95

31,05

158.962

635.850

794.812

450

0,131

24,42

10.326

5494,5

8,10

31,90

175.259

701.035

876.294

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

-

investering terug (€) -

21

Als we er van uit gaan dat de seriegrootte negatief exponentieel verdeeld is (soort Pareto-verdeling), dan geldt dat de standaarddeviatie gelijk is aan het gemiddelde. Het is dus niet onredelijk te veronderstellen dat in de avondploeg een order van 2x de gemiddelde seriegrootte beschikbaar is om te produceren. Er wordt uitgegaan van producten van gemiddeld 5 zettingen en een machinesnelheid van 12 sec per zetting. De totale productietijd wordt daarmee: 8+1,42+(nmax*5*12)/3600=9,42+(2*ngem*60)/3600 =9,42+ngem/30 uur. De totale steltijd tijdens de dagploeg is gelijk aan het aantal keer dat gesteld moet worden, vermenigvuldigd met de steltijd inclusief logistiek. Het aantal keer dat gesteld wordt is: 8/(1,42+(ngem*60)/3600))=8/(1,42+ngem/60) De totale steltijd tijdens de dagploeg is daar mee gelijk aan: (8/(1,42+ngem/60))*1,69 uur. De totale steltijd tijdens de totale productietijd per etmaal is 1,69 uur extra: [(8/(1,42+ngem/60))+1]*1,69 uur.

figuur 14.5

Terugverdiencapaciteit als functie van de seriegrootte

figuur 14.6

Mogelijke productie-uren als functie van de seriegrootte

Nu kan de manbezetting (ρ) voor de machine worden uitgerekend: deze is gelijk aan de totale steltijd tijdens de totale productietijd gedeeld door de totale productietijd: ρ={[(8/(1,42+ngem/60))+1]*1,69}/{9,42+ngem/30}. Hiermee is de manbezetting als functie van de seriegrootte bekend en daarmee ook de terugverdiencapaciteit per uur als functie van de seriegrootte. De terugverdiencapaciteit per uur De terugverdiencapaciteit per uur is zoals eerder gesteld gelijk aan € 40,00 minus de vaste kosten en de personeelskosten (zie tabel 14.3). Seriegroottes >37 stuks leiden tot een positieve terugverdiencapaciteit. De terugverdiencapaciteit per jaar Het maximaal aantal productie-uren per jaar wordt gesteld op 45 weken maal 5 werkdagen maal de totale productietijd per dag: 45*5*(9,42+ngem/30). Vermenigvuldigd met de terugverdiencapaciteit per uur geeft dat de terugverdiencapaciteit per jaar (zie tabel 14.3).

Is het werkelijke aantal beschikbare uren lager dan het maximaal mogelijke aantal uren, dan moet de terugverdiencapaciteit natuurlijk naar rato worden teruggebracht! De figuren 14.5 en 14.6 geven de resultaten weer.

14.1.8

De proefperiode

De belangrijkste ervaringen bij Meijer Plaatbewerking De technische ervaringen tijdens de 4 maanden proefperiode, betreffende grote en middelgrote series, zijn ronduit positief. Na een moeizaam begin met regelmatig storingen blijkt de buigcel bedrijfszeker te zijn en de gebogen producten maat- en hoekvast. Het omstellen naar een ander product duurt tussen 1 en 1,5 uur. Dit is ongeveer 3 keer zo lang als wanneer op een stand-alone kantpers omgesteld moet worden. Voor nieuwe producten geldt een insteltijd tussen de 3 en 4 uren. Voor het rendabel inzetten van deze buigcel moet het percentage bemand de 30% niet overschrijden. Tijdens de testperiode is duidelijk naar voren gekomen dat dit gegeven alleen haalbaar is wanneer 50% van de productie-uren uit series >500 stuks en 50% tussen 200 en 500 stuks bestaat. Die 30% bemand betekent in de praktijk dat de machineoperator maximaal 5,5 uur/dag aan de buigcel mag besteden, terwijl de buigcel rond de 18 uur/dag productief moet zijn. Die 5,5 uur/dag kan alleen worden gehaald wanneer er maximaal 3 keer omgesteld hoeft te worden en de operator na 15:00 uur de mogelijkheid heeft een product op de buigcel te zetten

22

die tot minimaal 00:00 uur doordraait. De late avondploeg van de afdeling voorbewerking(laser/ponsnibbelmachines) zal de voortgang moeten bewaken, het bijvullen van blanks verrichten en eventuele tussencontrole moeten uitvoeren. Ook zal men eenvoudige storingen moeten herkennen en kunnen oplossen. Deze ervaringen liggen in het verlengde van de uitkomsten van ‘het economisch rekenmodel’ ontwikkeld in § 14.1.7.

14.1.9

Conclusies

In dit onderzoek is duidelijk geworden dat geautomatiseerd afkanten voor kleine tot middelgrootte series (30-500 stuks) in 2004 nog steeds niet rendabel kon worden uitgevoerd, terwijl de Astro 100 wel als zodanig in de markt gezet werd. Beschikt men echter over voldoende grote series >500 stuks in combinatie met middelgrootte series (200-500 stuks) dan is het geautomatiseerd afkanten op de Astro 100 een prima manier om dit veelal eentonig werk aan te pakken. Inmiddels kan de Astro 100 worden uitgerust met een automatische gereedschapswissel, die gezien het bovenstaande voor kleinere series als onontbeerlijk moet worden beschouwd. Conclusies uit het rekenmodel Een investering van € 450.000,00 (machine plus gereedschappen) voldoet aan de gestelde financiële eisen (terugverdientijd van 4 jaar) wanneer de gemiddelde seriegrootte ±250 stuks bedraagt. Het vereiste aantal uren vulling per jaar bedraagt dan ±4.000. Wordt genoegen genomen met een terugverdientijd van 5 jaar, dan mag de gemiddelde seriegrootte ±200 stuks zijn bij een vereiste vulling van ±3.600 uur op jaarbasis.

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

14.1.10 Commentaar van de leverancier Wij, als Landré Euromach BV, waarderen het dat Meijer Plaatbewerking VOF, als één van de Amada Astro gebruikers, zijn medewerking heeft verleend aan dit onderzoek. Meijer BV heeft aangetoond dat een grondig onderzoek noodzakelijk is voor een juiste beeldvorming. Dit specifieke, op producten van Meijer BV betrekking hebbende, resultaat is daar een voorbeeld van. In dat onderzoek is een aantal producten, onder andere, vergeleken op productietijd. De uitkomsten zijn, zoals in deze case beschreven staat, berekend aan de hand van de conventionele, door tijdstudie bepaalde buigtijd (8 sec/buiging), en vergeleken met de door Amada opgegeven richtwaarde (12 sec/buiging) zonder productdefinitie. Dit "verschil" van 4 seconden per zetting wordt vervolgens als factor meegenomen in alle berekeningen. Deze toegepaste rekenmethode kan tot grote verschillen leiden in de rentabiliteitsberekening. De factor inzetbaarheid, nooit ziek , eventueel ook 24 uur per etmaal inzetbaar zonder mokken en de daarmee samenhangende flexibele productiecapaciteit, is volgens ons niet meegewogen. Inmiddels zijn wij een aantal jaren verder en heeft Amada de Astro II ontwikkeld waar, naast een toename van de productiesnelheid met 20%, met name ook is gelet op de handling van de producten rondom de machine. Veelal wordt de Amada Astro II tegenwoordig uitgevoerd met een, door de Astro gestuurd, automatisch gereedschapwisselsysteem, waardoor de gereedschapwisseltijd, zelfs bij meerder gereedschapopstellingen naast elkaar in de machine, kan worden teruggebracht tot 2-4 minuten. Bij repeterende producten is verdere insteltijd van de machine gereduceerd tot 10 minuten. In geval van een nieuw product is de gemiddelde steltijd, lees: proefbuiging op lage snelheid met kleine correcties, gemiddeld 50 minuten.

14.1.11 Aanbevelingen Investeren in geautomatiseerd afkanten is geen sinecure, er is een flink investeringsbedrag mee gemoeid en de eisen betreffende het productenpakket en de seriegrootte zijn hoog. Een gedegen vooronderzoek naar de technische en bedrijfseconomische aspecten is onontbeerlijk! De investering van een automatische gereedschapwisselsysteem dient hier zeker in betrokken te worden! Het deels onbemand produceren heeft echter ook meer potentie (in verband met onbemand weekendwerk), dan handmatig afkanten op een stand-alone kantpers. Een minder tastbaar aspect blijkt "uitstraling" te zijn. Tijdens de proefperiode hebben we diverse positieve geluiden ontvangen uit de markt. Ook zijn er nieuwe contacten gelegd met mogelijke klanten, maar ook bestaande klanten tonen veel belangstelling voor deze manarme revolutie. Al met al kan deze investering goed bijdragen in het al ingezette manarm produceren van dunne plaatwerkdelen. Verwacht niet direct een hoog rendement van deze investering, maar minstens zo belangrijk is het fysiek zware en eentonige werk te kunnen vervangen door een geautomatiseerde buigcel.

[3] Beursbezoek: Euroblech 2004, Hannover [4] Handleiding: Daphne Scheiberlich en Annette Schade, Helder rapporteren & boeiend presenteren.

Metaalwarenfabriek Phoenix B.V. te Eindhoven 14.2.1 Algemeen 14.2

Op de vraag of geautomatiseerd buigen van toepassing is in een gegeven bedrijfssituatie, zal eerst een aantal uitgangspunten moeten worden vastgesteld. Er moet duidelijkheid zijn over:  het productenpakket dat bij de automatisering wordt betrokken;  de buigprocessen die hier uit volgen en moeten worden geautomatiseerd;  doelstellingen en keuzecriteria van het geautomatiseerd buigen;  technologische evaluatie van de buigsystemen, die op dit moment op de markt zijn;  economische evaluatie van de technologisch geschikte buigsystemen;  mogelijkheden tot koppeling met andere deelsystemen;  logistieke consequenties;  off-line programmeren van het buigsysteem;  plan van aanpak. Deze werkwijze wordt in deze publicatie aanbevolen en is door Metaalwarenfariek Phoenix B.V. in grote lijnen gevolgd.

14.2.2

Probleemstelling

Phoenix is een snel groeiend bedrijf met bijzondere expertise op het gebied van rubberpersen. Naast deze plaatbewerkingstechnologie is het bedrijf ook zeer ervaren in de meest voorkomende plaatbewerkingstechnieken, zoals:  CNC ponsen en lasersnijden;  CNC 3D lasersnijden;  buigen op CNC kantpersen;  MIG-MAG lassen;  TIG lassen en stift- en puntlassen;  robotlassen. Phoenix buigt op haar kantpersen grote en zware producten met een gewicht van 20 tot 60 kg per stuk in terugkerende series van 50 tot 100 stuks. Aan deze producten moeten meerdere zettingen worden gevormd. Sommige producten moeten van pletranden worden voorzien. De grote afmetingen en het gewicht van deze producten maken het nodig dat twee operators de pers bedienen.

14.2.3

Principebesluit robotkanten

Het principebesluit om het robotkanten bij Phoenix te introduceren is voornamelijk gebaseerd op:  het productenpakket;  de kwaliteit van werken voor de operators;  reductie van productiekosten. In de wetenschap, dat de realisatie van dit project veel tijd en expertise op het gebied van robotbuigen met zich meebrengt heeft Phoenix een expert ingehuurd. Hiervoor is subsidie aangevraagd bij het Applicatie Centrum Productie Technologie te Eindhoven.

Plan van aanpak

14.1.12 Literatuurlijst

14.2.4

[1] Borsboom J.N., Een flexibele buigcel: veel mogelijkheden, maar ook beperkingen. [2] Vakbladen: Metaal en kunststof, nr.10 juni 2004 Metaal en Techniek, okt. 2004 Metaal en kunststof, nr.18 nov.2004

Het plan van aanpak is gebaseerd op de volgende projectfasen:  planning;  opstellen specificatie;  selectie leveranciers;  voorcalculatie.

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

23

Planning Het betreft hier een voorlopige planning, waarin de volgende fasen zijn opgenomen:  start van het project, januari 2005;  specificatie gereed, februari 2005;  selectie leveranciers gereed, mei 2005;  voorcalculatie gereed, juni 2005;  opdracht verstrekt, juni 2005;  robotcel opgeleverd, december 2005. Opstellen specificatie Aan de hand van het huidige en in de toekomst verwachte productenpakket, dat op de kantrobot moet worden verwerkt, werd de volgende specificatie opgesteld:  buigprocessen: vrijbuigen, matrijsbuigen en pletten;  productnauwkeurigheid: hoek- en beenlengtetoleranties respectievelijk ±0,5º en ±0,5 mm;  hoekmeetsysteem voor vrijbuigen;  nominale perskracht 2.000 kN;  maximale buiglengte 3.000 mm;  omsteltijden ±45 minuten;  tijden en kosten voor het programmeren van nieuwe producten;  methode van het geautomatiseerd beladen;  cyclustijden en ombouwtijden aan de hand van bestaande producttekeningen. Selectie van leveranciers Op basis van referenties zijn de volgende toeleveranciers bezocht:  Bystronic;  Salvagnini;  Safan;  Amada. Door bovengenoemde bedrijven zijn offertes op basis van hetzelfde pakket van eisen gestuurd. Daar waar mogelijk, zijn gebruikers bezocht van vergelijkbare systemen. In dit kader is een gebruiker van Bystronic bezocht. De voornaamste conclusie van dit bezoek was, dat de automatisering van het beladen en palletwisseling niet loont. Dit vanwege de instabiliteit van het systeem, die het niet mogelijk maakt om onbemand te produceren. Voorcalculatie Op basis van het eisenpakket en de gesprekken met de leveranciers is een voorcalculatie gemaakt. De voorcalculatie moest uiteraard passen in de begroting van Phoenix.

14.2.5

Keuze van de leverancier

De keuze is gevallen op Salvagnini als systeemintegrator (zie figuur 14.7) op basis van de volgende criteria:  prijsstelling;  hoge mate van automatisering;

minimale teaching; korte cyclustijden; de kwaliteit LVD kantpers boezemt vertrouwen in; de garantie van de off-line ondersteuning van Salvagnini geeft zekerheid op een snelle en adequate oplossing van problemen;  laserhoekmeetsysteem van LVD;  eerste 15 programma's voor lopende producten worden door Salvagnini gemaakt;  training wordt gerealiseerd in een programmeer- en een gebruikerscursus op locatie. Hierdoor wordt herhaaleffect verkregen en kunnen programmeerproblemen beter worden opgelost.    

14.2.6

Implementatie

De ervaringen bij de implementatie van het robotkanten kunnen als volgt kort worden samengevat:  robotkanten is een complex proces;  + er treden weinig storingen op bij de eerste 15 programma's die door Salvagnini zijn toegeleverd;  + het omstellen van eerder geprogrammeerde producten kan in korte tijd, ca. 45 minuten;  + de cyclustijd met de kantrobot is ten opzichte van de oude situatie fors verminderd;  + het personeel is blij, omdat het handlen van grote panelen niet meer nodig is;  – de lengte van de kantpers is onderschat. Nadat de robotcel is gekocht, werden producten met een grotere buiglengte in opdracht genomen;  – voor het pletten zijn zet-plet gereedschappen aangekocht. Deze gereedschappen zijn zo hoog, dat het laserhoekmeetsysteem niet functioneert. De leverancier van het hoekmeetsysteem heeft hier niet op geattendeerd;  – de positie van de robot geeft beperkingen in de bereikbaarheid, waardoor het programmeren soms lastig is;  – het programmeren van nieuwe producten is zeer tijdrovend. Dit wordt mede bepaald door de opstelling van de robot, waardoor vaak het einde van het bereik van enkele assen moet worden opgezocht. De programmeertijd bedraagt hierbij 6 tot 8 uur. De leverancier heeft aangegeven, dat grote producten binnen 2 uur kunnen worden geprogrammeerd;  – de leverancier beveelt een extra training aan, die overigens geen resultaat oplevert en blijkt bovengenoemde programmeertijd vooralsnog zelf ook niet te kunnen waarmaken.

14.2.7

Leereffecten

Het productenpakket voor de toekomst is niet volledig geïnventariseerd. Doelstellingen zijn niet volledig geïnventariseerd, zodat de resultaten niet kunnen worden gewogen. De kwaliteit van de nazorg is vooralsnog onvoldoende gebleken. Dit heeft met name betrekking op het programmeren van nieuwe producten en dan vooral producten met grotere afmetingen.

figuur 14.7

24

Robotbuigcel bij Phoenix

Randvoorwaarden voor een economische onderbouwing van de investering zijn niet besproken, maar zijn wel relevant. Hierbij wordt gedacht aan:  het investeringsbedrag;  economische levensduur, afschrijving per jaar en rente;  ruimte kosten;  onderhoudskosten;  werkuren per jaar;  bezettingsgraad;  energiekosten;  kosten zet-plet gereedschappen;  loonkosten per uur voor 2 operators;  percentage bemand;  aanloopkosten in fabriek en werkvoorbereiding.

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

Met deze informatie kan het machine uurtarief in de oude en nieuwe situatie worden berekend. Voorts kan het cashflow verloop worden bepaald en kan worden afgelezen wanneer de investering is terugverdiend.

14.2.8

Conclusie

Ondanks de genoemde minpunten wordt de investering door Phoenix als een succes ervaren. De economische afweging is uit deze case niet duidelijk geworden. Een indicatie is de besparing op loonkosten voor ca. 1,5 operator en een aanzienlijke vermindering van de cyclustijd. De betreffende medewerkers zijn gelukkig met de nieuwe werkwijze. De logistieke consequenties zijn in deze case niet geëvalueerd. De leverancier heeft Phoenix niet geattendeerd op het feit, dat het hoekmeetsysteem bij de zet-plet gereedschappen niet kan worden gebruikt. De leverancier heeft de programmeertijd van 2 uur tot op heden niet waar kunnen maken.

Alliance Métal te Villefranche-sur-Saône (Fr) 14.3.1 Uitgangssituatie 14.3

Het bedrijf vervaardigt kleine producten, waarvan de uitslagen middels lasersnijden of ponsnibbelen worden vervaardigd. Deze mono delen worden door puntlassen verbonden en gefinisht. Op de vraag of geautomatiseerd buigen in een gegeven bedrijfssituatie van toepassing is, zal eerst een aantal uitgangspunten moeten worden vastgesteld. Er moet duidelijkheid zijn over:  het productenpakket dat bij de automatisering wordt betrokken;  de buigprocessen die hier uit volgen en moeten worden geautomatiseerd;  doelstellingen en keuzecriteria van het geautomatiseerd buigen;  technologische evaluatie van de buigsystemen, die op dit moment op de markt zijn;  economische evaluatie van de technologisch geschikte buigsystemen;  mogelijkheden tot koppeling met andere deelsystemen;  logistieke consequenties;  off-line programmeren van het buigsysteem;  plan van aanpak. Deze werkwijze wordt in deze publicatie aanbevolen en is door Alliance Métal in grote lijnen gevolgd.

14.3.2

Probleemstelling

Alliance Métal kampte met de volgende problemen bij het kanten van de mono delen:  gebrek aan vakmanschap voor het kanten;  onvoldoende garantie voor het vereiste kwaliteitsniveau;  te veel stilstand van de kantpers;  bepaling buigvolgorde van complexe plaatdelen.

14.3.3

Principebesluit robotkanten

Het principebesluit om het robotkanten bij Alliance Métal te introduceren is voornamelijk gebaseerd op:  het productenpakket;  de kwaliteit van werken voor de operators met minder arbeidsrisico;  reductie van productiekosten;  constante kwaliteit;  minder stilstandtijden.

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

In de wetenschap, dat de realisatie van dit project veel tijd en expertise op het gebied van robotbuigen met zich meebrengt, is een project gedefinieerd, waaraan de volgende partijen deelnamen:  een lokale integrator;  een machineconstructeur;  een robotleverancier;  een besturingsexpert;  een softwareleverancier.

14.3.4

Samenstelling van het systeem

Alvorens tot een keuze te komen, heeft het projectteam de belangrijkste aspecten van het robotbuigen onderzocht. Enkele veelbesproken onderwerpen waren:  doelstelling van het gerobotiseerd buigen;  productinventarisatie, waarbij seriegrootte, afmetingen en maat- en vormnauwkeurigheden een belangrijke rol spelen (vergelijk tabel 14.1);  buigmethode, gereedschappen en type machine;  robottype en aard van de grijpers;  positie van de robot: staand, hangend, enz.;  overige periferie;  opleiding en installatie;  planning en organisatie;  criteria voor besluitvorming;  implementatie en te verwachten nazorg. Deze onderwerpen zijn besproken op basis van onderstaande algemene uitgangspunten:  Alliance Métal had reeds enkele jaren de bedoeling om automatisch te buigen. Het ontbreken van goede kanters speelde bij deze wens een belangrijke rol;  Alliance Métal had reeds eerder een aantal systemen op de markt bestudeerd, maar deze hadden een aantal nadelen:  te grote ruimte vereist voor de cel;  te hoog opleidingsniveau vereist voor de bediener;  te hoge voorbereidingstijd vanaf de tekening tot het eerste goede product;

14.3.4.1 Keuze van het systeem Alliance Métal vervaardigt producten, die qua afmetingen en gewicht vergelijkbaar zijn (zie figuur 14.8). De hoofdafmetingen zijn ca. 400×400 tot een materiaaldikte van 6 mm met een gemiddeld gewicht van ca. 5 kg. Bovenstaande discussie heeft geleid tot de keuze van het volgende systeem:  kantpers van Trumpf;  robot van Stäubli;  besturing en software van Robosoft;  nader te bepalen periferie voor de robotcel. Kantpers Voor het systeem speelt het merk (dus: mechanische gedeelte) van de kantpers in principe geen rol, aangezien tussen alle grote merken geen fundamentele verschillen zijn. Alliance Métal koos echter voor het merk Trumpf, omdat reeds meerdere Trumpf machines in de productiehal aanwezig waren, wat de compatibiliteit tussen de machines, vooral wat gereedschappen betreft, zeker ten goede kwam. Men koos in dit kader voor een kleinste machine van Trumpf, te weten:  Trubend 5050;  nominale perskracht 200 KN;  lengte van het bed: 1.275 mm. Robot Na een uitvoerig vergelijkend onderzoek van de robot werd besloten voor het merk Stäubli te kiezen. Deze keuze werd gemaakt op basis van de volgende criteria:  absolute nauwkeurigheid;  hoge werkingssnelheid;  stijfheid van de robot. 25

robotprogramma. De robot fungeert hierbij als master en de kantpers als "slave".

14.3.4.3 Installatie Rolan Robotics heeft de integratie van het gehele systeem verzorgd. Hierbij werden de volgende inspanningen verricht:  installatie kantpers: 1 dag  installatie nieuwe besturingssysteem: 2 dagen  aansluiten en uitlijnen robot: 2 dagen  vervaardigen van enkele proefproducten: nihil  installatie van veiligheidsafrastering en overige periferie: 3 dagen  training van (ervaren) kanter, werkvoorbereiding en planning: 2 dagen  doorlooptijd voor volledige installatie: 1 week

14.3.4.4 Werking van het systeem  De software wordt tevens gebruikt om de robotcel tot in details te simuleren;  de simulatie van het buigprogramma met geïntegreerde botsingsdetectie. Hierdoor wordt het productieproces zo waarheidsgetrouw mogelijk nagebootst.  het gegenereerde programma kan direct door de buigcel worden gerealiseerd, omdat: buigprogramma=robotprogramma. Er is dan ook geen bijkomende teach-in of synchronisatie nodig.

14.3.5 figuur 14.8

Lay out vaneen robotcel (boven) met een tweetal productvoorbeelden (onder)

Men koos voor: Stäubli RX130B Reikwijdte 1.250 mm Draagkracht 12 kg met nominale snelheid 22 kg met verminderde snelheid Grijpers Er moest een keuze worden gemaakt uit een vacuümgrijper (zuignappen) of een mechanische grijper, maar uit de simulatie van de werkstukken die in het beginstadium van het project werd uitgevoerd, bleek dat met een enkelvoudige (mechanische) grijper handling van alle producten zonder grijperwisseling mogelijk was. Positie van de robot De robot werd vóór de kantpers gepositioneerd. In dit kader zijn de volgende mogelijkheden geëvalueerd:  achter de robot;  op een rail aan de voorzijde van de kantpers;  hangend aan een rail aan de voorzijde van de kantpers;  2 robots. Besturing De besturing van het systeem waarbij de robot en de kantpers als een geheel functioneert, komt de eenvoud van de bediening en de productiviteit ten goede. De leverancier van deze cel kon aan deze voorwaarde voldoen. Voorbereidingssoftware Alliance Métal koos voor voorbereidingssoftware van Robosoft. De voorbereidingssoftware moest de volledige voorbereiding off-line ondersteunen, zonder extra teach-in tijd op de robot.

14.3.4.2 Robot implementatie Het robotsysteem ondersteunt hierbij verschillende implementatietypes. Alliance Métal koos voor het z.g. compleet kant en klaar systeem. Hierbij fungeert de robot als "slave" en kantpers met besturing als master. Alles functioneert dan als één geheel. Het systeem wordt bediend vanuit dezelfde unit. Een alternatieve oplossing is de implementatie in de standaardmachine. De software genereert hierbij een TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

Implementatie bij Alliance Métal

Het bedrijf realiseerde de buigprogramma's direct zelf en kon de productie zelf opstarten. Uit veiligheidsoverwegingen zijn gedurende de eerste twee maanden:  bepaalde vrijheidsgraden beperkt;  werkte de robot met verlaagde snelheid. Daarna was voldoende ervaring opgebouwd en werd het systeem op volle capaciteit gebruikt.

14.3.5.1 Resultaten In november 2006 werden van de nieuwe cel de volgende productiegegevens geregistreerd:  productietijd: 200 uur  aantal producten: 12.500  aantal kantbewerkingen: 62.000  gemiddelde tijd per zetting: 11,6 per sec.  gemiddeld aantal zettingen per product: ca. 5  voor producten met maximaal twee zettingen, produceert de operator bij een productietijd van 1 uur meer producten dan de robot. Na 8 uur was dat zeker niet meer het geval.  voor producten met 3 tot 5 zettingen zal een ervaren operator dezelfde tijd nodig hebben als de robot. Voor producten met meer dan 5 zettingen is het robotsysteem sneller dan een ervaren operator. Alle producten voldeden aan de kwaliteitsnormen van de automotive.

14.3.6

Analyse van Alliance Métal na installatie van het robotbuigsysteem

De onder § 14.3.5.1. beschreven resultaten werden zo positief ervaren, dat al na drie maanden effectief gebruik van het eerste werd besloten om nog drie complete robotbuigsystemen op te starten. Voor de bediening van de vier systemen is slechts één operator nodig. De leereffecten van de opstart van het eerste systeem kunnen als volgt kort worden samengevat:  logistieke problemen met betrekking tot aan- en afvoer van halffabrikaten en producten moeten worden voorkomen door herinrichting van de werkvloer;  het refereren van veelvoorkomende producten met grillige vormen moet worden verbeterd. Een algemene oplossing moet worden ontwikkeld; 26

 een optimaal nestresultaat gaat veel gepaard met verschillende posities van de uitslag ten opzichte van de walsrichting. Een hoekmeetsysteem bij het vrijbuigen lijkt een belangrijke voorwaarde voor een goed resultaat.

14.3.7

Evaluatie van het robotbuigsysteem

Het systeem is in zijn algemeenheid op basis van de volgende aspecten positief geëvalueerd:  snelle en eenvoudige installatie;  het buigprogramma is identiek aan het robotprogramma;  geen stilstandtijden dank zij de werkvoorbereiding, die off-line plaatsvindt;  geen achteraanslag nodig;  hoge nauwkeurigheid;  eerste product gelijk goed. Naast deze positieve ervaringen zijn er toch aandachtspunten, die onder ogen moeten worden gezien. Hierbij wordt gedacht aan:  zonder achteraanslag moet de uitslag worden gerefereerd in een aangepast referentiestation;  voor uitslagen met een lengte die meer bedraagt dan 500 mm, is een achteraanslag uit overwegingen van parallelliteitstoleranties noodzakelijk;  grote producten leveren logistieke problemen op;  off-line programmeren is een must;  de operator voor deze systemen moet een hoger opleidingsniveau hebben dan de operator voor standalone machines.

14.3.8

Conclusie

De investering wordt door Alliance Métal als een succes ervaren. De economische afweging lijkt positief, maar is in deze case niet hard gemaakt. De logistieke consequenties zijn in deze case onder ogen gezien, maar niet verder uitgewerkt. Het succes van deze investering is mede te danken aan het feit, dat alle relevante partijen in het projectteam vertegenwoordigd waren.

15

Conclusie

Automatisering zonder goede procesbeheersing is tot mislukken gedoemd. Laat u in eerste aanleg zo breed mogelijk informeren en realiseer u dat de technische ontwikkelingen zeer snel gaan. Het is daarom niet uitgesloten, dat er na de eerste inventarisatieronde een update moet volgen. Een goede voorbereiding is in het kader van een belangrijke investering de basis voor een succesvolle automatisering. De voorbereiding moet in eerste aanleg door de potentiële afnemer worden gedaan. Pas in een later stadium kan de leverancier een belangrijke bijdrage leveren. Hij heeft immers kennis van zaken en heeft in het algemeen meer ervaring met de implementatie dan de afnemer.

update is hierbij zeker noodzakelijk. De meeste leveranciers van deze buigsystemen hebben informatie beschikbaar gesteld, waarvan indien nodig één en ander is ingekort. In enkele gevallen zijn de laatste marktontwikkelingen van het internet gehaald. Het betreft hier de marktontwikkelingen van de volgende bedrijven:  Landré Euromach BV: ASTRO-50 Y en ASTRO-100 NT 11;  Trumpf Nederland BV: Trumpf Bendmaster;  Bystronic Benelux BV: Hämmerle 3P en Beyeler PR met ABB robot;  Rolan Robotics en Robosoft: kantpers met Stäubli robot;  Safan: I-Brake met ''twin-robots'';  Darley: Multifold E-drive buigautomaat;  Salvagnini en LVD: ROBOformER;  Finn-Power: EB Express Bender.

16.2

Buigcellen

Waarom willen bedrijven automatiseren? Om voorop te lopen, te kunnen blijven concurreren en om aan de groeiende schaarste van vakmensen het hoofd te kunnen bieden. Tussen deze argumenten bestaat een onderling verband. Deze doelen worden gerealiseerd als automatisering leidt tot: - een lagere kostprijs; - kortere doorlooptijden; - een betere en constante kwaliteit en - een grotere flexibiliteit. De hiervoor genoemde bedrijven presenteren ieder hun eigen concept. De doelstelling van deze bedrijven is in grote lijnen identiek. De realisatie van deze doelstellingen kan verschillend zijn.

16.2.1

Landré Euromach BV: ASTRO-100 NT 11 en ASTRO-50 Y

Beide kantpersen en handlingrobots zijn bij Amada ontwikkeld. De ASTRO-100 NT (figuur 16.1) is ontwikkeld voor de vervaardiging van kleine, complexe plaatdelen. De kantrobot ASTRO-100 NT 11 en de software ASTRO-CAM maken de buigcel optimaal. De robot is onder de tafel gemonteerd en is over de gehele lengte van het persbed verplaatsbaar. Complexe plaatdelen, die met meer gereedschappen moeten worden gezet, kunnen op deze manier probleemloos worden bewerkt. De buigcel kan met een automatische grijperwisseling worden uitgerust. Met deze optie kunnen verschillende opdrachten na elkaar worden gerealiseerd.

Stel van tevoren een stappenplan op en voer dat consequent uit. Besteed voldoende tijd aan de definiëring van het representatieve productenpakket. Voer hierbij de technologische evaluatie vóór de economische afwegingen. Maak een nauwkeurige specificatie van de buigautomaat en zorg dat deze vakkundig wordt afgenomen.

16 Marktontwikkelingen 16.1 Algemeen Dit hoofdstuk staat in het teken van de laatste ontwikkelingen van het geautomatiseerd buigen. De ontwikkelingen op dit gebied gaan echter zo snel, dat deze informatie binnen korte tijd verouderd is. Een regelmatige TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

figuur 16.1

De ASTRO-100 NT

27

Enkele technische gegevens van deze buigcel zijn:  kantpers HDS-1030 NT  nominale perskracht 1.000 kN  afkantlengte 3.000 mm  uitlading 415 mm  maximale slaglengte 200 mm  programmering 3D-off-line programmering voor de kantpers en de root De ASTRO-50 Y (zie figuur 16.2) is geschikt voor grotere producten. Deze buigcel is samengesteld uit een HFE kantpers en de handlingrobot ASTRO-50 Y. Met deze cel is volautomatisch kanten mogelijk. De korte robotarm maakt het mogelijk diep onder het product te positioneren. De robot is over 4.000 mm lineair verplaatsbaar. De 3D CAM-Software genereert het machineprogramma van zowel de kantpers als van de robot. Tijdrovend programmeren middels een teachbox is dus niet nodig. Enkele technische gegevens van deze buigcel zijn:  robot AMADA Motoman UP 50  afkantpers AMADA HFE-Serie  besturing robot AMADA AMNC-RML  hanteerlast robot (inclusief grijper) 50 kg  maximum plaatgewicht 35 kg  maximum productafmetingen 2.500×1.500 mm  aantal robotassen 6+1 voor langsverplaatsing robot

figuur 16.3

Trumpf Bendmaster

Enkele technische gegevens van deze buigcel zijn:  maximum plaatgewicht 40 kg  maximale productafmetingen 1.000 x 2.000 mm  minimale plaatdikte 0,7 mm  maximum werkbereik van de robotbaan min. 4.000 mm en max. 14.000 mm  besturing Trumpf CNC Nadere informatie op: www.trumpf.com.

16.2.3

Bystronic Benelux BV: buigcel met Hämmerle 3P en Beyeler PR kantpersen

ABB heeft een industriële robot ontwikkeld, die zowel op een Hämmerle 3P als op een Beyeler PR kan worden ingezet (zie figuur 16.4). De buigcel met de Beyeler PR kantpers kan op deze wijze een productiviteitsverbetering tot 42% realiseren door:  de hoge buigsnelheid;  de korte opstarttijden. De off-line programmering wordt verzorgd door Bybendpart; een krachtige buigsoftware. BendWizard controleert o.a. de buigvolgorde, voor het programma naar de pers wordt gestuurd. Hierdoor wordt de teach in time voor de robot tot een minimum beperkt. Nadere informatie op: www.bystronic.nl. figuur 16.2

16.2.2

ASTRO-50 Y (nadere informatie op: www.landre-euromach.nl)

Trumpf Nederland BV: Trumpf Bendmaster

Trumpf heeft een automatische buigcel (zie figuur 16.3) ontwikkeld met de volgende kenmerken:  de kantpers Trubend en de Bendmaster worden door één besturing aangestuurd en integraal door de software Tru Tops Bend geprogrammeerd;  grote nauwkeurigheid en proceszekerheid door een plaatsensor, die dubbele plaatinleg voorkomt;  de plaatsensor definieert tevens de positie van de uitslag. Hierdoor is een centreerinrichting niet nodig.  de buigcel kan ook manueel worden bediend;  het nieuwe transportsysteem zorgt voor een parallelle verplaatsing van de platine en het gereed product. Dit betekent, dat in vele gevallen zonder achteraanslag kan worden gewerkt;  de mechanische grijpertechnologie van Trumpf maakt het in combinatie met een verplaatsingsas eenvoudiger om kleine producten te zetten.

28

figuur 16.4

16.2.4

Hämmerle kantbank met ABB-robot

Rolan Robotics en Robosoft: Buigen met Stäubli robot

Stäubli heeft een universele buigrobot ontwikkeld, die kan worden gekoppeld aan vrijwel elke kantbank (zie figuur 16.5). In samenwerking met het Belgische bedrijf TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

figuur 16.5

Kantbank met robot

Robosoft is hiervoor de nodige software en besturing ontwikkeld. Het Nederlandse bedrijf Rolan Robotics kan zorg dragen voor de integratie van de (complete) systemen. Doelstellingen Reeds bij het begin van de ontwikkeling werden hoge eisen gesteld, met als hoogste prioriteit de nauwkeurigheid en de snelheid van het systeem. Volautomatische productie was eveneens een minimumvereiste, maar manuele productie moest echter mogelijk blijven. Ten slotte moest het systeem in staat zijn om een programma te genereren binnen enkele minuten of zelfs seconden. Dit voor zowel de buigbank als de robot. Hantering van het materiaal Afhankelijk van de specificaties van het werkstuk kan de robot worden uitgerust met aangepaste grijpers. Dit zorgt ervoor, dat de Stäubli robot praktisch elk soort werkstuk kan hanteren. Het resultaat is een snelle en nauwkeurige productie vanaf het nemen van het basismateriaal tot het wegleggen van het geproduceerde werkstuk. De compacte grootte van de robot verzekert een enorme bewegingsvrijheid, waardoor het volledige werkgebied van de kantbank kan worden benut. De hoge positienauwkeurigheid neemt zelfs de behoefte van een klassieke achteraanslag weg. Zo worden eventuele conflicten tussen twee positioneersysteem vermeden. Plaatsing van de robot De robot kan zowel aan de voorzijde (figuur 16.6) als aan de achterzijde (figuur 16.7) van de kantbank worden geplaatst..Het grote voordeel van plaatsing aan de achterzijde is, dat manuele bediening nog steeds mogelijk blijft, met de Stäubli robot functionerend als achteraanslag. Zo kan dus o.a. ook worden bespaard op veiligheidsvoorzieningen.

figuur 16.6

figuur 16.7

De robot gebruikt als ‘achteraanslag’

Programmering De sturing van het systeem is ontworpen om zowel de kantbank als de robot tegelijkertijd te besturen. Na het invoeren van de productgegevens worden alle commando's voor de robot en kantbank automatisch gegenereerd door de multifunctionele sturing en na de geïntegreerde automatische botsingscontrole is de gehele bewerkingscyclus klaar om te worden uitgevoerd. Dit gebeurt allemaal in een zeer korte tijd, zodat een hoge systeemproductiviteit wordt gegarandeerd. Niet onbelangrijk: in tegenstelling tot de meeste gelijkaardige systemen wordt het eerste werkstuk meteen correct geproduceerd, zonder try-out of teach-in. De grafische voorstelling van zowel de robot als de afkantpers in 3D geeft een duidelijk overzicht van de complete bewerkingscyclus. Al deze eigenschappen maken het programmeren van het Stäubli-Robosoft systeem snel en eenvoudig. Nadere informatie op: www.rolan-robotics.nl.

16.2.5

Safan: Robotkantpers I-Brake

Safan heeft een intelligente robotkantpers (figuur 16.8) ontwikkeld met als belangrijkst kenmerk de "twin-robots", die links en rechts zijn ingebouwd in de nieuw ontworpen machineconstructie met servo-elektrische aandrijving. Volledig geïntegreerde besturing Via twee ingebouwde Touch Screen besturingen aan beide zijden van de machine kan deze robotkantpers eenvoudig worden bediend. De te buigen producten kunnen eenvoudig grafisch worden geprogrammeerd.

De robot als ‘operator’ figuur 16.8

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

Robotkantpers I-brake

29

Compactheid en logistiek De robotarmen zijn horizontaal in het frame bevestigd. Hierdoor blijft de vloer vóór de kantpers vrij voor de pallets met platines. Verder kunnen de robots de gebogen producten direct door de machine heen voeren en aan de achterzijde afstapelen. Via een interface is de I-Brake te koppelen met geautomatiseerde magazijnsystemen, die pallets kunnen aan- en afvoeren. Optie: automatische wisselsystemen Deze robotkantpers kan worden uitgerust met een geïntegreerd gereedschap- en/of een gripperwisselsysteem. Nadere informatie op: www.safan.nl.

16.2.6

Wila: automatische gereedschapwisseling voor kantpersen

Wila heeft de ATC-G6 gripper ontwikkeld (figuur 16.9). Hierdoor kan ook voor kleine series op een robotkantpers automatische gereedschapwisseling worden gerealiseerd. Deze gripper heeft de volgende kenmerken:  afmetingen Ø50 x 200 mm  gewicht 1,5 kg  wisseltijd 5 tot 10 sec.  minimale c.q maximale gereedschaplengte 20 tot 100 mm  gereedschapgeometrie Wila New Standard en ondergereedschappen Voor het integreren van dit wisselsyteem is uiteraard overleg nodig met de leverancier van de robotkantpers. Nadere informatie op: www.wila.nl.

figuur 16.9

16.2.7

figuur 16.10 Multifold E-drive buigautomaat

gestuurd, waardoor een aanzienlijke energiebesparing wordt gerealiseerd. Snelheid Door de technologische verbeteringen en optimalisatie van de aflooproutine is de productiviteit aanzienlijk gestegen. De nieuwe generatie buigautomaten reduceert de cyclustijd met 15 tot 20% afhankelijk van het product. Touch screen Besturing De machine is met een Windows-based, eenvoudig bedienbare touch screen besturing uitgevoerd (figuur 16.11). In de basisuitvoering kan de buigautomaat in korte tijd in de werkplaats worden geprogrammeerd. Het 15 inch, full colour, beeldscherm is gebruiksvriendelijk dankzij de touch screen bediening. Voor de integratie van de Multifold E-drive is een off-line programmeersysteem beschikbaar, zodat de machine parallel kan worden geprogrammeerd.

Automatisch gereedschapswisselsysteem met ATC-96 gripper

Darley BV: buigautomaten

Mede dankzij de toegenomen interesse in het onbemand buigen, is de ontwikkeling van de buigautomaat in een stroomversnelling gekomen. Ondanks de vernieuwingen op het gebied van de stand-alone afkantpers en de gerobotiseerde afkantpers, biedt de buigautomaat zeker mogelijkheden. De introductie van de nieuwe generatie Multifold E-drive buigautomaat is daarom een interessante ontwikkeling op het gebied van geautomatiseerd buigen (zie figuur 16.10) Kenmerk van deze buigautomaat is het grote potentieel aan mogelijkheden. Met name de grotere maximale kanthoogte is in dit kader interessant. De nieuwe Multifold E-drive is geen uitbreiding van het Darley programma, maar een vervanging van de huidige MF range. De nieuwe grenzen liggen nu bij een productlengte van 3.000 mm, een producthoogte van 300 mm en 2 mm plaatdikte. De off-line programmeringsoftware evenals de systemen voor de be- en ontlading van de platen zijn interessant te noemen. Hierdoor is een hoog automatiseerbaar en tevens eenvoudig programmeerbaar productiemiddel met een hoge graad van integratie ontwikkeld. E-drive Dankzij het gepatenteerde buigsysteem beschikt de nieuwe generatie buigautomaten over hoog dynamische AC servomotoren die alleen op aanvraag worden aan30

figuur 16.11 Touch screen besturing

Breed spectrum De Multifold E-drive is specifiek bedoeld voor de automatische productie van allerlei type en vormen van panelen, deuren, legborden, stalen meubelen, stroomkasten, enz. in kleinere en middelgrote series. Zes individueel uitvoerbare varianten van het type Multifold E-drive worden momenteel door Darley aangeboden, die in verschillende modules configureerbaar zijn. De range dekt buiglengtes van 2.000, 2.500 en 3.000 mm af en buighoogtes van 200 en 300 mm. Vanzelfsprekend kunnen TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

er positieve en negatieve buigingen worden gemaakt zonder het product te keren. Tevens worden laslippen automatisch in het buigproces meegebogen, net als 180 graden dichtdrukkingen. Logistiek De Multifold E-drive buigautomaat biedt de keus tussen verschillende beladingsvarianten. Er kan een keuze worden gemaakt uit een manuele invoer van de plaat, het automatisch beladen vanaf een stapel platen, of het setsgewijs afwerken van platen. Bij automatische plateninvoer en automatisch afvoer van het eindproduct is het doorvoerprincipe voordelig. Hierbij wordt gebruik gemaakt van zuignappen. Nadere informatie op: www.darley.nl.

16.2.8

LVD en Salvagnini: Roboformer

De Robormer (figuur 16.12) is een gerobotiseerde buigcel van Salvagnini en LVD. De buigcel maakt gebruik van geavanceerde software voor integratie van bewegingen bij gerobotiseerd laden, de buigbewegingen en het ontladen. Dit wordt gerealiseerd met één CNC-besturing en één programma. De buigcel werkt met offline-programmering ROBOformER.

16.2.9

Finn-Power: EB Express Bender

Automatische strijkbuigautomaat De EB Express Bender (figuur 16.13) is ontwikkeld voor:  lage kostprijs;  goede productkwaliteit;  geautomatiseerde omgeving;  grote paneelachtige producten uit dunne plaat;  productie in grote(re) series. Werking van de machine De vlakke plaat wordt door de robot op de werktafel geplaatst, waarna de manipulator de plaat tegen de aanslagpunten positioneert. De manipulator hanteert eveneens het paneel in wording tijdens het buigproces. Het buigproces begint in het algemeen aan de buitenkant van de plaat en "werkt zich naar binnen". De vier zijden van de plaat worden na elkaar afgewerkt. De plaat wordt tijdens het buigproces tussen de neerhouder en de ondermatrijs vastgeklemd, het uitstekende deel wordt afhankelijk van de productvorm door het boven- of onderstempel gebogen. Zodra het paneel gebogen is, wordt het automatisch uitgestoten. Nadere informatie op: www.finn-power.com.

Nadere informatie: www.lvdgroup.com & www.salvagnini.it.

figuur 16.13 EB Express Bender figuur 16.12 Roboformer

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”

31

Auteur Deze voorlichtingspublicatie is opgesteld in opdracht van de Vereniging FME-CWM in het kader van het project ‘Fabricage van producten met geavanceerde productiemiddelen voor het omvormen en verbinden - (FPGP)’. Hierbij waren de volgende organisaties betrokken: SenterNovem, FDP, NIL, NIMR, Syntens, TNO, Universiteit Twente, TU Delft en de Vereniging FME-CWM/Industrieel Technologie Centrum (ITC). De auteurs, ing. J.N. Borsboom en ir. H.L.M. Raaijmakers (beide FDP) m.m.v. E. de Roos (Meijer Plaatbewerking) werden ondersteund door een klankbordgroep bestaande uit vertegenwoordigers van de volgende bedrijven: Ahrend, Bystronic, Darley, Hieselaar, Landré-Euromach, Rolan Robotics, Safan, Somatech, Suplacon, TNO, Trumpf, Wila en een begeleidingsgroep bestaande uit A. Konter (NIMR), J. van de Put (Syntens), G.H.G. Vaessen (GVA) en P. Boers (FME).

Technische informatie: Voor technisch inhoudelijke informatie over de in deze voorlichtingspublicatie behandelde onderwerpen kunt u zich richten tot de auteurs J.N. Borsboom en H.L.M. Raaijmakers (tel.: 030-6000005, e-mail: [email protected] en [email protected]).

Informatie over, en bestelling van VM-publicaties, Praktijkaanbevelingen en Tech-Info-bladen: Vereniging FME-CWM/Industrieel Technologie Centrum (ITC) Bezoekadres: Boerhaavelaan 40, 2713 HX Zoetermeer Correspondentie-adres: Postbus 190, 2700 AD Zoetermeer Telefoon: (079) 353 11 00/353 13 41 Fax: (079) 353 13 65 E-mail: [email protected] Internet: www.fme.nl

© Vereniging FME-CWM/december 2007 - 01 Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke ander wijze ook zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever. Hoewel grote zorg is besteed aan de waarborging van een correcte en, waar nodig, volledige uiteenzetting van relevante informatie, wijzen de bij de totstandkoming van de onderhavige publicatie betrokkenen alle aansprakelijkheid voor schade als gevolg van onjuistheden en/of onvolkomenheden in deze publicatie van de hand. Vereniging FME-CWM afdeling Technologie en Innovatie Postbus 190, 2700 AD Zoetermeer telefoon 079 - 353 11 00 telefax 079 - 353 13 65 e-mail: [email protected] internet: www.fme.nl

32

TI.07.38 - “Geautomatiseerd buigen”