Kennisartikel
Producthandling in de (hoogwaardige) maakindustrie
In de maakindustrie is producthandling een noodzakelijk onderdeel van het maakproces. In de toelevering van grondstoffen, het verwerken van materiaal tot onderdeel en product en het transporteren van deze producten naar de volgende stap in de keten.
Bij het ene bedrijf is het gehele (handlings)proces al geautomatiseerd, terwijl het andere bedrijf alles nog handmatig doet – overigens vaak als bewuste keuze! De mate van automatisering in producthandling is sterk afhankelijk van het eindproduct van het maakbedrijf. Een bedrijf wat een enkel of enkele soort(en) producten massaal produceert, zal een totaal andere handlingsbehoefte hebben in vergelijking met een bedrijf wat slechts een paar (of unieke) producten per jaar produceert. In de praktijk zitten veel maakbedrijven hier ergens tussenin.
In de hoogwaardige maakindustrie, denk bijvoorbeeld aan de productie van medical devices of consumentenelektronica, betreft producthandling vaak kleine en/of kwetsbare onderdelen. Het oppakken, dragen en verplaatsen dient met grote zorgvuldigheid plaats te vinden om producten niet te beschadigen. Wij zien dat steeds meer bedrijven op zoek zijn naar handlingsoplossingen om toekomstbestendiger te produceren. Het aantal gestandaardiseerde handlingsoplossingen op de markt is sterk groeiende. Echter zijn deze oplossingen vaak niet toereikend voor de hoogwaardige maakindustrie. Een op maat gemaakte oplossing kan in deze bedrijven een groot verschil betekenen.
Oppakken en wegleggen
Wanneer een bedrijf een producthandlingsvraagstuk heeft, dient onderscheid gemaakt te worden tussen het oppakken en wegleggen en het verplaatsen van producten. Het oppakken en wegleggen kun je vergelijken met hoe menselijke vingers een product vastgrijpen en loslaten. Het verplaatsen gebeurt vervolgens met de pols of arm. De verplaatsing staat dus los van het vastpakken, ook in geautomatiseerde handlingsoplossingen.
Allereerst het oppakken en wegleggen. Uitgangspunt voor het ontwerpen van de vingers, een zogenoemde grijper, is het product zelf. De afmetingen, massa, materiaaldichtheid, oppervlakte en vorm van het product zijn hierin het belangrijkst. Ook de manier waarop je een product aanvoert of afvoert speelt een grote rol. Daarnaast wordt er rekening gehouden met andere eisen die aan de oplossing worden gesteld; snelheid, nauwkeurigheid, levensduur, besturing en omgevingsfactoren. Met dit in gedachten kun je vervolgens kiezen voor de inzet van een mechanische grijper, een vacuümgrijper of nog weer een ander soort grijper.
Mechanische grijper
Een mechanische grijper is meestal letterlijk een ‘grijper’ met een bekje wat zich om het product sluit. Een mechanische grijper kan onder meer beschikken over een servomotor of kan pneumatisch worden aangestuurd. Het voordeel aan een servogrijper is dat deze kracht kan aanvoelen en doseren, en dus kan aanpassen aan het product. Het openen en sluiten gebeurt geleidelijk, waardoor er meer controle is. Een pneumatisch aangestuurde mechanische grijper grijpt in één keer vast en is hierdoor een stuk sneller.
Vacuümgrijper
Vacuümgrijpers zorgen voor minder intensief contact met het product. Het product wordt slechts aan één zijde aangeraakt. Hiervoor hoeft een product niet per sé plat en glad te zijn. Er zijn allerlei soorten oplossingen op de markt om de meest bijzondere vormen en materialen op te ‘zuigen’. De diepte en het aantal balgen in de zuignap zorgen voor het oppakken van de juiste vorm. De grootte van de vacuüm zuignap en de daaraan gekoppelde vacuümgenerator bepaalt de hoeveelheid kracht en daarmee welke gewicht gedragen kan worden.
Meervoudige grijpers
In de maakindustrie zien we veel meervoudige grijpers. Deze grijpers zijn zo ontworpen dat ze meerdere producten tegelijkertijd kunnen vastpakken. Ook wordt er veel gebruik gemaakt van multifunctionele grijpers. Op een enkele grijper worden dan meerdere functies gecombineerd. Hierbij is het goed mogelijk dat er zowel mechanische als vacuümoplossingen aanwezig zijn. Denk aan een grijper welke verschillende producten moet op kunnen pakken. De grijper kan aan de ene kant een mechanische grijper hebben om product A op te pakken en aan de andere kant een zuignap voor product B. Zeker bij wendbare industriële robots zien we vaak dat grijpers multifunctioneel worden ontworpen en ingezet. Door middel van een wisselsysteem op de robot is het ook mogelijk om verschillende grijpers af te wisselen gedurende het proces.
Verplaatsen
Wanneer het product stevig is vastgepakt kun je het verplaatsen. Deze verplaatsing wordt uitgevoerd met actuatoren, in de machinebouw worden dit vaak assen genoemd. Een industriële robot is in wezen niet meer dan een verzameling assen om zo een grote bewegingsvrijheid te creëren. Actuatoren kunnen grijpers verplaatsen, maar verplaatsen ook productdragers, zoals losse producten in trays of gefixeerde producten in dragers.
In de speciaal machinebouw zien we dat er vrijwel altijd een keuze wordt gemaakt tussen een pneumatische of een elektrische actuator of een combinatie daarvan. De afweging tussen deze twee aansturingen is gebaseerd op een aantal kenmerken van beide soorten actuatoren. Een pneumatische actuator is vaak compacter, goedkoper, beter bestand tegen schokken en lichter van gewicht. Perslucht wordt toegepast om de actuator te doen bewegen. Een elektrische actuator (meestal voorzien van een servomotor) is daarentegen vaak beter te programmeren en te beheersen en heeft een hogere nauwkeurigheid met een meer gecontroleerde beweging. Over het algemeen geldt voor het kiezen van de juiste actuator dat pneumatiek efficiënter is bij kortere afstanden, grotere benodigde kracht en langere cyclustijden, en dat servo-elektrisch beter past bij langere afstanden, lagere benodigde kracht en kortere cyclustijden.
Producthandling 4.0
Een op maat gemaakte oplossing voor een producthandling uitdaging kan tot verrassende inzichten leiden. We nemen de omliggende productiestappen onder de loep tijdens het ontwerp- en ontwikkelproces, en optimaliseren deze waar nodig. Dit kan leiden tot een algeheel verbeterd productieproces. Daarnaast verbetert geautomatiseerde handling het productieproces doordat de snelheid, flexibiliteit en kwaliteit van het proces omhoog gaan. Bovendien biedt geautomatiseerd handlen de mogelijkheid om meer data te genereren en te verzamelen over het productieproces.
Een IO-link is een veelgebruikte, slimme oplossing. Hiermee heb je maar één fysieke kabel waar zowel data als voeding overheen gaan. De IO-link stuurt sensoren in de handlingsoplossing aan en houdt parameters van deze sensoren bij. Het voordeel aan een IO-link sensor is dat de sensor de afstand tot een product kan meten en onderscheid kan maken in grootte van objecten. Dit in tegenstelling tot een normale sensor die alleen een aanwezig-/afwezigheid kan detecteren en doorgeven. Vanwege de hoeveelheid data en de statussen van sensoren die de IO-link bijhoudt is het mogelijk om het onderhoud van bepaalde processen te voorspellen. Ook de connectiviteit met de rest van het productieproces en de mogelijkheid om de installatie vanaf afstand aan te sturen biedt nieuwe mogelijkheden. Zo zitten we midden in de vierde industriële revolutie om efficiënter, flexibeler en zonder fouten (zero-defect) te produceren.