Kennisartikel
Wanneer is standaard producthandling onvoldoende en wordt maatwerk nodig?
Het verplaatsen, aanvoeren, positioneren en afvoeren van producten lijkt op het eerste gezicht een relatief eenvoudig onderdeel van een productieproces. Voor veel toepassingen is dat ook zo. Met standaard transportbanden, grijpers en toevoersystemen kunnen producten efficiënt door een productieomgeving worden verplaatst.
Maar naarmate producten complexer worden, toleranties kleiner worden of productieprocessen meer variatie bevatten, verandert ook de rol van producthandling.
Een onderdeel moet bijvoorbeeld niet alleen van A naar B worden gebracht, maar ook nauwkeurig worden gepositioneerd. Ook verschillende productvarianten moeten op dezelfde productielijn gemaakt kunnen worden.
Kwetsbare componenten mogen tijdens het oppakken niet beschadigen. Of handling moet direct aansluiten op een assemblage-, inspectie- of bewerkingsstap.
Op dat moment is producthandling niet langer alleen een logistieke stap, maar een integraal onderdeel van het productieproces.
De vraag wordt dan:
Wanneer volstaat een standaard handlingoplossing en wanneer is maatwerk nodig?
In dit kennisartikel gaan we in op wanneer standaard producthandling voldoende is, wanneer maatwerk interessant wordt en welke factoren daarin een rol spelen. Daarbij kijken we onder andere naar productvariatie, positioneringsnauwkeurigheid, cyclus-tijden, automatisering en de integratie met andere processtappen.
Wanneer is standaard producthandling voldoende?
Maatwerk is niet automatisch beter.
Wanneer een productieproces kan worden opgelost met bestaande technologie, is het vaak juist verstandig om daarvan gebruik te maken. Standaard transportbanden, robots, lineaire systemen, feeders en grijpers zijn bewezen technologieën die efficiënt kunnen worden ingezet.
Vooral wanneer producten weinig variatie hebben en de gewenste beweging relatief eenvoudig is, kan een standaardoplossing uitstekend functioneren.
Denk bijvoorbeeld aan één productvariant die continu in dezelfde oriëntatie wordt aangevoerd en vervolgens naar een volgende processtap wordt getransporteerd. Wanneer snelheid, positionering en producteigenschappen geen bijzondere eisen stellen, is er weinig reden om hiervoor een volledig nieuw systeem te ontwikkelen.
Het uitgangspunt hoeft daarom niet te zijn om zoveel mogelijk maatwerk toe te passen.
Juist een combinatie van standaardcomponenten en specifiek ontwikkelde techniek kan interessant zijn. Bewezen technologie wordt gebruikt waar dat mogelijk is, terwijl alleen de onderdelen van het proces die daadwerkelijk bijzondere eisen stellen specifiek worden ontwikkeld.
Het omslagpunt ontstaat wanneer de handling niet meer los kan worden gezien van het productieproces zelf.
Een standaard transportband kan een product prima vervoeren, maar lost niet automatisch het vraagstuk op wanneer dat product vervolgens met een nauwkeurigheid van bijvoorbeeld ±0,1 mm onder een camera, assemblagekop of bewerkingsstation moet worden gepositioneerd.
Ook productvariatie kan maatwerk noodzakelijk maken. Een mechanische geleiding die voor product A uitstekend functioneert, kan voor product B juist instabiele handling veroorzaken.
Dat wordt relevant wanneer een productielijn bijvoorbeeld 10 verschillende productvarianten moet verwerken en iedere variant een andere geometrie of afmeting heeft.
Andere factoren die maatwerk interessant kunnen maken zijn kwetsbare of moeilijk vast te pakken producten, ongeoriënteerde productaanvoer, hoge snelheidseisen, beperkte beschikbare ruimte of de directe koppeling van handling met assemblage, inspectie of bewerking.
In dergelijke situaties gaat het vraagstuk niet meer uitsluitend over transport.
Het gaat om het gecontroleerd beheersen van het product gedurende verschillende stappen van het productieproces.
Welke invloed hebben producteigenschappen en positionering?
Een goed handlingconcept begint bij het product.
Afmetingen en gewicht spelen vanzelfsprekend een rol, maar in complexe productieomgevingen zijn vaak juist andere eigenschappen bepalend.
Hoe stijf is het product? Welke oppervlakken mogen worden aangeraakt? Kan een component vervormen tijdens het oppakken? Is het oppervlak gevoelig voor beschadiging? Kan het product betrouwbaar mechanisch worden uitgelijnd? En hoeveel variatie zit er tussen individuele producten?
Een metalen component met duidelijke geometrische referentievlakken vraagt bijvoorbeeld om een andere aanpak dan een flexibel, transparant of zeer klein onderdeel.
Ook de manier waarop producten worden aangevoerd is belangrijk.
Van producten die netjes in een tray liggen, is de oriëntatie bekend wat het oppakken vergemakkelijkt. Wanneer dezelfde onderdelen willekeurig of ongeoriënteerd worden aangevoerd, ontstaat een ander handlingvraagstuk.
Hier speelt de vorm van het product een rol.
Heeft een product bijvoorbeeld een voorkeursligging? Of zijn er tal aan opties mogelijk?
Gaan de producten in elkaar haken (nesten)? Is de ligging van het product met vision voldoende vast te stellen? Enzovoort.
Voor assemblage, visioninspectie, metingen of nauwkeurige bewerkingen moet een onderdeel vaak op een bekende positie en in een specifieke oriëntatie worden aangeboden.
Stel dat een product met een afwijking van ±2 mm op een transportband aankomt, terwijl de daaropvolgende assemblagestap een positioneer-nauwkeurigheid van ±0,1 mm vraagt. Dan kan de aanvoer niet zonder aanvullende positionering worden gekoppeld aan die processtap.
Een robot die zeer reproduceerbaar beweegt, lost dat niet automatisch op. Speling in een grijper, productvariatie of onnauwkeurigheid in de aanvoer kan ervoor zorgen dat de daadwerkelijke productpositie alsnog afwijkt.
Daarom moet naar de volledige tolerantieketen worden gekeken.
Soms kan een product mechanisch worden uitgelijnd. In andere situaties kan vision de exacte positie bepalen voordat een robot het product oppakt. Bij zeer nauwkeurige processen kan daarnaast een specifieke positioneer- of fixeeroplossing nodig zijn.
Hoe kritischer de volgende processtap, hoe belangrijker het wordt om handling en positionering als één technisch vraagstuk te behandelen.
Wat gebeurt er wanneer productvariatie toeneemt?
Productiebedrijven krijgen steeds vaker te maken met meerdere productvarianten, kleinere series en veranderende productievolumes.
Dat stelt andere eisen aan producthandling.
Een machine die volledig is geoptimaliseerd voor één product kan zeer efficiënt zijn, maar wordt minder interessant wanneer regelmatig andere producten moeten worden verwerkt. Veel handmatige omstellingen kunnen vervolgens een belangrijk deel van de gewonnen productiviteit weer tenietdoen.
Wanneer zes keer per ploeg van productvariant wordt gewisseld en iedere omstelling 15 minuten duurt, gaat daarmee al anderhalf uur productietijd per ploeg verloren.
Flexibiliteit moet daarom al tijdens de ontwikkeling van het handlingconcept worden meegenomen. Daarbij is een belangrijke ontwerpkeuze waar binnen het systeem de productvariatie wordt opgevangen.
Niet ieder onderdeel van een productielijn hoeft namelijk flexibel of specifiek voor iedere productvariant te worden uitgevoerd. Soms kan juist een groot deel van de installatie worden gestandaardiseerd door de variatie op één specifieke plek op te vangen.
Zo kunnen verschillende producten bijvoorbeeld in productspecifieke trays of productdragers worden geplaatst die aan de buitenzijde allemaal dezelfde afmetingen en referentiepunten hebben.
Voor het transportsysteem blijft de interface daardoor gelijk, terwijl de productdrager de verschillen tussen de producten opvangt.
Een vergelijkbare keuze speelt bij robothandling. Een standaard robot kan verschillende productvarianten verwerken wanneer de variatie in de grijper wordt opgevangen. Dat kan bijvoorbeeld met een grijpergeometrie die meerdere producten betrouwbaar kan hanteren.
Wanneer de verschillen tussen producten daarvoor te groot zijn, kan worden gekozen voor verschillende productspecifieke grijpers. Met een automatisch snelwisselsysteem kan de robot bij een productwissel de benodigde grijper selecteren, zonder dat daarvoor de volledige handlingoplossing hoeft te worden aangepast.
De vraag is daardoor niet alleen hoeveel productvariatie een productieproces bevat, maar vooral waar die variatie het meest efficiënt kan worden opgevangen.
Door dat bewust te bepalen, kunnen standaardtechniek en maatwerk gericht met elkaar worden gecombineerd.
Wanneer dezelfde omstelling daardoor van 15 naar 5 minuten kan worden teruggebracht, ontstaat extra productiecapaciteit zonder dat het primaire productieproces zelf sneller hoeft te worden.
Niet alleen de duur van de omstelling zelf is daarbij relevant, maar ook de manier waarop deze wordt georganiseerd. Waar mogelijk kunnen productdragers, grijpers of andere productiemiddelen bijvoorbeeld buiten de productielijn worden voorbereid en afgesteld. Bij de daadwerkelijke productwissel hoeft dan alleen het voorbereide middel te worden gewisseld, waardoor de productielijn sneller weer op volledige productiecapaciteit kan draaien.
Daarbij geldt niet dat iedere machine maximaal flexibel moet zijn. Meer flexibiliteit kan ook extra technische complexiteit en investeringskosten veroorzaken.
De vraag is daarom niet alleen welke producten vandaag moeten worden verwerkt, maar ook welke toekomstige veranderingen in productmix en volume de machine moet kunnen opvangen.
Welke rol speelt product-handling bij automatisering?
Bij automatiseringsvraagstukken gaat veel aandacht uit naar robots en visiontechnologie. Maar juist de handling bepaalt vaak of deze technologieën betrouwbaar kunnen functioneren.
Een robot kan immers pas efficiënt werken wanneer producten op een voorspelbare manier beschikbaar zijn.
Een operator voert tijdens handmatige handling ongemerkt allerlei correcties uit. Een onderdeel dat iets scheef ligt wordt rechtgelegd. Een afwijkende positie wordt visueel herkend. Een product dat lastig vast te pakken is, wordt op een andere manier benaderd.
Bij automatisering moeten deze situaties technisch worden ondervangen.
Daardoor blijkt een ogenschijnlijk eenvoudige handmatige handeling soms een complex handlingvraagstuk te bevatten.
Vision kan interessant zijn wanneer producten niet altijd op exact dezelfde positie worden aangevoerd. Een camerasysteem kan de positie, oriëntatie of productvariant bepalen, waarna een robot het product gericht kan oppakken.
Robotica kan juist interessant zijn wanneer meerdere bewegingen nodig zijn, productvariatie groot is of verschillende handelingen binnen één werkgebied gecombineerd moeten worden.
Maar technologie is daarbij een middel, geen uitgangspunt. Wanneer een eenvoudige mechanische oplossing hetzelfde proces sneller en robuuster kan uitvoeren, kan dat de betere keuze zijn.
De relevante vraag is daarom niet:
Kunnen we hiervoor een robot gebruiken?
Maar:
Welke handlingmethode maakt dit productieproces betrouwbaar, efficiënt en voldoende flexibel?
Praktijkvoorbeeld: Maatwerk producthandling voor een geautomatiseerd assemblageproces
Voor een producent vormde de handling van veren een belangrijke uitdaging binnen het assemblageproces.
In de bestaande situatie waren twee operators nodig om ingekochte veren handmatig voor het verdere assemblageproces gereed te maken. De producent wilde dat dit proces geautomatiseerd werd.
(Ook ging de producent de veren voortaan zelf produceren en de daaropvolgende handling en assemblage automatiseren, zonder tussenkomst van operators.)
De uitdagingzat daarbij vooral in de eigenschappen van de veer. Na productie moest iedere veer automatisch uit de veerwikkelmachine worden genomen, gecontroleerd worden gehanteerd en tijdens de handling in de juiste vorm worden gebracht om deze nauwkeurig te kunnen assembleren.
De oplossing:
Daarom werd een maatwerk handlingconcept ontwikkeld waarin productie, handling, assemblage en kwaliteitscontrole als één geautomatiseerd proces samenwerken.
Een robot neemt iedere geproduceerde veer rechtstreeks uit de veerwikkelmachine. Een speciaal ontwikkelde grijper pakt beide uiteinden van de veer vast en beweegt deze gecontroleerd naar elkaar toe. Hierdoor krijgt de veer tijdens de handling de juiste vorm voor de daaropvolgende assemblagestap.
Na plaatsing wordt automatisch gecontroleerd of de assemblage correct is uitgevoerd. Afgekeurde assemblages worden automatisch uit het proces verwijderd, waarna het proces zelfstandig verdergaat.
Resultaten:
- De handmatige stap waarvoor voorheen twee operators nodig waren, wordt geautomatiseerd;
- Veren worden rechtstreeks vanuit de veerwikkelmachine verwerkt;
- Een speciaal ontwikkelde grijper maakt gecontroleerde handling en vervorming van de veer mogelijk;
- Handling, assemblage en kwaliteitscontrole zijn geïntegreerd binnen één proces;
- Afkeur wordt gedetecteerd en uit het proces verwijderd;
- De installatie is ingericht om circa één uur te produceren zonder tussentijdse aan- of afvoerwerkzaamheden door een operator.
Dit voorbeeld laat zien waarom standaard producthandling niet altijd voldoende is. De uitdaging zit hier niet alleen in het verplaatsen van een onderdeel, maar vooral in wat er tijdens de handling met de veer moet gebeuren: de veer moet betrouwbaar worden opgepakt, gecontroleerd worden vervormd en nauwkeurig worden aangeboden voor assemblage. Juist de combinatie van deze eisen maakt een specifiek ontwikkeld handlingconcept noodzakelijk.
Hoe voorkom je dat handling de bottleneck wordt?
Een handlingoplossing kan technisch goed functioneren en tegelijkertijd de prestaties van de totale productielijn beperken.
Wanneer een machine iedere 10 seconden een product kan bewerken, maar de handling 12 seconden nodig heeft om het volgende product aan te voeren en correct te positioneren, bepaalt de handling uiteindelijk de cyclustijd.
Bij een productieshift van acht uur kan dat theoretisch het verschil betekenen tussen maximaal 2.880 en 2.400 cycli: 480 cycli verschil per ploeg, exclusief stilstand en overige verliezen.
Daarom moet producthandling vanuit de totale procesflow worden bekeken.
Niet alleen de snelheid van één beweging is relevant. Ook wachttijden, buffers, omstellingen en afhankelijkheden tussen processtappen hebben invloed.
Soms is het efficiënter om handelingen parallel uit te voeren. Terwijl één product wordt bewerkt, kan het volgende product alvast worden aangevoerd en gepositioneerd. In andere situaties kan buffering voorkomen dat een korte verstoring direct de volledige productielijn stil legt.
Door handling vroeg in het machineconcept mee te nemen, kunnen dergelijke afhankelijkheden worden aangepakt voordat de volledige installatie is ontwikkeld.
Waarom is vroeg testen belangrijk bij complexe producthandling?
Niet alle handlingvraagstukken zijn vooraf volledig te voorspellen.
Vooral bij nieuwe producten, bijzondere materialen of hoge nauwkeurigheidseisen kunnen technische onzekerheden ontstaan. Een theoretisch geschikte grijpmethode blijkt in de praktijk onvoldoende betrouwbaar. Een product reageert anders op versnellingen dan verwacht.
Of vision blijkt gevoelig voor reflecties of kleine productvariaties.
In zulke situaties kan het verstandig zijn om kritische processtappen eerst afzonderlijk te testen.
Met een proof-of-concept kan worden onderzocht of een onderdeel betrouwbaar kan worden opgepakt, welke grijpergeometrie nodig is en welke positioneringsnauwkeurigheid haalbaar is.
Een kritische pick-and-placebeweging kan bijvoorbeeld eerst 500 keer achter elkaar worden uitgevoerd om te onderzoeken hoe stabiel het concept functioneert.
Daarmee wordt niet direct de volledige machine gebouwd.
Eerst worden de grootste technische risico’s onderzocht. Op basis daarvan kan het definitieve machineconcept verder worden ontwikkeld.
Zeker bij complexe maatwerk-automatisering verkleint dit de kans dat fundamentele problemen pas tijdens de bouw of ingebruikname zichtbaar worden.
Hoe bepaal je of maatwerk producthandling nodig is?
De keuze tussen standaardtechniek en maatwerk begint uiteindelijk niet bij een transportband, grijper of robot, maar bij het productieproces.
Belangrijke vragen zijn:
- Welke producten en productvarianten moeten worden verwerkt?
- Hoe worden de producten aangevoerd?
- Welke positie en oriëntatie zijn nodig?
- Hoe kwetsbaar zijn de producten?
- Welke cyclustijd moet worden gehaald?
- Hoe vaak moet worden omgesteld?
- Welke processtap volgt direct na de handling?
- Welke toekomstige veranderingen in volume of productmix worden verwacht?
- Weegt de verwachte meerwaarde van maatwerk op tegen de extra investering, ontwikkeltijd en technische complexiteit?
Wanneer deze eisen met bewezen standaardtechniek kunnen worden ingevuld, is maatwerk niet noodzakelijk.
Maar zodra verschillende eisen elkaar beginnen te beïnvloeden, wordt een integrale aanpak belangrijker. Zoals wanneer een korte cyclustijd gecombineerd moet worden met positionering op tienden van millimeters en meerdere productvarianten binnen dezelfde productielijn.
Dan ontstaat de toegevoegde waarde van maatwerk machinebouw: niet door techniek opnieuw uit te vinden die al bestaat, maar door een oplossing te ontwikkelen rondom het specifieke productieproces.
Waarom is maatwerk niet altijd de beste keuze?
Hoewel maatwerk veel mogelijkheden biedt, is het niet automatisch de beste keuze voor iedere producthandling-toepassing. Een maatwerkoplossing vraagt doorgaans meer engineering, ontwikkeling en validatie dan een bestaande of gestandaardiseerde oplossing. Dat vertaalt zich vaak in een hogere initiële investering en een langere doorlooptijd.
De extra investering in maatwerk moet daarom worden afgewogen tegen de waarde die het binnen het productieproces oplevert. Denk aan hogere capaciteit, minder handmatige handelingen, kortere omsteltijden, een hogere reproduceerbaarheid of het mogelijk maken van een proces dat met standaardtechniek niet betrouwbaar te automatiseren is.
Ook technisch brengt maatwerk aandachtspunten met zich mee. Wanneer een oplossing specifiek voor één toepassing wordt ontwikkeld, zijn niet alle onderdelen van het concept vooraf in de praktijk bewezen. Zeker bij complexe of innovatieve handlingvraagstukken kan daarom een uitgebreider traject van testen, valideren en optimaliseren nodig zijn om de gewenste betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid te bereiken.
Daarnaast kan een sterk klantspecifieke oplossing gevolgen hebben voor onderhoud, reservedelen en toekomstige aanpassingen. Hoe meer unieke onderdelen en technieken een systeem bevat, hoe belangrijker het wordt om ook de beschikbaarheid en onderhoudbaarheid op lange termijn mee te nemen in het ontwerp.
Maatwerk moet daarom geen doel op zich zijn.
Wanneer bestaande technieken, componenten of gestandaardiseerde modules goed aansluiten op het productieproces, kan het juist verstandig zijn om daarvan gebruik te maken. Maatwerk voegt vooral waarde toe op de punten waar standaardoplossingen beperkingen opleveren, bijvoorbeeld op het gebied van productvariatie, nauwkeurigheid, capaciteit, integratie of schaalbaarheid.
De beste producthandling-oplossing is daarmee niet per definitie volledig standaard óf volledig op maat. Het gaat om de juiste balans:
Standaardiseren waar dat kan en gericht maatwerk toepassen waar dat aantoonbaar meerwaarde biedt voor het productieproces.
Hoe ontwikkel je producthandling die past bij je productieproces?
Goede producthandling begint daarom met inzicht in het product en het proces.
Wat moet er met het product gebeuren? Welke nauwkeurigheid is noodzakelijk? Waar ontstaat variatie? Welke cyclustijd is gewenst? En hoe moet de handling samenwerken met assemblage, bewerking, inspectie en andere processtappen?
Vanuit die vragen kan worden bepaald welke onderdelen met bestaande technologie kunnen worden ingevuld en waar maatwerk daadwerkelijk waarde toevoegt.
Bij STT Products ontwikkelen we maatwerk machines en productieoplossingen waarin producthandling onderdeel kan zijn van het totale proces. Van het aanvoeren en positioneren van producten tot de integratie met robotica, vision, assemblage en kwaliteitscontrole.
Daarbij ontwikkelen we maatwerk waar het proces daarom vraagt en gebruiken we bestaande, bewezen techniek waar dat mogelijk is.
Zo ontstaat geen handlingoplossing die alleen producten van A naar B brengt, maar een oplossing die bijdraagt aan een stabiel, efficiënt en reproduceerbaar productieproces.
Loop je tegen beperkingen aan in de handling binnen je productieproces? Neem vrijblijvend contact met ons op om de technische mogelijkheden te bespreken.