为您的产品设计您的产品,为自动化设计

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所属分类:工业4.0

忘记调皮或不错 消费者想要他们想要的,当他们想要的时候。制造商必须以市场承受的价格交付。随着世界制造商将新产品推向市场,力求降低成本,同时提高生产效率,自动化机器人技术是今年许多愿望清单。中国曾经是低成本劳动的祖国,现在正在领导机器人比赛。

自动化和机器人技术只有在全球劳动力成本上升的同时才会激增,大规模定制成为常态。像传统劳动密集型鞋类和服装行业这样的行业正在采用更多的机器人自动化改变产品设计,有利于自动化生产的无缝粘合面料。机器人在你的运动鞋?耐克这样做,阿迪达斯明年会这样做。

设计工程师知道,85%的产品成本是在设计阶段确定的。因此,您开始关注自动化制造过程及其对设计的影响越早越好。当您提前做出明智的设计决策时,您可以降低成本,提高效率,提高质量并加快上市速度。但你不能单独做到这一点。在比赛中您需要值得信赖的自动化合作伙伴。

Jabil电路公司价值工程高级总监Mike Answeeney说:“有精湛的设计师 - ID(工业设计),人体工程学,机械工程师,电气工程师,系统架构师 - 设计出惊人的产品。”但令人惊讶的是看看这些辉煌的工程师中有多少人在批量生产环境中几乎没有可生产性的概念。“

用于声学部件的机器人胶粘剂分配过程在自动化实验室中进行了改进,然后在Jabil蓝天中心内的声学室中进行了合格,有助于加快工艺开发和稳定性。 (感谢Jabil Circuit Inc.)DFX和可生产性
可生产性是在规模经济中轻松制造产品。这通常取决于产品的特性和设计特征,可以通过现有技术进行经济的制造,组装和检测或测试。随着全球竞争的迅速而可靠地达到疯狂的速度,自动化的生产力越来越受到关注。

Jabil总部设在佛罗里达州圣彼得堡,是世界各地最知名品牌的大批量合同制造商。2015年4月,Jabil在硅谷开设了蓝天中心,这是一个创新中心,拥有将来从视觉到原型到全球生产的想法的未来工厂。有一个客户名单看起来像是谁是高科技电子产品,Jabil知道一两件关于如何设计自动化制造产品并将产品推向全球的产品。

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自动化制造产品


Answeeney解释说:“我所运营的组织被称为价值工程,这一切都是关于产品优化的。“我们希望早日参与产品,我们的工作就是帮助这些辉煌的设计工程师在制造环境中做出可行性的决定。”

Jabil一直是自动组装设计或DFAA的热切倡导者。零件设计考虑,如最小化组装所需的机器人移动数量,以降低复杂性和成本; 增加自调心卡扣功能,以最大限度地减少对螺钉或其他紧固件的需求; 并且包括用于防止自动分配粘合剂流失的凹槽或通道仅仅是Jabil工程师在关于自动化装配设计的有关文章中共享的一些DFAA示例。

DFX或X的设计,其中X可以等于许多举措中的任何一个,例如组装设计,成本,测试,修理或物流,是设计产品以获得最佳结果的主动方法。自动化制造的设计将人的因素排除在等离子体之外,并挑战产品设计师和自动化工程师共同努力,研究产品设计如何适应自动化过程,很少或根本没有人为干预,从固定自动化到灵活的机器人自动化。

更早更好
这个合作应该在什么时候发生?在CAD设计阶段,还是在鸡尾酒餐巾上仍然涂鸦?自动化专家认为,越早越好。

Answeeney说:“我们希望尽早参与其中。” “在概念阶段,甚至产品的人为因素和身份认证发展阶段,参与并为营销人员和身份证发展人员提供投入是件好事。因为最终,一旦他们开始发展外观和感觉,以及产品如何从人体工程学的角度实际使用,那么将会定义产品本身的很多形状和一些功能。所有这些都是多米诺骨牌的设计。“

Answeeney警告说,如果您正在大量生产,而且您没有早日进行这些对话,Answeeney警告说,可能需要设计更改以降低成本。但是,一旦设计达到生产线,改变产品设计的成本就会很大。

这在医疗器械市场尤其如此。采用自动化设计的早期干预是至关重要的,因为经过监管部门的批准,很难进行更小的设计更改。
Answeeney说:“事实之后,不要进去降低成本,而应尽早参与并避免成本。”

没有一个比硅谷更明显的地方,那里的创业和风险资本主义竞赛已经发烧了。

代表Lab2Fab™(从实验室到全面制造)的L2F是硅谷中罕见的物种。L2F成立于2011年6月,是西海岸唯一的少数工业机器人集成商之一加利福尼亚的RIA认证机器人集成商。Fremont集成商具有电子,食品和饮料,汽车,包装和生物医学行业等制造工艺自动化的经验。

尽管崎岖在山谷快速启动的世界,L2F的共同创始人既是密歇根州凯特林大学的毕业生,他们也获得了本科工程学位。

首席执行官Shawn Lange表示:“我们是中西部地区人们喜欢制造业,并且真的很享受硅谷的创业氛围,”在联合创始人之前,L2F在三菱电机自动化工作了六年。“我们今天做的所有事情都是机器人技术。”

联合创始人和L2F总裁Derek Pietz解释说:“通过将我们的工作文化和敏捷方法纳入项目管理的方式,我们已经能够追求所有这些不同的市场。两人也参加了圣克拉拉大学的硕士课程。

Pietz继续说道:“我们能够快速迭代设计,并快速了解客户的产品,内部流程和制造流程。” “你得到了非常紧密的工程和产品开发专长的联系。我们成功的关键在于硅谷提供的敏捷开发方法。您必须与您的客户合作,从头开发产品。您通过开发过程与客户之间的交互越多,结果越好。“

Pietz将这种敏捷开发方法和L2F的协作环境归功于集成商的成功。

他解释说:“我们有一些客户,一个空的建筑只有三个人,一堆钱,并试图推出他们的产品。“我们必须与他们一起合作,将产品,加工和设备整合在一起。他们可能甚至不知道他们想要什么,所以你真的必须协同工作,从一开始就开发出这个概念。“

信任自动化合作伙伴
兰格说,公司应该尽早​​把它们带入。

他说:“我们现在所做的最好的关系之一就是让客户从他们组建公司30天才能完成。” “早期,我们正在寻找这些公司。现在他们来找我们 只需要在硅谷出现的机器人制造商即将到来。我们是这里唯一的(RIA)认证公司。“

他说,他们的大部分客户最初都不了解机器人工业协会的作用以及严格的集成商认证流程的意义。

“但是,然后我们向他们解释认证过程是什么,以及RIA如何实际看待我们的流程,以及我们如何做事情,我们拥有什么样的人才,以及我们所做的培训以及所有这些。我们喜欢将其解释为我们所做的ISO认证。“

RIA认证的机器人集成商计划支持集成商的最佳实践,并且是关于保护最终用户和供应商。

密歇根州猎户座的RIA认证机器人集成商应用制造技术(AMT)业务发展总监Jordan Merhib说:“人们会打电话给我们来帮助他们脱离果酱。” “这是一个很常见的故事情节。他们通常会花费更多的钱摆脱堵塞。“

这个自动化工程公司喜欢节省你的钱,让他们首先让你摆脱麻烦。AMT专门从事材料处理,机器整理,涂装,分配,组装,包装,码垛和焊接应用。

“我们并不专注于具体市场,”Merhib解释说。“因为我们在底特律已经有一段时间了(26年),我们在车身车间和动力总成部分做了大量的汽车工作。过去八年来,我们对其他行业进行了多元化。包括食品和饮料,医疗器械制造,生命科学和替代能源。

机器人使用带有集成视觉的末端执行器的计算机笔记本电脑和用于处理多种产品尺寸的伺服工具。 (由Applied Manufacturing Technologies,LLC提供)“我们在许多行业和很多应用方面都有经验,所以我们可以客观地看待某人的制造问题,并帮助他们找出正确的解决办法。”Merhib说。“在制造业中,有许多工业类似的工艺。我们能够帮助许多新兴的自动化公司。他们可能会有一个问题,他们认为他们的行业是独一无二的,但我们已经看到了其他行业,所以我们可以帮助他们找出如何自动化。“

他回应了别人说,让自动化合作伙伴早可能在产品设计过程中。

Merhib说:“一旦你考虑如何制造这个产品,就带上我们。” “如果我们早日召开机会,很多时候我们将就如何改变产品提出建议,以帮助自动化。”他列举了一个具体的例子。

“我们有一家公司来找我们,正在设计一种用于水行业的产品,”Merhib解释说。“他们的产品的魔力在软件中,他们将如何将这个软件引入一个可以通过蓝牙设备远程控制的产品。然后,他们必须真正设计和建造一个进入水系统的物理产品。但他们对制造业并不了解。

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自动组装

Merhib解释说:“产品的一部分具有电子元件,其中有电线必须被焊接到其中。“我们看了他们的原型设计,说得很好,很好,但是如果你按照这个顺序进行构建,你需要一个人把它分开来焊接电线,然后把它们放在一起,这是非常不切实际的。我们向他们解释说,他们可以使用快速断开连接,使您可以

顺利构建产品,而不会影响功能。“ Merhib说,模拟在自动化制造的设计中起着至关重要的作用。

Merhib说:“目前我们称之为数字制造的状态,这是真正的模拟工具和3D建模,该软件处于现在状态,在实际生产之前我们可以虚拟生产零件。” “通过这种方式,我们可以在发生问题之前预见许多问题,并建议进行过程或产品设计更改以解决问题。”

他介绍了一个特别的应用,轻轻的调整使得成功实施机器人水刀切割过程的所有差异。

“我们正在和一家太阳能公司合作,帮助他们将产品从原型制造到大批量生产,”Merhib解释说。“这项工作的一部分包括为制造和组装过程的各个部分找到自动化解决方案。当评估机器人水刀切割作为其玻璃部件之一的选择时,我们意识到其指定的设计公差超出了易于使用的机器人水刀解决方案的能力。

“与水刀集成商一起,我们调查了系统准确度的技术选项,但最终在与客户进一步评估和讨论后,我们确定玻璃部件的规定公差不必要。我们展示了松动元件公差对最终产品的性能没有影响,但是它们将允许他们在工厂实施标准的机器人水刀解决方案。这正是他们所做的。

“任何人都可以购买进入集成系统的产品和组件,”Merhib补充说。“很多人说得好,我不需要集成商。我会去买所有这些东西,把它放在一起。但大多数时候,尝试这样做的人没有经验来避免缺乏自动化经验的缺陷。“

上市时间
Pietz说,L2F客户自动化设计的最大优势和技术导向在山谷及其他地区服务的市场正在上市。

“新产品的上市时间,新的创新,新公司,这是至关重要的。早期看自动化,您可以跳过一些开发步骤。您可以证明一些级别的试点开发,让您更有效地迭代您的产品。甚至可能跳过一些您以后不需要的自动化步骤。您可以在初始阶段进行初始化升级,也可能是几年前发布,因为您可以更有效地管理风险和最终用户体验。“

他说,这也是风险投资竞争的关键。

皮埃斯解释说:“什么风险投资家真正想看到的是几个关键的示范。“首先,他们希望看到一个可行的产品的演示,以及随后扩大产品的能力。那就是早期有自动化合作伙伴的地方很重要。我们可能比其他系统集成商有更多的机械能力和产品开发能力。我们能够帮助最初的原则证明步骤,我们可以帮助他人在投资者或客户面前获得一个有形的原型。然后再展示试点生产,以表明他们将能够有效地管理批量生产。这将有助于他们提高A系列资金。

兰奇说:“硅谷沙山路的投资者,VCs在这里,他们没有耐心。“他们想看到事情发生得很快。我们非常善于与客户在技术路线图上进行合作,了解您需要向投资者展示什么。我们将帮助您达到这些里程碑,以便您可以获得下一部分资金。这就是硅谷比世界其他地方更好的工作,让工程师们快速组合起来,创新。“

无论您信任的合作伙伴是自动化解决方案集成商还是合约制造商,自动化设计可让您扩大全球生产力。

采用自主研发的六自由度动态调谐系统的精密光学组装站。 (感谢Jabil Circuit Inc.)有自动化,旅行
设计用于自动化制造的产品为您的制造工厂的安置提供了更多的灵活性。

Jabil的Answeeney说:“如果你正在设计自动化装配,那么它也可以让它放在世界的任何地方。“你没有受到劳动成本的束缚。如果你设计好了,那么你几乎完全自动化了装配过程,你可以把这个过程放在任何地方,无论是在高成本的劳动力地区还是低成本的劳动力地区,因为你真的在谈论资本设备在这一点上的成本,并不会在一个地区变化很大。

Answeeney说:“我们有很多客户将产品从一个CM(合同制造商)转移到另一个的情况。“他们现有的CM可能存在质量问题或产量问题,或者他们不能满足供应和需求,或者甚至是成本问题。也许他们在一级或二级制造商,它可能是一家美国制造商,他们在亚洲或低成本地区没有任何制造能力。他们的数量已经增加到一个意义上去去一个更大的合同CM,然后把它移动到一个较低成本的地区。他们会来到像Jabil这样的人。“

用手或机器更轻松
没有计划自动化?所以你认为在产品设计中不需要考虑自动化?再想一想。设计自动化设计的产品通常最终可以更容易地用手组装。

Jabil的Answeeney说:“我认为自动化设计要比在事实之后尝试自动化更容易。“如果您设计产品旨在自动化组装或自动化部件的部分,通常只是良好的设计实践。即使您最终手工组装,汇编程序在为自动化设计时可以更容易地进行组装,因为您正在谈论镜像部件以及自下而上或自顶向下的组件。这是一个更简单,有序的过程。“

当产品设计用于手工组装时,人类装配器具有触觉反馈的优点。如果零件不合适,它们可能会重新定位零件的位置,甚至扭转和弯曲它们以使它们更容易地卡在一起。

Answeeney说:“当你自动化某些东西时,你没有太多的触觉反馈。“它必须非常重复和一致,公差必须匹配,这些都是良好设计实践的一部分。我认为每个产品都应设计为自动化。最终,最终,无论您是自动化还是手工组装,都会更容易。“

灵活,精确的自动化
消费电子产品越来越小,组装公差越来越严格。当使用手动过程不能使产品达到令人满意的精度,一致性或成本时,灵活的自动化对于生产过程至关重要。

“可穿戴的市场正在爆炸,它是巨大的!每个人都有某种腕带,可以监测身体的六个功能,“Answeeney说。“他们大多数是防溅的或者是防水的。但是,这种液体进入水平存在挑战,试图将流体和液体保持在设备之外。你有很多功能包装在一个非常小的设备,有点灵活。一直穿着的东西,可以被淹没,可以穿在淋浴间。需要组装的东西很容易,大量生产的东西。你如何完成这一切?

自动微分配技术加速了产品中微型光电组件的使用。 (感谢Jabil Circuit Inc.)Answeeney解释说:“你开始使用粘合剂将东西放在一起。” “真正唯一的方法是获得一个一致的产品,在那里你放下一小块胶粘剂的东西是使其自动化。但是,那么可以回到如何设计单元本身,所以当您将产品放在一起时,您没有粘合剂挤出。

“自动化将允许您更准确地分配一定量的粘合剂,而不是手动过程,其中有人坐在那里,注射器可能或可能不会在该区域放置一大堆,并且在该区域很少。”他继续。“如果你自动化,你有一个非常明确的路线放下粘合剂和一个非常明确的数额分配。然后,实际的装配过程可以自动化,因此您对产品的不同领域施加一致的压力,将其组合在一起。然后,您可以拥有视觉系统,以确保您在装配过程中没有任何化妆品问题或缺陷。“

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自动化装配


关键注意事项 - 抓握
L2F的Pietz表示,他们的大部分机器人应用都在材料处理或组装中,通常是小零件组装。通过材料处理,零件可能会更大,在700公斤范围内。他在设计产品进行自动化处理时详细阐述了几个重要的考虑因素。

他说:“我们通常设计完整的手臂末端工具和喂养系统,并将零件展示给机器人。” “确保有一些地方可以选择一些事情,一些安全的处理区域是非常重要的。如果这部分是微妙的,可能很难找到某个地方抓住它或者用吸盘拿起它。有时,有一个额外的法兰或至少一个安全抓地力的区域是有帮助的。如果有一个化妆品表面,我们不应该触摸,他们需要确保为机器人提供一个非化妆品表面进行接触。“

”了解有多少不同的产品需要运行在同一件件上也是非常重要的的自动化,并以智能的方式将这些产品集中起来,这样您就不会在过程中增加太多的复杂性,“他补充说。

他还说,重要的是包含允许组件对齐的功能。这些可以包括引线,引导针,锥形或倒角。

“如果你想将轴推入一个孔,如果轴的第一部分更小的直径将更容易地装入孔,那么你可以将其直接推入开口。包含在将程序集合在一起后检查程序集有用的东西也非常重要,以便您知道您正在生产好的程序集。这可能是可以用机器视觉识别的标签,法兰或标记。“

Pietz补充说,仔细使用对称性设计零件是一种很好的策略。

皮埃斯解释说:“如果零件可以是无限对称的,那么在我们获得零件之后,它们的方位将不重要,这很好,因为它可以使夹持更容易。“或者如果部件明显不对称,那么我们也可以利用这一点来保持系统的简单,并且使用对准,抓取功能,识别和识别来利用不对称。”

获取它在你的视线中
作为相机和支持的成本软件不断下降,机器视觉越来越成为自动化制造过程的重要组成部分。

“我们非常喜欢视觉或非接触传感器,”L2F的Lange说。“很多机器人制造商今天都有很好的包装机器人。视觉的关键是消除零件的反射性,如果可以的话。每个人都喜欢使事情变得美好闪闪,但是,鉴于细节的部分原因,因为它们得到反思并且会使事情变得模糊,所以这些视觉真的很难。你可以玩照明,做各种各样的事情,但是视觉开发成本开始变高的时候。当您需要开始偏离每台机器人附带的标准检测相机时,您将会增加成本。“

为了快速掌握最新的机器视觉功能,请查看最新传感器提供超过高速率 - 分辨率。

Jabil的Answeeney提供了一个使用机器视觉自动化的手动检查过程的示例。

“我们正在亚洲建立一个产品,这是一种在前端用户界面面板上有一束LED的机架式系统,”他解释说。“它涉及手动检查,所以有一个实际的人正在寻找对准,亮度或强度,以及LED的颜色一致性。如果您有两个相邻的红色LED,则您希望红色相同。您可以在批量的LED中获得类似的变体。

Answeeney说:“通过手动过程,您正在谈论主观性,指出人类进行检查时总是会有更高的”失败逃逸“风险。所以在与客户讨论并进行测试以显示影响后,Jabil开始自动化视觉检查过程。

“我们有一台摄像头,让我们看看LED的对准,”他说。“它允许我们看到颜色的一致性,亮度,以及它们是否实际安装和运行。它消除了在生产线上对在线检验员的需求。它允许更大,更快的检查过程和更一致的检查过程。我们的收益率上升,我们的(产品)回报下降。这让我们的客户非常开心。

Answeeney补充说:“客户总是希望降低成本,这就是我们一直在寻找的东西,看看我们是否能够在制造部件中自动化流程。“有时前期成本较高,但在产品的使用寿命内,自动化会降低成本。它减少了手工劳动者的员工数量,产品的身体接触,总是带来风险。越来越多的

手机组装越好越好。“ Answeeney说,装配线上的人可以提供反馈,但它是主观的。

他解释说:“两名检查人员可能会看到同样的失败,但是将其分类不同。“所以使得与视觉系统和传感器,并把所有的进入是一致的,并能够进行远程访问和运行数据分析数据库,为工厂未来的重要部分的电子自动化的过程。”

连接,物联网和数据 - 未来现在,
L2F的CEO表示,未来的工厂就在这里。机器对机(M2M)通信,物联网(IoT),云计算及其所有数据在工厂车间迅速增长,甚至比1月份的“ 机器人2015”版本预测的要快,超越:协作,连通性,融合。

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连接,物联网和数据


多机器人汽车零部件组装电池。 (由L2F Inc.提供)兰格说:“我们是任何可以生成,捕获和趋势数据的大信徒 - 这样做。“如果拒绝发生的话可以拒绝一些,那好多了。在整个事情完全组装之后,进行大量的检查。但是今天利用技术和自动化,他们可以收集的数据,可以看到事情发生在实时。你可以说不要把它放在其中,不要浪费那些零件。没有错误向前,这在汽车制造业很大。我们不要让错误继续前进。修正它在那里或将其从系统中解脱出来。“

“物联网和工业物联网(IIoT)在这里,”兰格说。“尽可能多的数据。看看电流,看看电压和电机。来自机器的数据可以真正改善您的制造过程。我们已经拥有我们自己的MES连接产品,您可以从我们现货中购买。该系统几乎可以连接到任何PLC,我们可以深入到地板上的工具,并提取信息以帮助提高生产,产量和吞吐量。这是非常强大的。“

”我们在大多数机器上都包含能源监测,以便人们可以减少能源消耗,这对客户来说是巨大的。数据和IIoT已经成熟的创新。我们将其从系统中设计到我们的系统中。“

兰格说:“如果没有数据,你不能持续改进。” “我认为这就是为什么很多人不能弄清楚物联网及其在制造方面的运作原因,因为您实际上必须首先实施数据收集,并在数据获取之前查看数据。”

兰格引用食品和饮料行业的应用示例从未被自动化。

“整个项目参数是减少体力劳动。这是一个非常密集的操作,人们无法处理超过10或15分钟。因此,我们开发了一系列机器人的自动化解决方案,从五人到二人的运作。这给了他们两年或更短的投资回报率。“

但他说真正的优势是相当意想不到的。

“在部署我们的系统后,我们有了质量检查的愿景,我们开始拒绝一大堆产品。当我们做出所有这些修正后,在我们完成工作的时候,我们创造了最高的一天的总生产率。“

他说这是客户50多年的历史上最高的。

“我们根本就没打。我们砸了!他们现在平均每天都能获得25%的产品。当大部分食品和饮料行业的理论值达到理想的80%时,他们都达到理论最大值的90%左右。“

兰格表示,您开始投入传感器和软件之前,您不会意识到有多少空间可以改进,并检查数据。

探索产品设计初期自动化的可能性(和挑战),吸引自动化专家从注意事项,注意可以大大影响周期时间,质量和成本的细节,都很好2016年及以后的制造策略。

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