Use of a collaborative robot in the feeding process of a hobbing machine : case study Tasowheel Gears Oy

Abstract

Työn tilaaja, Tasowheel Gears Oy, harkitsee yhteistyörobotin hankkimista hammastuskoneelle. On tullut ilmi, että hammastuskoneella tehokkuutta voidaan parantaa lyhentämällä koneen odotusaikaa. Pitkät odotusajat johtuvat siitä, kun makasiiniin pitäisi laittaa työkappaleita työstettäväksi, ja tehtävää suorittava työntekijä työskentelee toisella työpisteellä. Tasowheel haluaa selvittää tämän opinnäytetyön kautta, olisiko yhteistyörobotin käyttöönotto hyvä ratkaisu kyseiseen ajankäyttöongelmaan ajankäyttöongelmaan hammastuskoneella.

Tämän opinnäytetyön tarkoitus oli analysoida yhteityörobotin soveltumista ratkaisuksi ajankäyttöongelmaan siirtämällä työkierron hoitamisen koneenkäyttäjältä yhteistyörobotille. Tavoitteena oli myös parantaa loppukappaleiden laatua vähentämällä pintavirheitä ja väärien mittojen syntymistä. Teollisuuden ja yhteistyörobotin materiaalit, kuten standardit ja markkinatutkimukset, olivat hyvä perusta tuotannon prosessia käsittelevään teoriaosuuteen. Tutkimusongelmana opinnäytetyössä oli se, että tutkimusta voitiin tehdä vain teorian pohjalta, koska käytössä ei ollut yhteistyörobottia, jolla olisi voinut suorittaa testejä.

Saatujen tuloksien perusteella yhteistyörobotin käyttöönotto onnistuu. Yhdeksän eri tuotteen työkierron analyysin avulla selvitettiin, että yhteistyörobotti pystyy hoitamaan makasiinin panostusprosessia, sekä työpisteen muita sivutehtäviä, kuten työkappaleen puhdistamista lastuista ja kappaleiden asettamista valutuskaukalolle. Tuli myös esille, että muutoksia on tehtävä sekä työpisteessä että työkierrossa. Analyysissä käytettiin yhtä yhteistyörobottimallia, joka tuloksien perusteella soveltuu kahdeksan tuotteen siirtelyyn. Yhden tuotteen siirtelyyn kyseinen robottimalli ei sovellu.

Tämän opinnäytetyön jälkeen Tasowheel voi jatkaa yhteistyörobotin hankkimisprosessia markkina-analyysillä selvittäen, minkälainen yhteistyörobottimalli sopii parhaiten. Tutkimustulosten lisäksi tuli esille pari kehittämiskohtaa liittyen yhteistyörobotin käyttöönottoon työpisteellä. Esimerkiksi tuotteen asettamistyyli palettiin vaihtelee, mikä vaikeuttaa yhteistyörobotin toimintaa.

This thesis was assigned by Tasowheel Gears Oy, that considers investing in a collaborative robot. The feeding process at the hobbing workstation is handled by an operator. Usually, the operator has two machines he must attend to at the same time. Therefore, there are many moments when parts must be fed into the hobbing machine chain conveyor, but the operator is not there to do this task. These waiting moments Tasowheel wants to cast aside.

The purpose of this thesis was to analyse and determine whether a collaborative robot deployment at a hobbing machine is the best solution to have a more efficient workstation by eliminating those waiting times. With a diverse list of nine parts being manufactured by the hobbing machine, this thesis investigated how easy or difficult it is to put such a change into practice, how the workflow unfolds when only a robotic arm handles the feeding process, and what risks and benefits there are.

There is a broad collection of cobot-related literature, and it is growing each day, but cobot’s predecessor – the industrial robot – remains the base when this analysis was conducted. The similarities between these two types of robotic arm were compared and harvested in this paper. The ISO standards regarding robots and robotic devices helped in understanding what is required when shifting from a human workforce to a robotized one. All this data was used, together with information provided by the workstation responsible.

The results are conclusive: cobot deployment at a hobbing machine is a solution that can prevent time-wasting. It can replace the machine’s operator and can handle the whole process independently, with few risks. For one product only, the deployment, as it was defined in this thesis, cannot happen. Nevertheless, there are elements that slow down the reaping of the benefits brought by this change, and a detailed discussion on them is provided here as well.

Next, a market study must be carried out to assess which cobot model would be the best choice. Addressing the issues that have emerged regarding insufficient payload, the gripper model and related risks will help in finding the most suitable cobot type. Furthermore, some improvement ideas are elaborated for the arrangements of parts in pallets.