Selvitys ruuvauksen automatisoinnista kaiutinkokoonpanossa yhteistyörobotilla

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena oli tehdä selvitys yhteistyörobotiikan hyödyntämisestä ruuvaustyövaiheen automatisoinnissa kaiutinkokoonpanossa. Työ tehtiin yritykseen, joka on kasvanut merkittävästi viime vuosina ja tuotannolla on ollut haasteita vastata kasvaneeseen kysyntään. Vahvasti osana yrityksen strategiaa on säilyttää tuotanto Suomessa yrityksen kotiseudulla, joten tuotannon kehittäminen on sille ehdoton edellytys. Selvityksen tavoitteena oli myös oppia ymmärtämään tuotantoa ja sen vaatimuksia paremmin, kerätä tietoa yhteistyörobotiikan käyttämisestä automatisoinnissa sekä laatia takaisinmaksuanalyysi investointikokonaisuudelle.

Työ toteutettiin monimenetelmäisenä tutkimuksena, jossa hyödynnettiin laadullisia tutkimusmenetelmiä kehittämistutkimuksellisella otteella. Työn alussa määritettiin kolme tutkimuskysymystä, joihin haettiin vastauksia hakemalla tietoa yhteistyörobotiikasta ja ruuvausautomaatiosta, kartoittamalla markkinoilla olevaa tarjontaa sekä toteuttamalla pilot-kokeilu, jossa ruuvausta testattiin yhteistyörobotilla yrityksen tuotannossa. Laadullisia aineistonkeruumenetelmiä käytettiin käymällä läpi dokumentteja kartoitus- ja tiedonhakuvaiheissa sekä havainnoimalla tuotannon nykytilaa ja pilot-kokeilua. Kehittämistutkimuksellinen ote yhdistyi työhön pilot-kokeilussa käytännön testaamisen ja sen arvioinnin kautta.

Tutkimuksen tuloksista kävi ilmi, että yhteistyörobotiikka soveltuu ruuvaustyövaiheen automatisointiin ja takaisinmaksuanalyysin pohjalta investointi on kannattava. Markkinoilla on tarjolla useita valmiita ja räätälöitäviä ruuvaukseen soveltuvia yhteistyörobotteja ja ruuvaustyökaluja. Laitekartoituksessa arvioitiin tärkeimmät ominaisuudet, jotka yhteistyörobotilla ja ruuvaustyökalulla tulee olla parhaan lopputuloksen aikaansaamiseksi. Pilot-kokeilussa havaittiin, että ruuvaus onnistuu yhteistyörobotilla ja parhaan lopputuloksen löytämiseksi nostettiin esiin kehityskohteita.

Johtopäätöksenä voidaan sanoa, että ruuvaustyövaiheen automatisointi onnistuu yhteistyörobotilla, mutta kustannustehokkaimman kombinaation löytämiseksi yhteistyörobotin ja ruuvaustyökalun osalta tarvitaan vielä jatkotutkimuksia. Pilot-kokeilussa testattiin vain yleisesti yhteistyörobotin soveltuvuutta ruuvaukseen, eikä testiolosuhteita pyritty optimoimaan kaikilta osin, joten seuraavaksi tulee tehdä jatkotutkimuksia parhaiden laitevalintojen ja tuotantoympäristön optimoinnin osalta. Lisäksi työntekijöiden mukaan ottamista ruuvausautomaation suunnitteluun suositellaan implementoinnin jouhevoittamiseksi.

The goal of the thesis was to conduct a feasibility study on utilizing collaborative robotics in automating screw driving application in loudspeaker assembly line. Thesis was commissioned by a company which has grown exponentially during the past few years, struggling to meet the increased demand. A significant part of the company’s strategy is to maintain production in Finland and to achieve this the development of production is highly important. The tasks of the thesis were to learn to understand the production and its requirements better, gather information about utilizing collaborative robotics in automation projects and make a payback analysis for the investment.

The research was conducted using qualitative research methods with a design research approach. The research was based on three research questions. Answers to these questions were sought by gathering information about collaborative robotics and automated screw driving, surveying the supply on the market and by conducting a feasibility study in the production where screw driving was tested with a collaborative robot. The research material was collected by reviewing documents during survey and collecting information and by observing the current production process and the tests in feasibility study. The design research approach was used in the practical testing and evaluation of the feasibility study.

The results of the research show that automating a screw driving application using collaborative robotics can be carried out successfully and according to the payback analysis the investment is profitable. There are several ready-made and customizable collaborative robots and tools suitable for screw driving on the market. Part of the survey was to evaluate the most important features of collaborative robots and screw driving tools to achieve the best results in the application. The results of the feasibility study showed that automating a screw driving application using a collaborative robot is possible and targets of development were brought up in order to find the best solution.

In conclusion the report states that automating the screw driving application is possible to conduct using a collaborative robot but further studies should be made in order to find the best combination of collaborative robot and screw driving tool to use in this production environment cost-effectively. The test conditions of the feasibility study were not optimized to meet all the requirements needed in the production so further studies considering selecting the best devices and optimizing the production environment should be conducted. Also including production operators in the planning of the screw driving automation is recommended to achieve fluent implementation.