Strategie di automazione per i produttori ad alto mix e a basso volume

Se lavori nel settore della produzione ad alto mix e a basso volume (HMLV), è probabile che tu abbia familiarità con la sensazione di essere emarginato dalla rivoluzione dell’automazione. È comprensibile guardare alle aziende del settore automotive o dei componenti elettronici di largo consumo con i loro cicli di produzione altamente standardizzati e pensare: “Certo, l’automazione funziona benissimo per loro, ma la mia attività cambia ogni giorno”.

Comprendiamo la sfida. Quando il lotto di produzione tipico è di appena 50 o 100 unità prima di passare a qualcosa di completamente diverso, gli approcci tradizionali all’automazione sembrano spesso poco pratici. I conti semplicemente non tornano se si considerano i tempi di programmazione, la complessità delle sostituzioni e le competenze specialistiche richieste.

Tuttavia, il panorama è cambiato. Il settore dell’automazione sta subendo una notevole trasformazione. Le nuove tecnologie e gli approcci che semplificano l’implementazione e il funzionamento rendono l’automazione non solo fattibile ma anche realmente vantaggiosa per i produttori HMLV. Esaminiamo come è possibile applicare queste strategie alla tua attività.

La produzione a basso volume e ad alto mix presenta una serie di sfide specifiche:

• Cambiamenti frequenti che incidono sul tempo di produzione
• Requisiti complessi di gestione dei pezzi per diversi prodotti
• Difficoltà a giustificare i costi dell’automazione per i piccoli lotti
• Conoscenze specialistiche dell’operatore difficili da replicare
• Spazio limitato in reparto, che deve ospitare più processi 

Queste sfide si manifestano in modo diverso in tutti i settori. Nella produzione di dispositivi medici, le aziende possono produrre decine di strumenti chirurgici diversi in piccoli lotti, ognuno dei quali richiede un preciso controllo qualità. I produttori del settore aerospaziale gestiscono componenti complessi, in cui ogni pezzo può avere centinaia di punti di ispezione ma essere prodotto in quantità inferiori a 100 unità all’anno. Le attività del settore automotive di lusso devono mantenere la qualità artigianale e al contempo incorporare sempre più opzioni di personalizzazione. I produttori a contratto di componenti elettronici di largo consumo hanno a che fare con cicli di prodotto sempre più brevi con numerose varianti del modello.

Questi scenari diversificati hanno tradizionalmente reso le attività HMLV fortemente dipendenti da manodopera specializzata per adattarsi rapidamente a diversi prodotti e processi. Ma a causa della carenza di manodopera, dell’aumento dei costi e della domanda sulla qualità, questo modello diventa sempre più meno sostenibile.

Fortunatamente, le soluzioni di automazione avanzate sono ora abbastanza flessibili da adattarsi alle tue realtà produttive, piuttosto che costringerti ad adattarti. 

Oggi i produttori HMLV di maggior successo stanno adottando un approccio diverso all’automazione rispetto alle loro controparti che producono grandi volumi. Invece di concentrarsi sulla massimizzazione della velocità di un singolo processo, danno priorità alla flessibilità, ai cambi rapidi e ai sistemi in grado di apprendere e adattarsi. 

Il cuore dell’automazione flessibile è la capacità di riconoscere e adattarsi a parti diverse senza lunghe riprogrammazioni. È qui che i sistemi di visione avanzati stanno trasformando le possibilità nella produzione HMLV.

I moderni sistemi di visione possono apprendere rapidamente a riconoscere nuove parti e guidare di conseguenza i robot o i processi di ispezione. Piuttosto che passare ore a programmare coordinate e parametri esatti per ogni nuovo prodotto, questi sistemi possono identificare le parti in base alle loro caratteristiche chiave e adattarsi al volo.

Considera queste applicazioni specifiche del settore:

• Dispositivi medici: un produttore di impianti ortopedici utilizza sistemi di visione per ispezionare minuscole variazioni superficiali in decine di diverse dimensioni e configurazioni di impianti. Il sistema regola automaticamente i parametri di ispezione per ogni variante, mantenendo standard di qualità costanti e adattandosi all’elevato mix di prodotti.
• Settore aerospaziale: un fornitore di componenti di precisione per aeromobili commerciali impiega la robotica guidata dalla visione per gestire le geometrie complesse di diverse parti della turbina. Il sistema di visione identifica le parti specifiche e dirige il sistema di movimentazione robotica per regolarne di conseguenza la presa e il posizionamento, consentendo un’automazione flessibile nonostante i bassi volumi di produzione.
• Settore automotive di lusso: un produttore di veicoli di fascia alta utilizza sistemi di visione per verificare il corretto posizionamento di decine di diverse opzioni di allestimento interno. Il sistema riconosce la configurazione specifica che si sta assemblando e verifica che siano stati installati i componenti corretti, consentendo di garantire la qualità in innumerevoli combinazioni.
• Componenti elettronici di largo consumo: un produttore a contratto che implementa una linea di produzione per dispositivi domestici intelligenti utilizza una guida visiva per gestire frequenti cambi di prodotto. Il sistema identifica la variante del modello in arrivo sulla linea e regola automaticamente i parametri di assemblaggio, consentendo a una singola linea di produzione di gestire più versioni del prodotto con tempi di fermo minimi.

La tecnologia di visione Cognex è particolarmente preziosa in questi ambienti perché combina potenti capacità di riconoscimento degli schemi con interfacce facili da usare che non richiedono una programmazione o un’esperienza approfondita per funzionare. Ciò significa che il tuo team può addestrare il sistema su nuovi prodotti in modo rapido, riducendo drasticamente i tempi di sostituzione. 

Un’altra tecnologia chiave per gli ambienti HMLV è il robot collaborativo (cobot). A differenza dei robot industriali tradizionali, che richiedono ampie protezioni di sicurezza e celle di lavoro dedicate, i cobot sono progettati per lavorare in sicurezza accanto agli operatori umani.

Questo approccio collaborativo offre diversi vantaggi ai produttori HMLV:

• Implementazione flessibile: i cobot possono essere spostati tra le diverse postazioni di lavoro secondo necessità, consentendo di adoperare l’automazione dove offre il massimo valore giorno per giorno.
• Programmazione semplificata: la maggior parte dei cobot dispone di interfacce di programmazione intuitive che consentono agli operatori di insegnare loro nuove attività grazie alla dimostrazione.
• Automazione incrementale: è possibile automatizzare la parte di un’attività ripetitiva o ergonomicamente impegnativa e utilizzare la capacità umana per gli aspetti più complessi. 

Se combinati con i sistemi di visione, i cobot diventano ancora più potenti. Il sistema di visione può gestire ciò che è variabile di “dove si trovano le parti?”, mentre il cobot gestisce l’azione coerente di “cosa farne”. 

Per le attività HMLV, il tempo di cambio degli utensili può essere un ostacolo importante per una produzione efficiente. I produttori intelligenti stanno implementando sistemi di cambio rapido che consentono una riconfigurazione rapida:

• Sistemi di serraggio magnetico che possono essere riconfigurati in pochi minuti
• Dime e attrezzature realizzate in 3D, progettate per lotti di piccole dimensioni
• Sistemi guidati dalla visione in grado di individuare e adattarsi alle variazioni dei componenti senza modifiche fisiche agli utensili

Questi approcci riducono al minimo gli aspetti fisici dei cambi di produzione, consentendo transizioni più rapide tra i cicli di produzione. 

In che modo i produttori possono implementare efficacemente queste tecnologie in un ambiente HMLV senza interrompere l’attività in corso? Considera questo approccio pragmatico:

inizia con i tuoi colli di bottiglia
Individua le aree in cui stai perdendo più tempo produttivo. L’ispezione della qualità è spesso ideale per gli ambienti HMLV: i sistemi di visione possono verificare costantemente prodotti molto diversi con una programmazione minima, offrendo un ROI immediato grazie all’individuazione precoce dei problemi.

Concentrati sulle famiglie di componenti
La maggior parte dei produttori ha “famiglie” di componenti simili con caratteristiche comuni. Nei dispositivi medici, queste parti potrebbero essere cateteri che differiscono per dimensioni ma condividono le caratteristiche. Per il settore aerospaziale, considera componenti con geometrie diverse ma con punti di montaggio simili. L’automazione guidata dalla visione per le famiglie di componenti offre vantaggi in scala anche in scenari con alto mix.

Adotta miglioramenti incrementali
Non cercare di automatizzare tutto in una sola volta. Inizia con un singolo processo, testa il concetto e poi espandilo. Ciò aumenta la fiducia del team, offrendo al contempo vantaggi tangibili immediati.

Investi in infrastrutture flessibili
Mentre implementi l’automazione, pensa alla creazione di un’infrastruttura flessibile che possa evolversi in base alle tue esigenze. Ciò potrebbe includere:

• Rete di impianti che consente a macchine e sistemi di condividere dati
• Piattaforme di controllo comuni che facilitano la connessione di diversi sistemi
• Workstation modulari che possono essere riconfigurate secondo necessità
• Sistemi di visione con la potenza di elaborazione in grado di gestire diverse applicazioni

Il ritorno su questo investimento diventa particolarmente evidente nelle applicazioni di controllo qualità. Ad esempio, i produttori di dispositivi medici possono sfruttare una piattaforma di visione comune per gestire l’ispezione su tutte le linee di prodotti, dai cateteri semplici ai dispositivi impiantabili complessi. Le aziende del settore aerospaziale possono utilizzare la stessa infrastruttura di visione per convalidare sia i materiali in entrata che gli assemblaggi finali.  I produttori di componenti elettronici di largo consumo possono utilizzare la tecnologia di visione per garantire la coerenza tra più generazioni di prodotti.

Cognex offre sistemi di visione che supportano questo approccio fornendo soluzioni scalabili che possono iniziare con un’applicazione semplice ed espandersi per soddisfare esigenze più complesse nel tempo.

Non trascurare la raccolta e l’analisi dei dati
Un vantaggio spesso trascurato dell’automazione negli ambienti HMLV è il miglioramento della raccolta dei dati. Anche se un processo non è completamente automatizzato, l’aggiunta di sensori e sistemi di visione può offrire preziose informazioni sull’attività.

Questi dati aiutano a individuare ulteriori opportunità di ottimizzazione e possono orientare i tuoi futuri investimenti nell’automazione. Qui i sistemi di visione sono particolarmente potenti, in quanto possono raccogliere dati basati su immagini che possono rivelare informazioni sulla qualità delle parti, sulla coerenza dei processi e sull’efficienza della produzione in tutto il diverso mix di prodotti.

Sei pronto a entrare in azione? Creare una strategia di automazione efficace per la produzione ad alto mix e basso volume non deve essere un’impresa ardua. Inizia con questo approccio semplice:

1. Valutazione rapida: Documenta i punti dolenti e le sfide qualitative più importanti del passaggio al nuovo sistema
2. Targeting intelligente: scegli un’area in cui l’automazione flessibile offra il massimo beneficio con interruzioni minime
3. Progetto pilota contenuto: implementa un progetto mirato che dimostri il concetto e crei fiducia nel team
4. Misura i risultati: tieni traccia sia dei vantaggi evidenti (come la produttività) che delle vittorie nascoste (come la coerenza)
5. Sfrutta il successo: alla prossima opportunità applica ciò che hai imparato

I produttori di dispositivi medici di solito iniziano a implementare l’automazione con l’ispezione finale prima di espandersi a monte. Le aziende del settore aerospaziale spesso iniziano con l’identificazione dei componenti prima di affrontare la verifica del montaggio. Le aziende automobilistiche di lusso di solito sperimentano per prime l’automazione dei sub-assemblaggi. I produttori di componenti elettronici di largo consumo spesso iniziano con l’ispezione automatizzata delle schede.

Ricorda, l’obiettivo non è sostituire le persone, ma ottimizzare il loro contributo. Nelle attività HMLV di successo, l’automazione gestisce compiti ripetitivi e di precisione, mentre l’uomo gestisce le eccezioni, prende decisioni cruciali e promuove il miglioramento continuo.

Con i sistemi di visione che forniscono l’intelligenza e l’adattabilità richieste da questi ambienti, anche le attività produttive più disparate possono raggiungere flessibilità ed efficienza. La rivoluzione dell’automazione non è più solo per i produttori di grandi volumi, ma è già pronta per le tue attività ad alto mix e basso volume.