liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
On emerging manufacturing technology as enablers of Lean
Linköping University, Department of Management and Engineering, Manufacturing Engineering. Linköping University, The Institute of Technology.
Linköping University, Department of Management and Engineering, Manufacturing Engineering. Linköping University, The Institute of Technology.ORCID iD: 0000-0003-1646-5817
(English)Manuscript (preprint) (Other academic)
Abstract [en]

Purpose - This paper discusses the impact of emerging automation technologies on the reduction of waste/muda in Lean manufacturing. Two industrial cases are used to highlight the increasing complexity of investment decisions and technology management.

Design/methodology/approach - The 7 wastes are mapped along with their drivers in an automated manufacturing cell. Using two industrial cases; non-contact robotized scanning of car structures and force control de-burring, as illustrative examples their impact on drivers and waste reduction is established.

Findings - Emerging technology has a high potential for reducing waste, not only on a cell level but also up-, and downstream the actual manufacturing process, for example on programming efforts. However, this increases the complexity of how technology impacts waste, and to what extent and scope.

Research limitations/implications - New models for planning of manufacturing cells have to be researched that consider the possible impact of technology solutions to a wide aspect of the manufacturing organization.

Practical implications - The identified drivers of waste in automation along with the presented waste reducers can be used by industry practitioners as a tool to evaluate and design manufacturing cells.

Originality/value - This paper links new automation technologies with the waste concept and discusses the issues of increasing complexity in manufacturing, which is valuable for researchers and practitioners in technology management. It also lists drivers and summarizes possible technical solutions for waste reduction.

National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-88176OAI: oai:DiVA.org:liu-88176DiVA: diva2:601922
Available from: 2013-01-30 Created: 2013-01-30 Last updated: 2016-09-26Bibliographically approved
In thesis
1. On Manufacturing Technology as an Enabler of Flexibility: Affordable Reconfigurable Tooling and Force-Controlled Robotics
Open this publication in new window or tab >>On Manufacturing Technology as an Enabler of Flexibility: Affordable Reconfigurable Tooling and Force-Controlled Robotics
2013 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

In order to survive in today’s global market many manufacturing companies seek flexibility to reduce product lead times and meet changing market demands. Manufacturing equipment forms the base of the production system and manufacturing technology with the capability to adapt to any changes in prerequisites is thus a key enabler of flexibility. Industrial robots and fixtures are common in all types of manufacturing. Robots are versatile re-programmable units capable of performing many tasks, such as welding, part transfer, etc. Industrial robots have traditionally been unable to handle disturbances and lack of constraints of input. This has led to manual operations often being preferred to automation when some level of flexibility is needed. One way to enhance manufacturing equipment’s capability to handle unknown events is to integrate different kinds of sensors to gain more knowledge of the manufacturing environment. Force sensors, for example, can be used to close the feedback loop and, together with an adequate control system, enable the robot to react to force stimuli. This is useful in manufacturing applications like assembly and deburring, which have previously been difficult to automate.

Fixtures are devices that hold and position parts during a manufacturing process. Traditionally many fixtures have been dedicated, i.e. designed for a specific part and purpose. This means that fixtures have not been able to handle different products in the same unit, thus hindering flexibility. Sensors, like measurement systems, can be used together with fixtures to de-couple the structure of the fixture from the accuracy, which is the traditional approach to fixturing. This reasoning forms the base of the Affordable Reconfigurable Tooling (ART) concept, developed at Linköping University. The ART concept aims at increasing flexibility in manufacturing, while ensuring affordability and efficiency.

This thesis explores how common manufacturing equipment, like industrial robots and fixtures, combined with sensor input, can enhance flexibility in manufacturing. The research shows that force-controlled robots, reacting to force stimuli, produce consistent results in assembly of compliant structures and in complex deburring. Force control also makes the system more robust, as it is able to handle variance in the assembled and deburred parts which adds to system flexibility. It also lessens the need for accuracy in other equipment used, such as grippers and fixtures, and makes programming easier and safer. Force control would, however, benefit if parameter tuning was simplified in order to fit an industrial environment and if presented user information is tailored for the intended user.

Using measurement sensors to build fixtures, new ART devices aimed at increased flexibility in fixtures have been developed. These devices reduce the resources needed for fixture build and reconfiguring between products and also open up for making fixtures more active in manufacturing and similar to robots, while still being affordable. ART also reduces resources needed for design, as shown by the developed design aid programs. ART also supports concurrent design, as fixture specifications may be finalized before the product specifications are fully set.

The overall results indicate that the explored sensors in combination with today’s emerging technologies can give additional benefits for applications like assembly and deburring and for fixtures. Furthermore, it is shown that it is possible to increase flexibility on different levels in a manufacturing system by using sensors in combination with industrial robots and fixtures.

Abstract [en]

För att överleva och växa på dagens globala arena försöker många tillverkande företag vara flexibla, och korta sin produktutveckling och sina ledtider för att på så sätt snabbare kunna möta marknadens krav. Den utrustning som används i produktionen lägger grunden för hur enkelt systemet kan anpassa sig till förändringar vilket gör att den teknik som används för tillverkningen är en viktig byggsten för att möjliggöra flexibilitetet.

Industrirobotar och fixturer är vanliga typer av utrustning som används för tillverkning. Industrirobotar är mångsidiga, omprogrammeringsbara enheter och kan till exempel användas för svetsning, förflyttning av gods etc. De har traditionellt sett haft svårt att hantera avvikelser vilket har gjort att höga krav ställts på inkommande material och omgivande utrustning. Detta har i sin tur lett till att om ett visst mått av flexibilitet krävts, så har manuell arbetskraft föredragits framför robotar. Ett sätt att öka förmågan att hantera relativt ”okända” miljöer är att integrera sensorer med produktionsutrustning, för att på så sätt få information om tillverkningens förutsättningar. Kraftsensorer tillsammans med kontrolllogik, gör det möjligt för en robot att reagera på kraft. Detta är användbart om roboten skall användas för avgradning och slipning, eller för montering, tillverkningstyper som annars har varit svåra att automatisera.

Fixturer är enheter som håller en produkt i önskat läge under tillverkningsprocessen. En fixtur har traditionellt konstruerats för att passa en produkt och en process. De har således inte kunnat användas t.ex. för olika produkt-typer eller när produkter förändrats på något sätt, vilket har påverkat systemets flexibilitet negativt. Sensorer, som t.ex. olika mätsystem kan användas för att frikoppla en fixturs struktur från dess interna noggrannhetskedja, något som annars är ett vanligt sätt att uppnå önskad noggrannhet i fixturen. Det tidigare utvecklade ART konceptet (Affordable Reconfigurable Tooling ungefär Kostnadseffektiva Rekonfigurerbara Verktyg) bygger på denna princip. ART fokuserar på att öka flexibiliteten för fixturer samtidigt som de fortfarande är resurseffektiva.

Denna avhandling behandlar hur vanligt förekommande produktionsutrustning, såsom robotar och fixturer, kan kombineras med sensorer för att uppnå ökad flexibilitet i tillverkning. Den genomförda forskningen visar att kraftstyrda robotar möjliggör ett bra och jämt resultat vid montering av icke formstabila strukturer/komponenter och vid komplicerad slipning/gradning av gjutgods. Kraftstyrningen gör att systemet klarar av att hantera variation hos de bearbetade/monterade detaljerna. Den minskar också behovet av noggrannhet hos omgivande utrustning, såsom fixturer och gripdon, och både förenklar och ökar säkerheten vid programmering jämfört med traditionella metoder. För att passa de industriella förutsättningarna skulle dock parameterinställning och användarvänlighet behöva utvecklas ytterligare.

Genom att använda mätsystem tillsammans med fixturer har nya fixturenheter till ART utvecklats. Dessa enheter minskar resursåtgången vid sammanbyggnad och omkonstruktion av fixturer. De öppnar även för att aktiva fixturer som är mer lika robotar, men som fortfarande är kostnadseffektiva. ART påverkar också design av fixturer positivt, eftersom stödjande mjukvaruverktyg för design kan tas fram.

Det övergripande resultatet tyder på att de använda sensorerna tillsammans med nydanande teknik ger mervärde i applikationer som montering och slipning. Vidare så visar forskningen att det är möjligt att öka flexibiliteten på flera nivåer i tillverkningssystemet med sensorer i kombination med industrirobotik och fixturer.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2013. 118 p.
Series
Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, ISSN 0345-7524 ; 1501
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-88177 (URN)978-91-7519-691-6 (ISBN)
Public defence
2013-02-22, Planck, Fysikhuset, Campus Valla, Linköpings universitet, Linköping, 10:15 (Swedish)
Opponent
Supervisors
Available from: 2013-01-30 Created: 2013-01-30 Last updated: 2013-01-30Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Authority records BETA

Jonsson, MarieJohansen, Kerstin

Search in DiVA

By author/editor
Jonsson, MarieJohansen, Kerstin
By organisation
Manufacturing EngineeringThe Institute of Technology
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 88 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf