Továrna na dvorku: Jak vám roboti umožňují vytvářet vlastní produkty

Zapomeňte na hromadnou výrobu - další velký produkt by mohl být vyroben ve vaší garáži s pomocí malých robotů.

Po většinu 20. století byla výroba především doménou velkých továren, velkých strojů a velkých peněz. Obří výrobní linky razily auta, kečupy, kotlíky a kevlar. Vytvoření produktu zahrnovalo velmi nákladný a složitý proces obrábění, utopené náklady, které by se nakonec vrátily prostřednictvím objemu prodeje, který výrobní proces umožnil.

Porovnejte to s tím, jak se většina věcí vyráběla před průmyslovou revolucí. Ano, byly tam některé velmi velké operace (napadá mě stavba lodí a pyramidy). Ale většina úkolů, jako je výroba oděvů nebo produkce mléka, se dělala v chalupách, na farmě nebo ve velmi malých obchodních obchodech. To byly kdysi domácké průmysly.

Tyto drobné domácké průmysly měly hodnotu, v neposlední řadě sebeurčení řemeslníků vytvářejících produkty. Nemuseli se spoléhat na obří korporace, obrovské továrny nebo ohniskové skupiny, aby něco udělali. Na druhou stranu složitost a možnosti produktů vyráběných v domáckém průmyslu byly nutně omezeny nástroji a zdroji, ke kterým měli přístup malí obchodníci a rodiny.

V posledním zhruba desetiletí jsme se trochu vrátili k chalupaření. Pouze tentokrát pomáhají roboti. Výsledek: Prototypy, jednotlivé produkty a krátké výrobní série chrlí produkty vytvořené jednotlivci a malými skupinami, přesto mají schopnosti, kvalitu a složitost produktů, které dříve vyžadovaly miliony dolarů investic, velké továrny a velmi velké pracovní síly. .

V tomto článku se podíváme na výrobu stolních počítačů a na to, jak skupina malých robotů umožňuje komukoli vytvářet vlastní produkty s počáteční investicí, která je často nižší než cena levného ojetého auta.

Růst výroby a průmyslu

Velkoobjemová výroba jako aktivní součást společnosti má své kořeny především v průmyslové revoluci konce 18. a počátku 19. století. Ve svém jádru byla průmyslová revoluce oním historickým mezníkem, kdy primární pracovní nástroje přešly z organického na mechanické. Jinými slovy, místo toho, aby zvířata a lidé řídili rotační akce, které přeměňovaly suroviny na díly a hotové zboží, práci vykonávaly stroje.

Zpočátku to umožňovaly dva klíčové faktory: lepší metalurgie a parní stroj. Pevnější kovy (většinou ocel a železo) umožnily strojům odolat tlakům a zatížením, které vyžadovaly procesy. Parní stroj poskytoval výkon, často v podstatných násobcích oproti tomu, co dokázalo pár koní.

Tyto dvě inovace vedly k velkým továrnám s velkými stroji, které řežou, lisují, melou a spojují suroviny do forem použitelných ve výrobcích. Parní stroj v kombinaci s robustní metalurgií vedl i k železniční dopravě, která umožňovala přepravu zboží dále a rychleji a ve větším objemu.

Tyto technologie také změnily zemědělskou práci, kde inovace v zemědělských technikách a strojích, jako jsou secí stroje a mlátičky, zvýšily produktivitu zemědělství. To umožnilo méně lidem produkovat více potravin, což uvolnilo pracovní sílu pro průmyslový sektor.

Jak jsme se přesunuli do 20. století, začali jsme využívat elektřinu a dodávat ji do kanceláří a domácností. Spalovací motor nahradil parní stroj pro vozidla a zbytek je historie.

Klíčovou věcí na průmyslové revoluci - a továrnách, které umožnila - bylo rozsah. Všechno bylo velké. Opravdu, opravdu velké. Na začátku továrny spolu s výrobními linkami zaměstnávaly obrovské množství lidí, kteří obsluhovali stroje a montovali díly do komponentů a komponenty do produktů.

Jak se náklady na pracovníky v polovině 20. století zvyšovaly, mnoho amerických společností se snažilo snížit náklady a outsourcovalo výrobu do zemí, kde byly životní náklady nižší. Na konci 20. století a v tomto novém tisíciletí nahradili roboti velkou část této manuální práce, která byla v mezinárodním měřítku stále dražší. Outsourcované továrny a jejich odbornější technici zůstávají většinou mimo USA.

Jak tradiční výroba může potlačit inovace

Jednou z největších výzev tradiční výroby je, že nemůžete postavit jen jeden. Vybavit továrnu, dokonce i robotizovanou, na výrobu nových dílů, vyžaduje obrovské náklady a úsilí. Bohužel to znamená, že začít s novým produktem může být velmi, velmi drahé.

To byl problém, který jsme měli s kamarádem Jimem v devadesátých letech. Oba jsme inženýři a rozhodli jsme se, že svět potřebuje jednoduchého programovatelného robota, který by se dal ovládat pomocí PC. Abychom vyrobili náš prototyp, rozebrali jsme rádiem řízenou nádrž na hraní, připojili rádio k počítači a připojili spínače s okamžitým kontaktem jako senzory. V době, kdy jsme byli připraveni to předvést investorům, by to mohlo zmapovat místnost úplně samo. Docela pokročilá technologie pro éru Windows 95.

Ale narazili jsme na problém. Výroba plastu vyžadovala odlévací formy, i když jste chtěli pouze omezený počet jednotek. To bylo koneckonců v dobách před 3D tiskem. Tyto formy, jednorázové vzory, které byly použity k odlévání těla zařízení, stály více než 100 000 dolarů za kus - a potřebovali jsme alespoň čtyři z nich. Tyto náklady, náklady na nástroje, než jsme vůbec postavili jednu jednotku, byly příliš drahé a příliš velké riziko. Takže jsme nikdy nešli do robotiky.

Mimochodem, pokud bychom byli schopni objednat nástroje, trvalo by šest měsíců až rok, než by byly dokončeny. Tak dlouho trvalo ruční frézování těchto vzorů, zvláště když bylo poměrně málo strojníků s dovednostmi potřebnými k vytvoření prototypových forem. A kdybychom udělali jakoukoli chybu v našem návrhu, museli bychom utratit stovky tisíc dolarů navíc a čekat dalších šest měsíců na revizi.

To byl svět výroby a prototypování před snadnou dostupností robotů pro výrobu stolních počítačů.

Kdybychom ten projekt dělali dnes, mohli bychom to udělat s Arduinem za 20 USD, Raspberry Pi za 50 USD a 3D tiskárnou za 200 USD. A mohli bychom vyrábět v malých objemech jednoduše přidáním dalších 3D tiskáren. Za cenu výrazně nižší než iPhone 15 Pro Max jsme mohli vyrobit 100 robotů a udělat to za pár týdnů - ne za půl roku až rok.

Kickstarter, který pomáhá malým inovátorům získávat peníze na nové produkty a projekty, vyžaduje jakýkoli projekt, který „zahrnuje výrobu a distribuci něčeho složitého, jako je gadget, aby se sponzorům ukázal prototyp toho, co vyrábějí“. V roce 1995 jsme s Jimem nikdy nemohli splnit tento požadavek, protože náklady na formy by byly příliš vysoké. Ale s 3D tiskárnami by takový prototyp stál pouhých pár 100 dolarů.

Úsvit robotů pro výrobu stolních počítačů

Tradiční strojírny jsou již léta v úpadku, zejména v USA. Částečně je to kvůli exportu dovedností do jiných zemí a částečně je to kvůli vzestupu modernějších technologií, jako je výroba založená na robotech. Roboti jistě proměnili velké továrny, ale zároveň umožňují vytvářet velmi sofistikovaná výrobní zařízení v náhradních ložnicích, rodinných garážích a přístřešcích na dvorcích.

Většina menších robotických výrobních zařízení se vejde na stůl, proto tuto kategorii nazýváme stolní výroba. Ve skutečnosti se většina 3D tiskáren na profesionální úrovni vejde na roh stolu.

Existují dvě hlavní kategorie nástrojů pro výrobu desktopů: aditivní a subtraktivní. Aditivum vytváří objekty přidáváním materiálu, zatímco subtraktivní odřezává materiál a vytváří objekt.

Nejběžnější technologií aditivní výroby je 3D tisk. Většina 3D tiskáren používá plast, ale existují také 3D tiskárny, které používají kov, beton a dokonce i čokoládu. Při 3D tisku se objekty vytvářejí vrstvu po vrstvě. Typická 3D tiskárna používá cívku filamentu (plastové vlákno), toto vlákno zahřeje a přitlačí na konstrukční desku nebo dříve extrudované vrstvy. Výsledné vrstvy se navzájem spojí a vytvoří hotový plastový objekt.

Pokud jde o subtraktivní technologii, díváme se na stroje, které odebírají materiál, obvykle řezáním nebo broušením. Jedním z takových strojů je CNC. Řeže dřevo nebo kov podle sady pokynů.

CNC je zkratka pro počítačové numerické řízení a zatímco termín "CNC" obvykle odkazuje na jeden typ stroje, všechna zařízení pro výrobu stolních počítačů používají počítačové numerické řízení, i když mnoho (jako 3D tiskárny a řezačky vinylu) se nenazývá CNC.

V tradičních továrnách je jednou z nejvýkonnějších aplikací nástrojů pro výrobu stolních počítačů jejich použití k vytváření přípravků a přípravků pro výrobu. Představte si, že máte odborného inženýra ve Stockholmu, ale výrobní závod v Shenzhenu.

Před počítačem řízenou výrobou, pokud byste chtěli dostat přípravek navržený inženýrem ve Stockholmu do výrobní haly v Shenzhenu, museli byste jej fyzicky zabalit a odeslat. Nejen, že to může být drahé a pomalé, ale neumožňuje to rychlé opakování. Pomocí CNC nebo 3D tiskáren lze soubor návrhu odeslat e-mailem, přípravek vytisknout nebo vyřezat na místě, výsledky testu vrátit inženýrovi a navrhnout novou verzi a odeslat ji zpět do továrny - to vše během několika hodin.

Jak používám svou armádu malých továrních robotů

Moje žena a já jsme dlouho pracovali z domova a zřídili jsme části našeho domu jako kanceláře, čtyři samostatná místa natáčecích studií, dílnu, prostory pro řemeslné práce a Fab Lab. Abyste měli představu, co tato zařízení dokážou, uvedu, jak jsem je používal pro projekty.

Pro mě je skutečná síla v tom, že můžete navrhnout projekt v CAD programu. I když každý CAD program má křivku učení, pokud dokážete vytvořit PowerPoint, máte základní dovednosti, abyste mohli začít s 3D návrhem. Vzhledem k tomu, že mé dovednosti se přiklánějí mnohem více k používání počítače a moje obchodní dovednosti jsou v nejlepším případě základní, zjistil jsem, že je mnohem snazší spolehnout se na to, že těžkou práci provedou výrobní roboti.

Sečteno a podtrženo, za sedm let, co mě šéfredaktor ZDNET povzbudil, abych začal zkoumat 3D tisk, jsem navrhl a postavil 176 projektů. Je zřejmé, že nemáme čas je všechny zkoumat, takže se krátce podíváme na některé z mých oblíbených a ukážeme, jak je každý z robotů pomohl uskutečnit, počínaje 3D tiskárnami.

3D tiskárny: Mám dva druhy 3D tiskáren, ty, které nanášejí vrstvy filamentu za účelem vytvoření objektu, a ty, které využívají světlo k vytvrzení pryskyřice, která pak vytváří objekty vrstvu po vrstvě.

Použil jsem filamentové 3D tiskárny pro mnoho různých projektů. Jako jeden z mých prvních návrhů jsem postavil držák, který by držel dálková ovládání na zadní straně mého televizoru. Postavil jsem držák na válečky, který se montoval na kuchyňské police pro mou ženu. Postavil jsem vlajku poštovní schránky, aby náš poštovní dopravce věděl, kdy má vyzvednout poštu. Postavil jsem vlastní úložné držáky pro přidání polic do mé dílny.

Postavil jsem speciální držáky pro mé nahrávací studio. Navrhl jsem a následně vyrobil více než 100 stojanů na panenky pro společnost vyrábějící vzory oblečení pro panenky mé ženy. Právě teď vyrábím vlastní adaptéry pro sběr prachu pro každý z mých nástrojů.

Tiskárny z pryskyřice tolik nepoužívám. Vyrábějí menší objekty, ale s mnohem většími detaily. Jedním z jejich největších využití je vytváření miniaturních figurek pro hraní her. Vzhledem k tomu, že to nedělám, jsem pro ně opravdu neměl tolik využití, kromě toho, abych se o nich dozvěděl a vyzkoušel je pro práci.

CNC stroj: Mám jeden malý CNC stroj o velikosti 3D tiskárny. Pak mám stroj, který má asi 4 stopy čtvereční. To je ten, který používám nejvíc. Tento druhý stroj používá rotující-řezací bit, který odstraňuje materiál. Zatím byl použit na třech projektech. Vyrobil jsem z něj výsuvný šuplík na poličku. Také jsem z něj vyrobil čtyři stejné úložné pouzdra na díly. Pak jsem z něj vyrobil stojan na uskladnění materiálu na řemeslné materiály. Každý z těchto dvou posledních projektů vyžadoval úroveň přesnosti, která přesahovala mé dovednosti v oblasti zpracování dřeva, ale CNC je prostě dávkovalo s malým nebo žádným úsilím.

Laserová řezačka: Laserová řezačka řeže pomocí laseru. Ve skutečnosti řeže dřevo, plasty a kůži až do tloušťky asi 1/4 palce. Gravíruje do široké škály látek, včetně kovu a břidlice. Použil jsem ho k výrobě dárkových podtácků, kancelářských cedulí pro své redaktory a spousty a spousty štítků pro skladování nástrojů a dílů. U prvních dvou jsem použil dřevo. Pro štítky jsem použil plastovou fólii, která byla nahoře modrá a dole bílá, což mi umožnilo vytvořit bílá písmena na modrém pozadí.

Vinylová řezačka: Crafters možná slyšeli o Cricutu, počítačem řízeném zařízení, které vede čepel pomocí k řezání papíru, látky, kůže a vinylu. Hodně se to používá v signmakingu. Moje žena ho používá na zakázkové karty a na tvorbu obalů na notebooky.

Každé z těchto zařízení používá počítač k pohybu zpracovatelské hlavy doleva a doprava a někdy nahoru a dolů. Rozdíl je v tom, zda tato zpracovatelská hlava vytlačuje roztavený plast, řeže nožem nebo mele rotujícím ostřím.

Dále se zaměřím na několik lidí, kteří ve svých garážích nebo přístřešcích na zahradě založili plnohodnotné výrobní operace.

Jak kutilové staví malé továrny ve svých domovech a garážích

Existuje mnoho dalších strojů, které provádějí mnoho dalších typů počítačem řízených operací. Například inženýr jménem Pete Rondeau používá CNC k řezání kovového pouzdra ovladače a také používá stroj, který vybírá a umísťuje extrémně malé elektrické součástky na obvodovou desku. Jeho výrobní prostor o rozloze 150 čtverečních stop je jeho kůlna na dvorku.

Andy Bird používá CNC stroj ve své garáži pro dvě auta k výrobě předmětů, které prodává na výstavách řemesel a pro zakázkové klienty. V tomto videu ukazuje, jak pomocí svého CNC stroje vyřízl 87 bourbonů (zařízení, které bourbon napouští ochuceným kouřem). Pomocí laseru také vyryl každému kuřákovi mapu Kentucky.

Travis Lathrop je strojní inženýr, který přijal velmi obtížnou výzvu: navrhnout adaptér pro sběr prachu pro pokosovou pilu. Pokosové pily chrlí ohromné množství pilin. Každá značka a model pokosové pily je jiná a všechny chrlí prach po svém. Lathrop použil CAD a 3D tiskárnu k vyřešení tohoto problému a prodával 3D tištěné adaptéry uživatelům pokosových pil. V době natáčení tohoto videa si právě koupil svou 10. 3D tiskárnu. Jeho tiskárny byly rozesety po celém jeho domě. Od té doby si pronajal kancelář a odtud provozuje svou stále rostoucí tiskařskou farmu.

Sam Clark si postavil usedlost v Severní Karolíně, kde provozuje svůj kanál SamCraft YouTube z kůlny na svém pozemku. Jedním z jeho oblíbenějších výrobků je sada rytých břidlicových tácků. V tomto videu ukazuje, jak používá laserovou řezačku k sestavení přípravku pro gravírování tácků, a poté ukazuje, jak používá laser k gravírování samotných tácků.

CNC, laserové řezačky a 3D tiskárny samozřejmě nejsou jediné počítačem řízená robotická zařízení, která si můžete nastavit ve své garáži pro zahájení produkčního podnikání. Ale staly se poměrně levnými, přiměřeně snadno nastavitelné, vyčerpají domácnost a dokážou realizovat některé velmi velké projekty.

Demokratizace výrobních prostředků

Před o něco více než stoletím bylo zapotřebí bohatství „loupežných baronů“ jako John D. Rockefeller (ropný průmysl), Andrew Carnegie (ocelářský průmysl) nebo Cornelius Vanderbilt (železnice), aby postavili továrny a zahájili průmyslová odvětví.

Jen hrstka lidí si mohla dovolit postavit a rozmístit nástroje, továrny a infrastrukturu, což zase znamenalo, že měli obrovský vliv na pracovní sílu, která tyto pracovní nástroje používala k vytváření zboží a služeb.

Velké továrny samozřejmě stále existují. Před pandemií zaměstnával Foxconn 200 000 pracovníků jen na výrobu iPhonů, a to jen pro polovinu světové nabídky iPhonů. Od té doby, co pandemie vstoupila do své endemičtější fáze, se pomalu znovu najímají a Apple od té doby přesunul část své výroby do jiných zemí.

Ale, jak jsme viděli, je nyní také možné provádět hromadnou výrobu s pracovní silou jednoho nebo dvou lidí a několika robotických pomocníků.

Také bývalo zvykem, že znalosti jak na plnění složitých úkolů byly mezi cechy a řemeslníky velmi blízko. Pokud jste nebyli učni u někoho s dovednostmi, neměli jste šanci naučit se dělat některé složitější úkoly potřebné k výrobě věcí. Ale s YouTube byly tyto znalosti také demokratizovány, a pokud se chcete naučit, jak dělat cokoli, jste vzdáleni pouze jednoduchým vyhledávacím řetězcem.

Tak jsme tady. Specializované znalosti již nejsou pod zámkem. Robotická výroba umožňuje prototypovat a následně vyrábět položky, které jsou stejně dobré jako cokoliv vyrobeného v mnohem větších továrnách. Pokud jde o finanční náklady, překážka vstupu je nízká.

Vše, co nyní potřebujete, jsou designérské dovednosti, motivace, kreativní myšlení a odhodlání. To otevírá nejrůznější možnosti každému, kdo má vůli uspět.

Co tedy budete vyrábět? Dejte nám vědět v komentářích níže.

Moje každodenní aktualizace projektu můžete sledovat na sociálních sítích. Nezapomeňte se přihlásit k odběru mého týdenního zpravodaje na Substacku a sledovat mě na Twitteru na @DavidGewirtz, na Facebooku na Facebook.com/DavidGewirtz, na Instagramu na Instagram.com/DavidGewirtz a na YouTube na YouTube.com/DavidGewirtzTV.