Feasibility analysis of cobots for automation of tightening stations in motor vehicle engine assembly lines

The trend of increasingly automated tightening stations in the motor vehicle powertrain production industry, is driving the tooling industry to adapt its of-fering. This thesis aims to answer the question if collaborative robots (cobots) are suitable for tightening applications in motor vehicle engine assembly lines. A collaborative robot is in principle similar to a conventional industrial robotic arm. The part that differentiates it from an industrial robot is its ability to detect and in some cases prevent a collision with a human of close proximity. In order to answer this question three case studies are conducted where the deployment of collaborative robots is assessed. To specifically answer the case of a motor vehicle engine line, two lines are mapped station by station. Then these stations are recreated with a collaborative robot and a tightening tool and a few applications are tested on an actual motor. The rest is simulated with equations, dictating how much time is needed to complete a sequence of tightenings.As a result, most stations on a motor vehicle assembly line could in theory be done by using tightening tools together with one or multiple collaborative robots. However, these kinds of lines are often highly automated. For this rea-son large industrial robots and multi-tool fixtures are preferred today. The large volumes of these lines, mostly mitigate the expected financial gains of replacing a human operator with a cobot. In many cases, the cobot would not have the time to complete all bolts of an application on an engine within the give takt time. Multi-cylinder engines (which is the absolute norm for passenger cars) have too many bolts for one cobot and tool to complete. If multiple cobots are to be used, the cost of the station further increases. Furthermore, re-balancing a line simply to accommodate a cobot would also not be beneficial.Probably a much better application for collaborative robots and tightening tools are smaller, more operator dependent lines. Here the value of a cobot can be utilized to a greater extent. These manufacturers have greater product variance and re-balance their lines more often. As a suggestion for further research, this segment could be invesigated further.Den allt ökande trenden av mer automatiserade åtdragningsstationer i fordonsindustrins tillverkningslina av motorer, driver verktygsleverantörer att se över sin produktportfölj. Detta examensarbete har som syfte att besvara frågan om kollaborativa robotar (cobots) är lämpliga att nyttjas för åtdragande applikationer i produktionslinor av motorer inom bilindustrin. En kollaborativ robot är i sin princip lik en industriell robot arm. Det som skiljer sig åt är att en kollaborativ robot har förmågan att upptäcka och i vissa fall förebygga en eventuell kollision med en människa som befinner sig i närheten. För att besvara detta har tre fallstudier utförts. För att specifikt kunna besvara frågan gällande motorproduktionslinor har två linor kartlagts station för station. Sedan har några av dessa stationer återskapats fysiskt med en motor och en kollaborativ robot samt åtdragande verktyg. Andra stationer har simulerats med ekvationer som bestämmer hur mycket tid som krävs för att slutföra en sekvens av åtdragningar. Resultatet visar att de flesta stationerna i en motorproduktionslina inom bilindustrin kan utföras av åtdragande verktyg monterade på en eller flera kollaborativa robotar. Men, dessa typer av produktionslinor är ofta väldigt automatiserade. Ofta används stora industriella robotar eller fixturer som innehåller många åtdragande verktyg. De stora volymerna som sådana produktionslinor producerar, dämpar vinsterna av en förväntad kostnadsbesparing. Stora och dyra installationer är inget problem när produktionsomsättningen är så stor. I många fall kan en cobot inte ersätta en människa eller fixtur inom takttiden på en motorproduktionslina där motorn har flera cylindrar, viket är den absoluta normen för personbilar. Om flera cobotar ska användas för att hinna med takttiden är kostnaden snabbt uppe i nivåer som är jämförbara med en mer traditionell installation. Om en cobot skulle appliceras effektivt måste då hela produktionslinan balanseras om enbart för detta, vilket blir ett mycket dyrare projekt. Förmodligen en mycket bättre applikation för kollaborativa robotar är mindre och mer operatörsberoende produktionslinor. Här kan värdet med cobots bättre nyttjas. Dessa tillverkare har större produktvarians och måste balansera om deras produktionslinjer mer frekvent. Som ett förslag för framtida studier kring kollaborativa robotar i produktionslinor är detta ett segment som kan undersökas ytterligare